关于建筑电气防雷击电磁脉冲设计的研究 余季峰

关于建筑电气防雷击电磁脉冲设计的研究余季峰

发表时间：2018-03-22T16:09:55.790Z 来源：《基层建设》2017年第35期作者：余季峰[导读] 摘要：近年来，不管是智能住宅还是智能大厦，这些建筑物当中都不可避免的包含很多的信息系统和电子装置，比如：计算机、电视、电话等等。

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摘要：近年来，不管是智能住宅还是智能大厦，这些建筑物当中都不可避免的包含很多的信息系统和电子装置，比如：计算机、电视、电话等等。在日常生活中，普通居民的房屋中也有很多电子产品存在。这就要求建筑物的防雷设计要有新的突破和研究内容，因此本文就建筑电气中防雷击电磁脉冲设计的相关要点展开论述。

关键词：建筑电气；防雷击；电磁脉冲设计

1.建筑电气防雷击电磁脉冲设计要点

1.1等电位的连接

等电位连接指的是为了减少雷电流所引起电位差而采取的重要措施。相关规定指出对于防雷区域的交界处、防雷区的内部而言，要对信息系统进行等电位连接。等电位连接方式有三种，S型的星形连接或者M型的网形连接，也可以采用两者的组合进行连接，要选择合适的位置，对等电位的连接板进行预留，还要注意的是SPD两端引线应尽量短一些。很多建筑物只是考虑接地的这一点做法，所以仅有总等电位的连接。没有依据LEMP的需要进行合理的局部等电位连接。信息系统等电位的连接采用何种方式应根信息系统工作方式、分布形式、面积等进行综合的考虑和分析，不仅要考虑总的等电位连接还要对局部的等电位连接进行考虑。接地线要保证尽可能短与直。在基础接地体中，只引出一总的接地端子，避免使LEMP防护有困难。M型的网形或组台连接适用于那些高频的系统、分散系统、高层建筑、大型系统等等，要充分利用建筑物内部的柱主筋或者均压环，在信息系统机房中，估计比较合适的位置，将等电位的连接板进行预埋，以便对防LEMP 的设施进行合理的安装。

1.2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。

1.3 SPD的设置

电涌保护器，即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。按照相关规定，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。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10/350 us的模拟雷电冲击电流波形，可最大限度疏导10/350 us的雷电冲击电流。限压型SPD的残压较低，测试该器件一般用8/20 us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10~20 kA。

LPZ0A和LPZ1区之间应在进线开关处设置Ⅰ级实验（10/350 us）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（10/350 us）的电压开关型SPD产品，一般情况下也可选用Ⅱ级实验（8/20 us）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（8/20 us）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。

2.实例探讨某银行大楼防雷击电磁脉冲设计

由上述分析可知可以通过电磁屏蔽、等电位连接及设置电涌保护器等方面实现建筑电气的防雷击电磁脉冲设计，本节结合某银行大楼工程，谈谈其具体的设计策略。

2.1等电位连接

所有的大尺寸金属构件（金属门窗、屋顶金属构架、钢筋、金属线槽等）都与等电位连接在一起，并与防雷装置相连。所有穿入建筑物的金属导电物（如管道、电缆、金属桥架等）就近作等电位连接。另外，所有的金属导电物在穿越防雷交界（LPZn）处作等电位连接。在一些机房和适当的防雷交接处预留了一些局部等电位端子排，供以后的设备使用。

2.2电磁屏蔽

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。因此，该工程充分利用了建筑的“法拉第笼效应”作为建筑的初级屏蔽。将强电系统与弱电系统分别敷设于各自的竖井和线槽内，在竖井、屋面等处的电源线路敷设于金属线槽内，所有穿防雷区的金属线槽在防雷区交界处做等电位连接，以提供屏蔽保护。由于该银行的计算机业务量十分巨大，所以设在三楼的计算机中心机房尤为重要。除了电源可靠性要求很高，而且对设备的电磁屏蔽要求也很高。因此，该出的钢筋引下线适当加密，四周楼板和墙板内的钢筋多处与接地引下线焊接，以加强电磁屏蔽的效果，并在机房内提供一个“等电位接地端子排”供设备接地用。

2.3 SPD的应用

2.3.1为了保护负载免受过电压的危害，必须考虑以下参数：电涌保护器的电压保护水平应小于被保护设备的冲击电压，并大于接地系统类型和电网的最高运行电压。

根据IEC60364-4，220/380V三相配电系统的设备耐冲击过电压额定值如下表所示。

根据上表中的数据，该银行大楼配电设备的冲击耐压定位4kV，通信机房和计算机机房内的设备定位1.5kV。所选SPD的均必须小于相应的耐击冲压。

2.3.2考虑耐工频过电压的范围，即必须有效保证不会因工频过压而烧毁SPD。因为SPD是防瞬态过电压，工频过电压是属于暂态过电压，工频过电压的能量是瞬态过电压能量的几百倍，它会烧毁SPD，因此应注意选择较高工频工作电压的SPD。

2.3.3最后还需考虑价格因素，以选择技术性能比较高的产品，并利用级联进行合理的配置。因为冲击通流容量较小的SPD一般价格远小于冲击通流容量大的SPD。

结束语：在现代建筑电气设计中，建筑物防雷设计越来越被重视，尤其是随着建筑物功能的不断扩展，电子信息系统在现在建筑物中的作用日益明显，防雷击电磁脉冲设计就显示尤为重要，国家也相继出台了相关标准规范。总之，采用电磁屏蔽、等电位连接以及在电源和安装电涌保护器（SPD）等措施，是目前防雷击电磁脉冲设计中的有效方法，能大大降低雷击风险。

参考文献：

[1]胡俊.建筑电气中的防雷设计及其应用[J].城市建设理论研究.2015.

[2]刘畅.浅析现代建筑电气的防雷击电磁脉冲设计[J].建筑工程技术与设计.2016.

[3]高小平.低压配电系统防雷击电磁脉冲设计在工程实践中常见问题分析[C].上海市建筑学会建筑电气专业委员会2009年年会论文集.2009.