探讨智能建筑弱电设备的防雷技术

2018-01-24孙晓军

智能建筑与智慧城市 2018年2期

关键词：浪涌弱电接地装置

孙晓军

SUN Xiao-jun

（山东省建设监理咨询有限公司）

(Shandong Province Construction Supervision Consulting Co., Ltd.)

1 引言

现代控制技术当中综合了先进的计算机技术、通信技术、控制技术，应用到建筑体系当中形成了先进的智能建筑体系，并广泛融入到日常生活当中。而智能建筑中的弱电系统作为起重要的控制体系，不仅为使用者提供了高效便捷的生产生活环境，同时还充分保障了建筑、人员、财产的安全。智能建筑的弱电设备当中包含大量微电子设备，其灵敏度高、电压等级低、抗干扰要求高，尤其要避免雷击造成的系统问题。

2 智能建筑弱电系统防雷体系建立的前提条件

2.1 必要性

传统建筑防雷系统保证建筑、内部人员不受雷击侵害。但是当前技术发展造成各类电子电气产品应用增多，传统防雷系统无法有效避免雷电感应、电磁脉冲、电路浪涌等干扰。并且由于雷电放电电压高、能量大，弱电设备无法承受，弱小磁场、脉冲就可能干扰其工作，稍高的电压就会损毁设备。雷电对智能建筑弱电设备的侵害主要是两种方式，直接击中外延出建筑的供电、数据、通信线路；雷电感应电流侵入建筑损害智能建筑弱电设备。并且城市大型电网启停、切换等过程中会出现浪涌，造成智能建筑弱电设备损坏。同时，建筑内部强电设备频繁启动也会产生浪涌，逸散到弱电系统中就会造成设备损毁。因此，智能建筑弱电设备防雷是一项综合性的系统工程，需要对建筑内外因素进行系统考虑，将内外防雷技术作为整体进行实施[1]。

2.2 传统防雷技术缺陷

传统防雷技术多运用避雷针进行防雷，避雷针根据尖端放电原理制作，通过形成局部电场强度集中的空间影响雷电放电方向，使雷电通过避雷针线路、接地装置引入地下，对建筑、设备进行保护。但是，在这个过程中，雷电进入线路、接地装置时，会因接地电阻无法全部被中和，造成局部电位上升形成接触电压、跨步电压、地电位的反击等二次效应，对人身、弱电设备构成威胁，避雷针的存在是一种主动引雷的方式，其产生的二次效应等问题无法满足智能建筑弱电设备防雷要求，亟待新型防雷技术对智能建筑弱电设备进行保护[2]。

2.3 智能建筑弱电设备遭受雷击的主要形式

2.3.1 直击

这种情况下是带电云层与智能建筑间发生迅猛放电，同时伴随电效应、热效应等破坏，一般直击的过程中，电压峰值可达几万伏，电流峰值可几十千安，对电气设备、弱电设备的破坏力巨大。

2.3.2 感应

雷云处在地面建筑上方时会存在静电感应，在建筑上聚集大量束缚电荷，其与雷电极性相反，在雷云放电后，其中的电荷变成自由电荷，造成静电电压，电压峰值可达几万伏，并且会沿智能建筑室内线路传入，影响人身、设备安全。

2.3.3 脉冲

脉冲在雷电击中建筑后产生，多数通过导体连接的干扰，出现诸如雷电流、电位升高、电磁辐射干扰等问题。

2.3.4 浪涌

雷击发生时，智能建筑弱电设备电源、通讯线路中会出现电流浪涌，通过线路传输到弱电设备中，加之弱电设备内部集成化，整体耐压、耐过电流水平低，无法承受这种级别的浪涌问题，很可能一次性损坏弱电设备。

3 智能建筑弱电设备防雷技术

3.1 防雷技术实施的条件

要想在智能建筑弱电体系中实施良好的防雷技术方式，必须明确防护范围，一般智能建筑弱电设备防雷防护范围可分为内外两部分进行防护。

1）外部防护是对智能建筑本体进行的防护，主要针对直击雷。外部防雷接闪器应根据建筑施工要求，严格依照国家标准规范进行选择，并且在设置过程中要相互重叠各个接闪器的保护区域，确保能够完全保护智能建筑。引下线布置分独立、非独立、自然三种状态的引下线，使用对雷电流电气、电磁效应耐受等级足够的材料进行安装，安装过程中确保垂直，避免成环状，尽可能多设置引下线改善雷电流分流问题；接地装置确保接地电阻符合国家标准规范，一般使用4Ω标准，对于特殊部位，可通过分开接地或加装地电位均衡器来确保系统运行。

2）内部防护需要根据智能建筑弱电体系具体情况进行分级保护，可参考各部分设备的功能进行分类保护，或者根据雷电、操作过电压等级进行多级保护[3]。

对于电源类型的雷害是通过对低压线路过电压保护的方式解决，国标当中主要分为三个层次，一级处于高压变压器后端至二次低压设备总配电处的电缆内芯线两端对地加装避雷器，二级处于二次低压设备总配电处至二次低压设备配电箱处的电缆内芯线两端对地加装避雷器，三级主要针对精密设备不间断电源前部加装避雷器。因此需要在建筑内部对各部分电源类型进行有效区分。

对于信号类型的雷害主要是指在网络、通信等类型设备上承受高能量瞬时冲击，其保护装置的选择非常重要，需要考虑防雷装置与通信设备的匹配性，同时区别系统保护级别。

3.2 智能建筑弱电设备接地要求

智能建筑弱电系统的接地系统要将其存放于土壤中，通过对接地体、接地点、连线来控制接地电阻，电阻越低，电流流动越灵活。要注意系统间的隔离，避免静电加深、电流回流造成干扰。对于信号与电源电路，要注意区分高、低电平。接地体一般使用3根2.5m长的45#镀锌角钢制作，角钢间距在2.5m～3m之间，然后进行埋设，深度要超过0.6m，可使用镀锌扁钢将接地体焊接成一体，引出线与地线网连接需牢固可靠，接点要做好防腐工作。并且为降低接地阻值，可用石灰、盐、水、木碳酸、金属屑等材料依照相应比例进行浇灌。

3.3 智能建筑弱电设备接地方式

智能建筑内部的钢筋形成闭合线路，在建筑受到雷电攻击时，可通过钢筋流入大地。但是，在这个过程中会出现磁场，因此，即便将弱电系统与防雷接地分开，也无法避免雷电危害及干扰，必须采取联合接地方式来进行处理，尽量减小接地点间的电位差等方式进行，有效防止雷电不良影响和较大干扰问题[4]。

3.4 智能建筑弱电电缆接地技术

使智能建筑接地装置处于保护器附近，对于电缆部分的保护，选择屏蔽层满足工程需求的线路，采取必要措施提高屏蔽层抗干扰能力和基本的保护作用。对于设备较多、线路较复杂的部位，采用格栅形式优化内部工作空间。针对非屏蔽系统电缆可将其置于金属管内，实现与接地装置的连接。接地装置设计、施工根据《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）、《电子信息系统机房施工及验收规范》（GB50462-2008）执行。对于建筑交接处使用直径5mm的多股铜芯线将电缆屏蔽层与保护器进行有效连接，各处与接地母线保持有效连接，各配线间至接地母线采用多股编织铜芯线连接，并尽力缩短两者间距。