高校園區(qū)建筑群弱電系統(tǒng)的雷電危害及防護(hù)

王曉軍，楊艷頻

(浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江 杭州 310018)

0 引言

高校園區(qū)建筑基本上都是由兩個或兩個以上的單體建筑組成的公共建筑群.園區(qū)面積大，周邊高層建筑稀少，且園區(qū)單體建筑均以多層為主，園區(qū)和單體建筑內(nèi)部分布有大量的通訊線路及電子信息設(shè)備.雖然園區(qū)90%以上建筑物都裝有避雷針、避雷帶和接地裝置等防雷設(shè)施，但因高校園區(qū)建筑群的特點，加上近年來氣候變暖、惡劣天氣增加，建筑物內(nèi)外的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機(jī)、CATV、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等被雷擊的危害日益嚴(yán)重.主要原因在于建筑物內(nèi)這些電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度集成化，耐過電壓、耐過電流的水平極低，建筑物常規(guī)的避雷針、避雷帶等防雷設(shè)施已不能很好地抵御雷電的侵害.如何對高校園區(qū)建筑群弱電系統(tǒng)進(jìn)行安全有效的雷電防護(hù)，降低雷電對電子信息設(shè)備危害的程度，很值得工程技術(shù)人員共同研究探討.

1 雷電入侵弱電系統(tǒng)的途徑

雷電入侵高校園區(qū)建筑群的主要途徑有三種:直接雷擊、雷電波入侵和地電位反擊［1］.

1.1 直接雷擊

雷電直接擊在園區(qū)建筑露天部位的弱電設(shè)備，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)造成設(shè)備及線纜損毀.如室外云臺攝像機(jī)、室外無線網(wǎng)全向天線等.這種雷擊方式造成的破壞最嚴(yán)重，但出現(xiàn)機(jī)率比較小.

1.2 雷電波入侵的途徑

雷電波入侵主要有兩種途徑:(1)由于雷電感應(yīng)在附近的室外傳輸信號線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生感應(yīng)電流并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害;(2)落雷時雷電擊中進(jìn)出建筑物的電源線、信號線、天饋線以及進(jìn)入室內(nèi)的金屬管道等，雷電流通過這些金屬管線竄入室內(nèi)危害人身安全及損害設(shè)備.通過雷電波入侵造成的設(shè)備損壞沒有直擊雷造成的破壞大，但出現(xiàn)的機(jī)率十分高，約占現(xiàn)代雷擊事故的80%以上.

(3)地電位反擊電壓通過接地體入侵.園區(qū)建筑物直擊雷防護(hù)裝置(避雷針)在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的瞬時電壓，對周圍與他們靠得近而又沒與它們連接的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的高電位差，這個電位差不僅足以損壞線路和設(shè)備，也可能造成人身傷害或火災(zāi)爆炸事故.

2 園區(qū)建筑群弱電系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施

目前園區(qū)建筑群均已實施單體建筑的外部防雷，即采用避雷針(或避雷帶、避雷網(wǎng))［2］、引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng)，主要是為了保護(hù)建筑物免受雷擊而引起火災(zāi)事故.但園區(qū)建筑群弱電系統(tǒng)既有獨立于單體建筑的室外通訊線路和設(shè)備，又有存放在建筑物內(nèi)的線路和設(shè)備.所以園區(qū)建筑群弱電系統(tǒng)必須采取內(nèi)、外部的綜合防雷措施.

2.1 園區(qū)弱電系統(tǒng)外部防雷措施

園區(qū)外部分布有大量的弱電系統(tǒng)主干通訊線路、監(jiān)控系統(tǒng)中的室外攝像槍、無線網(wǎng)絡(luò)室外天線和室外衛(wèi)星天線等，比較容易遭受直擊雷的損害.因此要安裝防雷設(shè)施，需在戶外做獨立防雷接地網(wǎng).

2.1.1 室外設(shè)備防雷設(shè)施

(1)若戶外設(shè)備在園區(qū)建筑物防直擊雷避雷針、避雷帶的保護(hù)范圍之內(nèi)，為了防止電磁感應(yīng)，需將戶外設(shè)備的電源線和信號線沿安裝桿穿金屬管屏蔽;為防止雷電波沿線路侵入戶外設(shè)備，應(yīng)在設(shè)備前的每條線路上加裝匹配的避雷器.如室外的監(jiān)控攝像機(jī)，可以選擇安裝“三合一”或都“二合一”的監(jiān)控攝像機(jī)多功能電涌保護(hù)器.

(2)若戶外設(shè)備不在園區(qū)建筑物防直擊雷避雷針、帶的保護(hù)范圍之內(nèi)，需增加接閃器作保護(hù).如安裝在建筑物頂面的衛(wèi)星天線、園區(qū)廣場及綠化帶的監(jiān)控攝像機(jī)和無線網(wǎng)室外天線一般安裝在園區(qū)建筑物的頂面，需要將天線饋線等外設(shè)線路穿金屬管屏蔽，外端連接避雷帶，天線支架或者引下線.避雷針的引下線可利用鋼結(jié)構(gòu)立柱做泄流線，并在桿底座旁與獨立防雷接地網(wǎng)相連.

2.1.2 室外設(shè)備接地及地網(wǎng)

如果室外設(shè)備附近有地網(wǎng)，則就近引接地線至附近地網(wǎng)接地，如果附近沒有地網(wǎng)，則要另外建造獨立地網(wǎng).地網(wǎng)施工方案，見圖1.

(1)在設(shè)備安裝立桿周圍分別埋設(shè)熱鍍鋅角鋼接地極(5 mm×50 mm×50 mm×2500 mm)，間距為5 m.

(2)角鋼接地極用4 mm×40 mm扁鋼組成網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)連通.

(3)將接地系統(tǒng)和立桿底座連接.

圖1 地網(wǎng)示意圖

2.2 園區(qū)弱電系統(tǒng)內(nèi)部防雷措施

園區(qū)建筑內(nèi)部弱電系統(tǒng)的雷擊主要是通過電源線、信號線或數(shù)據(jù)線入侵而破壞電子設(shè)備的感應(yīng)雷.建筑內(nèi)部感應(yīng)雷的防護(hù)措施主要有等電位連接、屏蔽、加裝電涌保護(hù)器(SPD)以及合理布線和良好接地等措施.即分流、均壓、屏蔽、接地和保護(hù)(D·B·S·G·P)技術(shù)［3］.

2.2.1 電源系統(tǒng)的防雷與過電壓保護(hù)

弱電系統(tǒng)的電力供給是由大樓的建筑物配電室引入的，電源高壓端的防雷保護(hù)已由電力供電部門實施.因此，對于弱電機(jī)房、設(shè)備間等處的電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)，采取以下的防雷保護(hù)措施:

(1)機(jī)房低壓動力配電柜系統(tǒng)安裝一級間隙放電SPD作防雷保護(hù)［4］;

(2)機(jī)房UPS輸入配電柜或電源輸入端做三級SPD作防雷保護(hù);

(3)機(jī)房UPS輸出配電柜或電源輸出端做一級過電壓SPD作防雷保護(hù);

(4)重要終端設(shè)備電源輸入端安裝防雷插座進(jìn)行末級電源防雷防護(hù).

2.2.2 信號傳輸線路的防雷

弱電系統(tǒng)主要通過光纖、同軸電纜及雙絞線傳輸信號和數(shù)據(jù).在防雷時應(yīng)針對不同的傳輸介質(zhì)分別做不同的防護(hù).

(1)光纖作為傳輸介質(zhì)時，由于本身不是導(dǎo)體，對雷電流沒有感應(yīng)，但也需采取一定的防雷措施.①在光纜接頭處將纜內(nèi)金屬構(gòu)件在接頭處前后斷開，不作電氣連接和接地處理，且在直埋光纜的上方設(shè)置屏蔽線.②在光纜接頭處將纜內(nèi)金屬構(gòu)件作電氣連通，并作接地處理，在直埋光纜的上方不設(shè)屏蔽線.

(2)同軸電纜做傳輸介質(zhì)時，應(yīng)該在傳輸線路兩端安裝同軸避雷器，并對傳輸線路進(jìn)行穿鋼管埋地敷設(shè)，在線路的兩端對鋼管分別接地，做等電位連接.

(3)雙絞線做傳輸介質(zhì)時，應(yīng)該在傳輸線路兩端安裝數(shù)據(jù)信號避雷器，并對傳輸線路進(jìn)行穿鋼管埋地敷設(shè)，在線路的兩端對鋼管分別接地，做等電位連接.

2.2.3 等電位連接與共用接地

目前大部分弱電機(jī)房的市電供電系統(tǒng)采用三相四線制送入機(jī)房電源室，機(jī)房地線接地電阻應(yīng)＜1 W，地線與大樓避雷系統(tǒng)接地網(wǎng)相連.弱電機(jī)房應(yīng)做等電位連接，安裝均壓等電位帶.均壓等電位連接機(jī)房的各種地線間及地線與大樓結(jié)構(gòu)的主鋼筋之間，必須進(jìn)行有效的連接，即全部采用共用接地系統(tǒng)［5］，當(dāng)雷電引起地電位高壓反擊時，整個大樓及機(jī)房呈現(xiàn)系統(tǒng)等電位，防雷系統(tǒng)呈現(xiàn)工作狀態(tài)，保證弱電系統(tǒng)的安全.采用共用接地系統(tǒng)時，弱電接地與防雷接地應(yīng)相距10 m以上，弱電接地與強(qiáng)電接地應(yīng)相距3 m.

關(guān)于均壓等電位帶的做法，主要是在機(jī)房的主機(jī)房、電源室、其他機(jī)房的地板下鋪設(shè)均壓等電位地線帶，以25 mm×3 mm的紫銅帶，在各室內(nèi)分別形成網(wǎng)型(M型，見圖2)結(jié)構(gòu)的均壓等電位帶，且作好此帶的絕緣支撐，最終以星形(S型，見圖3)形式與機(jī)房的直流邏輯地線接通，另外機(jī)房UPS供電系統(tǒng)電源插座及信號地均在最近的距離內(nèi)與均壓等電位帶直線相連，避免因設(shè)備間電勢差而使設(shè)備損害.

2.2.4 屏蔽與防靜電

有大量重要微電子設(shè)備的弱電系統(tǒng)機(jī)房除線路要穿入鋼管屏蔽外，同時宜采用六面體建筑物鋼筋作全屏蔽，弱電線路當(dāng)采用橋架、線槽或金屬管布線，非鍍鋅電纜橋架、線槽間連接板和螺紋連接的金屬導(dǎo)管接頭應(yīng)采用金屬線跨接和至少兩端接地.一頭接地只能起防靜電的作用，兩頭接地才能防雷擊.

3 結(jié)語

高校園區(qū)建筑群的雷電防護(hù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要做到萬無一失是很難的.在實際工作中，要嚴(yán)格按照國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等的要求，根據(jù)高校園區(qū)建筑特點及弱電系統(tǒng)設(shè)備分布情況，采取外部防雷措施與內(nèi)部防雷措施相結(jié)合，并加強(qiáng)聯(lián)合接地均壓等電位的方法進(jìn)行雷電的綜合防護(hù)，即可有效減少雷電侵害.

［1］王開宇.智能建筑雷電防護(hù)技術(shù)探討［J］.工程質(zhì)量，2010(6):39－43.

［2］中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.GB 50057—94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］.2 版.北京:中國計劃出版社，2001.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50343—2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ/T 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］李 寧，胡 泉，李 瑩，等.等電位連接在現(xiàn)代建筑物防雷中的重要性［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28(4):62 －63.