現(xiàn)代智能建筑的防雷接地技術(shù)探討

　　 摘要：文章針對(duì)雷電對(duì)現(xiàn)代智能建筑的危害、建筑物雷電防護(hù)區(qū)的劃分，分析智能建筑各類防雷接地技術(shù)的特點(diǎn)與作用，選擇適合于現(xiàn)代智能建筑的保護(hù)接地系統(tǒng)與接地方法，確?，F(xiàn)代智能建筑的安全運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞：智能建筑雷電防雷接地
　　中圖分類號(hào)：TU1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào);1672-3791(2011)06(a)-0000-00
　　
　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日新月異，以及經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，智能建筑已經(jīng)普及到人們的生活當(dāng)中，智能建筑中線纜密布、系統(tǒng)設(shè)備眾多，微電子裝備復(fù)雜，且防護(hù)能力單薄，屬于耐電壓等級(jí)低，防干擾要求高的弱電設(shè)備，因此在智能建筑建設(shè)的過程中不僅要重視智能建筑的性能指標(biāo)和設(shè)備的先進(jìn)性，更要注意做好建筑物的防雷接地。防雷與接地對(duì)于智能建筑中的弱電設(shè)備的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)的可靠傳輸有著重要的影響，并且是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一。如果建筑物的防雷接地沒有處理好，不管是雷電的直擊、串擊、反擊，輕則會(huì)造成設(shè)備不能有效傳輸數(shù)據(jù)，降低智能建筑設(shè)備的可靠性；重則會(huì)損壞設(shè)備的部件，甚至導(dǎo)致設(shè)備癱瘓并危及人員的安全。為了保證系統(tǒng)、設(shè)備安全、正常地運(yùn)行，必須采取專門的接地措施加以防護(hù)。
　　
　　1.雷電對(duì)現(xiàn)代智能建筑的危害
　　研究智能建筑物的雷電保護(hù)，必須對(duì)雷電進(jìn)行了解，分析雷電是通過哪些方式、途徑、渠道危害智能建筑物，雷電是自然界中雷云之間或是雷云與大地之間的一種放電現(xiàn)象。其特點(diǎn)是電壓很高、電流很大、能量釋放時(shí)間短，具有很大的危害性。雷擊主要分為直擊雷擊和感應(yīng)雷擊。
　　1.1直擊雷擊指閃電直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生熱效應(yīng)，電效應(yīng)和機(jī)械力者。其主要危害有：
　　1.1.1強(qiáng)大的雷電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)，能使放電通道的溫度高達(dá)數(shù)萬度，雷擊點(diǎn)的發(fā)熱能量巨大，可使金屬熔化，甚至引起火災(zāi)。
　　1.1.2 雷電流作用于非導(dǎo)體上時(shí)，由于雷電的熱效應(yīng)，使被擊物體內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)大的機(jī)械壓力，致使被擊物體受到嚴(yán)重破壞造成爆炸，機(jī)械效應(yīng)對(duì)非金屬油罐存在極大威脅。
　　1.1.3雷云對(duì)大地放電時(shí)，雷電流通過具有電阻或電感的物體時(shí)，因雷電流的變化率大（幾十微秒時(shí)間內(nèi)變化幾萬或幾十萬安培），能產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，足以使智能建筑電力系統(tǒng)的設(shè)施燒毀、導(dǎo)致可燃易爆物品的爆炸和火災(zāi)，引起嚴(yán)重的觸電事故。
　　 1.2感應(yīng)雷擊是指雷電產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)對(duì)智能建筑設(shè)備尤其是電子設(shè)備的危害：
　　1.2.1靜電感應(yīng)：雷云的靜電感應(yīng)是指帶電的雷云接近地面時(shí)，對(duì)導(dǎo)體感應(yīng)出與雷云符號(hào)相反的電荷，智能建筑物或設(shè)備頂部大量感應(yīng)電荷不能迅速流入大地，從而產(chǎn)生很高的對(duì)地電壓即靜電感應(yīng)電伏，能擊穿數(shù)十厘米的空氣間隙發(fā)生火花放電。
　　 1.2.2電磁感應(yīng)：雷電發(fā)生時(shí)產(chǎn)生很大的雷擊電流，又是在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，在其周圍空間里產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，不僅會(huì)使處在這一電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，還會(huì)在附近智能建筑物的傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線等部位產(chǎn)生感應(yīng)電流并侵入設(shè)備，使連接在線路中間或終端的設(shè)備遭到損害。
　　2建筑物雷電防護(hù)區(qū)劃分
　　雷電防護(hù)區(qū)的劃分是將需要保護(hù)和控制雷電電磁脈沖環(huán)境的建筑物，從外部到內(nèi)部劃分為不同的雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）。
　　2.1雷電防護(hù)區(qū)應(yīng)劃分為：直擊雷非防護(hù)區(qū)、直擊雷防護(hù)區(qū)、第一防護(hù)區(qū)、第二防護(hù)區(qū)、后續(xù)防護(hù)區(qū)（圖1），并符合下列規(guī)定：
　　 2.1.1直擊雷非防護(hù)區(qū)（lpz0a）：電磁場(chǎng)沒有衰減，各類物體都可能遭到直接雷擊，屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。
　　 2.1.2直擊雷防護(hù)區(qū)（lpz0b）：電磁場(chǎng)沒有衰減，各類物體很少遭受直接雷擊，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。
　　 2.1.3第一防護(hù)區(qū)（lpz1）：由于建筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類導(dǎo)體的雷電流比直擊雷防護(hù)區(qū)（lpz0b）減小，電磁場(chǎng)得到了初步的衰減，各類物體不可能遭受直接雷擊。
　　 2.1.4 第二防護(hù)區(qū)（lpz2）：進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的雷電流或電磁場(chǎng)而引入的后續(xù)防護(hù)區(qū)。
　　 2.1.5后續(xù)防護(hù)區(qū)（lpzn）：需要進(jìn)一步減小雷電電磁脈沖，以保護(hù)第三度水平高的設(shè)備后續(xù)防護(hù)區(qū)。
　　
　　3、智能建筑的接地
　　
　　接地問題是強(qiáng)弱電系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)普遍存在的問題。就現(xiàn)代智能建筑的接地而言，可有以下不同的劃分方法。
　　3.1接地按作用可分為功能性接地和保護(hù)性接地兩大類，其中，功能性接地有系統(tǒng)接地、工作接地、邏輯接地和屏蔽接地；保護(hù)性接地有保護(hù)接地、防雷接地、靜電接地和重復(fù)接地等。
　　3.1.1工作接地：電力系統(tǒng)由于運(yùn)行和安全的需要常將中性點(diǎn)（N線）接地，這種接地方式叫工作接地。
　　3.1.2邏輯接地：將電子設(shè)備內(nèi)部邏輯電路的基準(zhǔn)電位點(diǎn)匯集于電路板上的一點(diǎn)作為邏輯信號(hào)的參考點(diǎn)而進(jìn)行的接地，稱為邏輯接地，它的作用是保證電路有一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位，不致于浮動(dòng)而引起信號(hào)誤差。智能建筑中的智能系統(tǒng)包含各種電子設(shè)備，如果邏輯地不處于同一電位，會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)工作異常。
　　3.1.3屏蔽接地：將電纜屏蔽或金屬外皮接地達(dá)到電磁適應(yīng)性要求的接地稱為屏蔽接地。在智能建筑內(nèi)電磁兼容性設(shè)計(jì)非常重要的，為了避免所用設(shè)備產(chǎn)生機(jī)能障礙，避免可能出現(xiàn)的設(shè)備損壞，構(gòu)成智能系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來干擾，因此對(duì)這些設(shè)備及其布線必須采取屏蔽保護(hù)措施，使其免受來自各種方面的干擾。
　　3.1.4防雷接地：在雷擊發(fā)生時(shí)，把雷電流迅速引入大地，防止雷電對(duì)其他設(shè)施造成危害的接地稱為防雷接地。智能建筑中有大量的各類電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)，建筑物的各層頂板、底板、側(cè)墻和吊頂內(nèi)幾乎被各種線纜所布滿。這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)通常都是耐壓等級(jí)低、抗干擾能力弱，最怕受雷電影響的部分。不管是雷電所引起的直擊、反擊還是串擊，都會(huì)使這些設(shè)備和線路受到不同程度的損壞和嚴(yán)重干擾。因此，為保證智能建筑中各類設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)智能建筑的防雷接地的設(shè)計(jì)必須認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)和可靠。智能建筑中所有的功能接地必須以防雷接地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立嚴(yán)密、完整的防雷體系結(jié)構(gòu)。
　　
　　智能建筑大多屬于一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)按一級(jí)防雷建筑物的保護(hù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。防雷接閃器常采用針、帶組合型接閃器，避雷帶剛采用25mm×4mm鍍鋅扁鋼在建筑物屋頂組成防雷網(wǎng)，其網(wǎng)格大小應(yīng)不超過lOm2為好。該避雷帶的網(wǎng)格應(yīng)與屋面的金屬構(gòu)件以及建筑物梁柱內(nèi)的鋼筋進(jìn)行可靠的電氣連接。引下線可利用建筑物中立柱內(nèi)的主鋼筋引下。各樓層鋼筋、外墻面所有金屬構(gòu)件、建筑物基礎(chǔ)樁內(nèi)的鋼筋都應(yīng)和防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行可靠連接，從而組成具有多層屏蔽的籠形建筑物防雷體系。這樣不僅可以有效地防止雷擊所造成的各種危害，還能抑制各種外來的電磁干擾。
　　 防雷接地裝置和電氣接地裝置采取聯(lián)合接地的時(shí)候，接地電阻要符合其最小值的要求。
　　3.1.5防靜電接地
　　將帶靜電的物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體（非絕緣體）通過導(dǎo)靜電體與大地構(gòu)成電氣回路的接地叫做防靜電接地。
　　
　　3.2建筑物的接地按連接方式又可分獨(dú)立接地與聯(lián)合接地兩大類。獨(dú)立接地將直接接地、保護(hù)接地和防雷接地分開設(shè)置，這樣做的目的是排除來自地線的干擾源。這是根據(jù)電子計(jì)算機(jī)設(shè)備要求獨(dú)立接地或通信系統(tǒng)要求單獨(dú)接地而采取的接地措施，為避免不同的接地系統(tǒng)引入不同的電位而導(dǎo)致人身和設(shè)備事故，根據(jù)規(guī)范要求，各接地系統(tǒng)之間的距離必須大于20M，且它們的接地極與地線之間要保持絕緣，絕緣電阻應(yīng)在2MΩ以上，接地電阻小于4Ω。聯(lián)合接地是指將各種接地通過接地線連接在同一接地裝置上。除特殊情況以外，一個(gè)建筑物中只能存在一個(gè)接地系統(tǒng)，以免引入不同的電位導(dǎo)致人身和設(shè)備事故。因此，智能建筑中的智能系統(tǒng)接地若無特殊要求，應(yīng)采取聯(lián)合接地。
　　
　　4、智能建筑中電源的接地
　　
　　智能建筑中電源的接地方式，有以下五種，下面逐一介紹每種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　4.1.IT系統(tǒng)
　　IT系統(tǒng)是三相三線接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器的中線點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地，無中線線N，只有線電壓（380V），而無相電壓（220V），保護(hù)接地線各自獨(dú)立接地，此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，不會(huì)使設(shè)備外殼中產(chǎn)生過大的故障電流，系統(tǒng)還能照常運(yùn)行。同時(shí)，因?yàn)楦髟O(shè)備的保護(hù)接地線PE彼此分開，相互之間沒有干擾，電磁適應(yīng)性比較強(qiáng)。缺點(diǎn)是:沒有中性線N，因此它不適合擁有大量單相設(shè)備的智能建筑。
　　4.2.TN-C系統(tǒng)
　　TN-C系統(tǒng)也被稱為三相四線系統(tǒng)，這是目前國內(nèi)使用較多的配電系統(tǒng)，但只是適合于三相負(fù)載相對(duì)平衡的場(chǎng)合。總的來說，智能建筑內(nèi)還是單相負(fù)荷多，比較難實(shí)現(xiàn)三相平衡，在PEN線中會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，加上線路中存在由日光燈等設(shè)備所產(chǎn)生的高次諧波，在沒有發(fā)生故障的情況下會(huì)在中性線上疊加而使中性線N帶上電，并且此電流的大小不斷地變化，極不穩(wěn)定，從而使中性點(diǎn)接地電位也不穩(wěn)定，產(chǎn)生漂移。因此，在這樣的系統(tǒng)中，設(shè)備外殼會(huì)帶電，容易發(fā)生觸電事故，而且也因無法找到一個(gè)合適的基準(zhǔn)電位點(diǎn)，使得精密的電子設(shè)備無法準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行。所以TN-C系統(tǒng)的接地不能作為智能建筑的接地系統(tǒng)。
　　4.3.TT系統(tǒng)
　　TT系統(tǒng)被稱為三相四線接地系統(tǒng)，這類系統(tǒng)常用于公共電網(wǎng)給建筑物供電的地方。TT系統(tǒng)的特點(diǎn)是:正常運(yùn)行時(shí)，無論三相負(fù)荷是否平衡，即便中性線N帶電時(shí)，保護(hù)接地線PE也不會(huì)帶電，只在有發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，才可能使設(shè)備外殼帶電。為防止這種情況的發(fā)生，保護(hù)人身和設(shè)備安全，必須用殘余電流開關(guān)作為線路及用電設(shè)備的保護(hù)裝置，不然的話只適合于負(fù)荷較小的用電系統(tǒng)。
　　TT系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)能保護(hù)人身和設(shè)備的安全，并且也能取得合格的基準(zhǔn)接地電位，但是因?yàn)楣搽娋W(wǎng)的供電質(zhì)量不高，難以滿足智能建筑中各類設(shè)備的更高要求，所以智能建筑也不宜采用該系統(tǒng)作為其供電電源。
　　4.4.TN-S系統(tǒng)
　　在建筑物內(nèi)設(shè)立獨(dú)立的配電所時(shí)，可采用該系統(tǒng)。TN-S的接地系統(tǒng)具有安全、可靠的基準(zhǔn)電位。
　　TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)是:在正常工作時(shí)，保護(hù)接地線PE上沒有電流，因此接在上面的設(shè)備外殼沒有對(duì)地電壓，具有較強(qiáng)的電磁適應(yīng)性。發(fā)生故障時(shí)很容易切斷電源，比較安全，但是費(fèi)用高，常用于環(huán)境條件比較差的地方。TN-S系統(tǒng)可以作為智能建筑的接地系統(tǒng)。
　　4.5.TN-C-S系統(tǒng)
　　TN-C-S系統(tǒng)通常用在從區(qū)域變電所引線給建筑物供電的場(chǎng)合。該系統(tǒng)在進(jìn)戶前采用TN-C系統(tǒng)，在進(jìn)戶處進(jìn)行重復(fù)接地，進(jìn)戶后則變成TN-S系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是:中性線N常會(huì)帶電，保護(hù)接地線PE所連接的設(shè)備金屬外殼在系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候不帶電，因此TN-S的接地系統(tǒng)明顯提高了人和設(shè)備的安全性。只要N線和PE線的引線都從接地體的同一點(diǎn)引出，并選擇正確的接地電阻值，各電子設(shè)備可以獲得一個(gè)接地基準(zhǔn)電位點(diǎn)，TN-C-S系統(tǒng)就可以作為智能建筑的接地系統(tǒng)。
　　綜上所述，現(xiàn)代智能建筑適合選用TN-S接地系統(tǒng)。
　　結(jié)語
　　在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，現(xiàn)代智能建筑中的各種電子信息設(shè)備也在不斷的進(jìn)步與更新，它們對(duì)接地的要求也會(huì)出現(xiàn)不斷的變化，因此推動(dòng)著智能建筑防雷接地技術(shù)不斷地向前發(fā)展與變化。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]四川省建設(shè)廳.GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》[S]中國建筑工業(yè)出版社
　　[2]周志敏.《電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)》[M].人民郵電出版社[3]中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部 GB50057-94（2000）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》.中國計(jì)劃出版社