智能建筑综合防雷设计措施

浅谈智能建筑综合防雷设计措施摘要：本文结合现代智能建筑的防雷发展趋势，分析了雷电压的形成及其危害，提出了智能建筑的雷电防护注意事项，最后提出了几点防雷设计措施，以供电气设计人员参考。

关健词：智能建筑；雷电压形成；雷电防护；防雷设计

0引言

随着当今社会的不断发展，高层智能建筑占城市建筑的比例愈来愈大，然而高层建筑相对于低矮建筑物却更易遭受雷击的威胁。且由于智能建筑内电子设备和线路较为密集,因此也大大增加了雷电对这些设备及线路的破坏威胁。如何解决高层智能建筑的雷电防护问题成为广大电气设计人员目前面临的重要课题。

1雷电压的形成及其危害

大气中的饱和水蒸气在上下气流的强烈摩擦和碰撞过程中,形成了带不同电荷的雷云。当带电的云块临近地面时,由于静电感应,大地感应出与雷云极性相反的电荷。云层与大地之间就像一个巨大的极板电容器,当云层中电荷密集处对大地的电场强度达到25 ～30 kv / cm时,就会击穿空气绝缘,云层对大地便发生先导放电。当先导放电的通路到达大地时,大地上的电荷与雷云中的电荷就会发生强烈的中和,出现特大电流,时间大约为50～100μs,雷电流可达几十万安,其能量巨大,可损坏建筑物,中断通信,危害人身安全。雷过电压分为两种:直击雷过电压及雷电感应过电压。

(1) 直击雷过电压(传导过电压) 。架空线路直接遭受雷击后,

高压冲击波形成的过电压沿线路传播损坏设备称为传导过电压,传导过电压会导致设备与大地间的绝缘损坏。

(2) 雷电感应过电压。由于雷电是高频脉冲电流,持续时间不超过100μs,雷击点附近的线路由于电磁感应会产生脉冲浪涌。脉冲浪涌通过线路侵入设备系统,会造成设备失灵或永久性损坏。此外,雷电流流入大地时,由于存在散流电阻,该区域不同地点会有不同

的电位,即使在很短的距离内也会产生电位差,在低压配电装置中

也会产生过电压。

2智能建筑的雷电防护

智能建筑受到雷电冲击时,建筑内冲击电位分布和空间瞬间电

磁场将会影响安装在楼内的与楼外有联系的电子设备,尤其会使现代数字化通信设备中的计算机控制中心误动或损坏。据国外资料介绍, 0. 03 t的磁场强度可造成计算机误动, 2. 4 t可使元件击穿。但雷击时雷电流在建筑物内的分布有一定规律,可以通过将电气设备尤其是对雷击敏感的计算机控制系统单元(即数字终端设备)在

通信大楼中进行合理布局,并采取综合防护措施,如分流、屏蔽、搭接等,有效地减少雷害。目前比较流行的防雷方法是采用外部防雷,即采用避雷针(或避雷带、避雷网) 、引下线和接地系统构成外部防雷系统,主要是为了保护建筑物免受雷击而引起火灾事故。但是防雷仅采用外部防雷是不够的,雷电波会侵入各个电气通道(如电

源线、信号线、金属管道等) ,由其产生的浪涌电压对通信设备、网络、信息系统有极大的危害,轻则毁坏线路,重则损害设备,甚至

导致系统瘫痪,造成难以估算的损失。所以,必须进行内部防雷,防止雷电和其他内部过电压侵入设备中造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的。为了实现内部避雷,需要在进出建筑物的各保护区上的电缆、金属管道上安装连接过压保护器,并实行等电位联结,防止由雷电产生的浪涌电压对设备造成的损害。

对于智能建筑特别是电子设备的保护,除了做好常规的防雷设施和处理好接地问题外,还应在设备房内加装相应的过电压保护装置,以消除电网浪涌、雷电感应电压、设备切换等意外事件对设备的冲击和毁坏。要求进入设备房内的电源线、信号线应通过防雷、防过压处理,设备外壳、金属门窗、管道、静电地板等应进行等电位处理。

3防雷措施设计

3. 1完整的防雷方案

一个完整的防雷方案包括两个方面,即直击雷的防护和感应雷的防护,两者缺一不可。

3．1．1直击雷

直击雷防护主要是使用避雷针、女儿墙避雷带、引下线和接地网,再加上主体钢筋而形成一个笼式框架及所谓“法拉第网”笼式的框架,如果要达到理想的效果,在没有避雷针的情况下,必须在最高位布有不大于《建筑物防雷设计规范》分类要求的金属网络,整座建筑物的金属体(如水管、天线等)都要与这个笼式框架相连接,以达到理想的防雷保护作用。

3．1. 2感应雷

感应雷主要通过电源线、信号线或数据线入侵而破坏电子设备,所以感应雷的防护是要在各种线路的进出口安装适当的防雷器。防雷器应具备以下条件:

(1) 动作时间快,小于25 ns。

(2) 相容性。它不会对其所保护的设备或线路造成任何干扰和中断。

(3) 能承受高电流。防雷器必须能承受10 ka以上的雷电电流。

(4) 全面保护。电源防雷器必须能提供相线对地线、中性线对地线及相线对中性线的全面保护。

(5) 反复使用。在正常情况下可承受多次感应雷击,而自动恢复原始保护状态。

(6) 安装简易。

3. 2电源系统的分级保护措施

对于低压供电系统,浪涌引起的瞬态过压保护,最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口(如大楼的配电总房)开始逐步进行浪涌能量的吸收,对瞬态过电压进行分阶段抑制,通常采用三

级保护。

(1) 第一级保护。第一级保护是连接在智能建筑供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器( spd) 。一般要求该级电源浪涌保护器具备每相25 ka以上的最大冲击容量,要求的限制电压应小于2 400 v,称为ⅰ级电源防浪涌保护器。这级电源

防护器是专为承受雷击的大电流和高能量浪涌吸收而设计的,可将大量的浪涌电流分流到大地。它仅提供限制电压(冲击电流流过spd 时,线路上出现的最大电压成为限制电压)为中等级别的保护。因为该级的保护主要是对大浪涌电流的吸收,仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备的。

(2) 第二级保护。第二级保护是安装在重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。这些spd对于通过建筑供电入口浪涌防护器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收,对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源浪涌保护器的最大冲击容量为每相45 ka以上,要求的限制电压应小于1 200 v,称为ⅱ级电源防浪涌保护器。一般的建筑供电系统做到第二级就可以达到用电设备的要求。

(3) 第三级保护。可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源浪涌保护器,以达到完全消除微小瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为每相20 ka或更低一些,要求的限制电压应小于1 000 v。对于一些特别重要或敏感的电子设备,具备第三级的保护是必要的,同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。

3. 3信号系统的防雷保护措施

数据信号传输线路采用有线传输方式时,其线缆应采用屏蔽电缆或穿管埋地引入。在线缆与信号接收器间安装spd。传输设备的天线应在lzp0区与lzp1交界处穿金属管屏蔽接地引入。在天线的