现代建筑电气的防雷击电磁脉冲设计

4/2013粮食流通技术

雷击电磁脉冲一般指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。它是一种干扰源，其侵入电子信息设备的途径有空间电磁感应、线路感应、地电位反击等，如果预防措施不当，对建筑物中的信息系统的危害很大，其后果可能会使整个电子信息系统失灵，进而造成难以估计的经济损失和安全风险。

随着电子信息设备及网络设备在现代建筑电气中越来越多的应用，针对现代建筑物的防雷击电磁脉冲设计也应该受到足够重视。《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）指出防雷击电磁脉冲主要措施有电磁屏蔽、接地、等电位联结以及在电源和信号侧安装电涌保护器（SPD ）。

1电磁屏蔽

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。根据电磁场理论，可以利用屏蔽体来阻挡和减小电磁能量传输。为减少电磁干扰的感应效应，应在建筑物或房间外

部设屏蔽，以合适的路径敷设线路和进行线路屏蔽。对于钢筋混凝土和钢结构的建筑物，可以利用金属支持物、金属框架或混凝土内的钢筋，相互间采用焊接或绑扎，形成一个立体屏蔽网，对外部侵入的雷击电磁脉冲形成初级屏蔽。同时，建筑物内的所有低压电源线和信号线都应采用有金属屏蔽层的电缆，屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接。若无屏蔽层，线路应敷设在金属管、金属格栅或混凝土管道内。且线路敷设时尽量避免和防雷引下线平行敷设，避免靠近作为引下线柱筋的位置，以减小干扰的范围。

2接地和等电位联结

建筑物宜采用共用接地系统，优先利用建筑物基础钢筋做接地体，当不能满足接地电阻要求时，增加人工接地极。临近建筑物之间有电缆连通时，宜将接地装置互相连通。

许多建筑物由于只考虑一点接地的做法，因而只有总等电位联结，这种做法是欠妥的。在施工图设计和工程施工中，需要根据电子信息系统的分布形式、工作方式、建筑物高度、面积等综合分析，除

收稿日期：2013-05-18作者简介：谷立基（1984-），男，硕士，助理工程师；专业方向为工业及民用建筑电气设计。

现代建筑电气的防雷击电磁脉冲设计

谷立基，陈

旭

（国家粮食储备局郑州科学研究设计院，郑州

450053）

摘

要：本文介绍了现代建筑电气的防雷击电磁脉冲设计的方法和措施，包括电磁屏蔽、接地、等电

位联结以及电涌保护器(SPD ）的设置和安装。

关键词：雷击电磁脉冲；等电位联结；电涌保护器

Modern building electrical design of lightning electromagnetic pulse

Gu Liji ，Chen Xu

（Zhengzhou science research and design institute state administration of grain reserve ，Zhengzhou 450053，China ）Abstract ：This paper introduces modern building electrical design of lightning electromagnetic pulse,including electromagnetic shield,grounding,equal potential bonding and surge protection devices (SPD)setup and installation.

Key words ：lightning electromagnetic pulse ；equal potential bonding ；surge protection devices

中图分类号：TU856

文献标识码：B

文章编号：1007－3582（2013）04－0029－03

29

4/2013粮食流通技术

了考虑总等电位联结，还应做合适的局部等电位联结。

通常按照设备或设备间的不同位置，分别设置由共用接地系统引出的总等电位联结端子板和局部等电位联结端子板，将引入建筑物的给排水管、电缆金属护套、金属保护导管、煤气管道、金属构件等与等电位联结端子板可靠连接。设备安装时将各设备间和管道间的各种金属管道、金属构件、电源PE 线等与各局部等电位联结端子板可靠连接，构成局部等电位联结。同时将建筑物的基础钢筋、梁柱钢筋、建筑物防雷引下线可靠地焊接绑扎或搭接在一起，形成闭合良好而接地的法拉第笼。在雷电流泄放时，各点的电位同时升高，以保证相互之间处于等电位。

3电涌保护器的设置

电涌保护器（surge protection device ，SPD ）的主要作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）规定，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设电涌保护器，其后的配电和信号线路上也应该考虑是否选择和安装与其协调配合的电涌保护器。3.1SPD的选型

从工作原理和性能上分，SPD 可分为3类，即电压开关型SPD 、限压型SPD 和组合型SPD 。电压开关型SPD 放电能力强，残压较高，测试该器件一般用10/350us 的模拟雷电冲击电流波形，可最大限度疏导10/350us 的雷电冲击电流。限压型SPD 的残压较

低，测试该器件一般用8/20us 的模拟雷电冲击电流波形，未采用limp 作试验，不能用于泄放较大的雷电冲击电流。组合型SPD 的特点是响应快，但能承受的标称放电电流较低，只有10~20kA 。

LPZ0A 和LPZ1区之间应在进线开关处设置Ⅰ级

实验（10/350us ）的电压开关型SPD 产品。LPZ0B 和

LPZ1区之间由于不可能遭受直接雷击，对于比较重

要的电子信息系统，优先选用Ⅰ级实验（10/350us ）的电压开关型SPD 产品，一般情况下也可选用Ⅱ级实验（8/20us ）SPD 产品。在LPZ1和LPZ2交界面且安装位置下端带有大量的电子信息设备时，如安装位置在楼层配电箱、计算机房、保安监控中心等，可选用Ⅱ级实验（8/20us ）SPD 作为第二级保护。LPZ2

与后续防雷区交界面安装第三级SPD 保护。

这里需要强调的一点，对于电子信息系统防护要求较高的的建筑物，即便采用全长埋地屏蔽电缆，仍然需要设置SPD 保护。因为全长埋地屏蔽电缆对于直接雷击造成的雷电波侵入较好的防护作用，但对电子信息系统而言，埋地电缆残存的雷电过电压仍然具有破坏力。假如雷击位置离建筑物较近，雷电过电压仍然可能从电源线路进入，造成电子信息设备的损坏。

3.2SPD的接线及安装

SPD 可以连接在低压配电系统线路的相线~相

线、相线~中性线、相线~保护线、中性线~保护线之间及多种方式同时连接。对于TT 系统，SPD 的接线有两种形式，一种是接在每一相线与中性线之间和接在中性线与PE 线之间；另一种是接在每一相线与PE 线之间和接在中性线与PE 线之间。对于TN 系统来说，在电源开关处，中性线与PE 线直接相连或没有中性线，此时SPD 应接在每一相与总接地端子或总保护线之间。

在IN-S 系统中，为了防止SPD 在失效状况下将中性线和PE 线短接，宜将SPD 安装在剩余电流保护器RCD 的负荷端。安装多级SPD 时，应分别符合10m 和5m 的原则，即当上级电涌保护器为开关型SPD ，次级SPD 采用限压型SPD 时，两者之间的线路长度应大于10m 。当上级与次级电涌保护器均采用限压型SPD 时，两者之间的线路长度应大于5m 。除采用能量自动控制型组合SPD 外，当上级与次级电涌保护器之问的线路长度不能满足要求时，

应加装退耦装置。以TN-C-S 系统为例，Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级实验的SPD 安装如图1所示。

图1Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级实验的SPD 安装图

1-电气装置的电源进户处；2-配电箱；3-送出的配电线路；4-总接

地端或总接地连接带；5-Ⅰ级实验的SPD ；6-SPD 的接地连接线；7-需要被SPD 保护的固定安装的设备；8-Ⅰ级实验的SPD ；9-Ⅱ级或Ⅲ级实验的SPD ；10-去耦器件或配电线路长度；F1，F2，F3-过电流保护电器；L1，L2，L3-相线1、2、3

30