基于智能建筑的電氣防雷設(shè)計(jì)研究

馬馳

【摘要】目前，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，智能建筑也迎來了高速發(fā)展期，而智能建筑的安全保障也越來越受到關(guān)注和重視。其中，防雷作為重要的安全保障措施，更是成為人們關(guān)心和重視的重要課題。本文對(duì)智能建筑防雷設(shè)計(jì)的必要性及雷電的形成與危害進(jìn)行了詳細(xì)闡述，重點(diǎn)研究了智能建筑電氣防雷設(shè)計(jì)的有效策略。

【關(guān)鍵詞】成因及危害 策略分析 必要性 防雷研究

前 言：智能建筑是指通過將建筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、服務(wù)和管理根據(jù)用戶的需求進(jìn)行最優(yōu)化組合，從而為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。它的產(chǎn)生和發(fā)展，離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、智能卡技術(shù)、可視化技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信技術(shù)等高科技技術(shù)的迅猛發(fā)展，離不開大量的計(jì)算機(jī)和微電子設(shè)備。而這些設(shè)備功率小、工作電壓低、絕緣程度不高，過電壓承受能力差，抗干擾、抗電涌的能力弱，極易遭受雷電干擾，從而破壞整個(gè)智能系統(tǒng)，造成極大損失。因此，雷電沖擊對(duì)于智能建筑及人們的危害不容忽視。

一 智能建筑防雷設(shè)計(jì)的必要性分析

雷擊是智能建筑時(shí)常遭受的危害，它直接關(guān)系著智能建筑中的設(shè)備與線路是否能夠良好運(yùn)行。若智能建筑遭受雷擊，那么智能建筑內(nèi)部的沖擊電位分布與空間瞬間電磁場(chǎng)就會(huì)對(duì)安裝在樓內(nèi)且與樓外有聯(lián)系的電氣設(shè)備造成一定影響，例如智能建筑遭受雷電沖擊，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字化通信設(shè)備內(nèi)部的計(jì)算機(jī)控制中心出現(xiàn)誤動(dòng)或者損壞?；诶纂姏_擊對(duì)智能建筑的危害性與影響力，因此對(duì)智能建筑采取行之有效的防雷設(shè)計(jì)等措施尤為必要。目前在智能建筑防雷設(shè)計(jì)中常見的防雷方法為外部防雷，也就是利用接閃桿或者接閃網(wǎng)、接地系統(tǒng)及引下線等因素構(gòu)成完整的外部防護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)智能建筑具有一定的保護(hù)作用，它能夠使智能建筑免受雷電沖擊從而引發(fā)火災(zāi)事故等潛在風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然要達(dá)到防雷的最終目的還要進(jìn)行內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)智能建筑內(nèi)部防雷，應(yīng)在進(jìn)出智能建筑的各個(gè)保護(hù)區(qū)域的金屬管道及電纜上安裝并連接過壓保護(hù)器，同時(shí)還要實(shí)行等電位聯(lián)結(jié)，以此來防止雷擊強(qiáng)電壓對(duì)智能建筑內(nèi)部設(shè)備造成的危害。

二 智能建筑中雷電壓形成的原因與危害分析

智能建筑中雷電壓的形成，主要來源是大氣中的飽和水蒸氣在上下氣流的碰撞與強(qiáng)烈摩擦下，能夠形成帶有不同電荷的雷云，由于大地存在一定的靜電感應(yīng)，那么在帶電雷云靠近地面時(shí)，大地雷電反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生與雷云極性相反的電荷，此時(shí)大地和云層兩者之間就如同一個(gè)極板電容器，當(dāng)云層中電荷密集地區(qū)對(duì)大地所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到25kv～30kv/cm時(shí)，就會(huì)將空氣絕緣擊穿，從而對(duì)大地放出超負(fù)荷電壓，當(dāng)雷云中所產(chǎn)生的負(fù)荷與大地電荷發(fā)生中和后，會(huì)出現(xiàn)較大的電流，由于其能量較大，不僅會(huì)中斷通信，同時(shí)還會(huì)對(duì)建筑物造成嚴(yán)重

破壞，威脅人們的生命安全。雷過電壓大致可以分為兩種，一種是直擊雷過電壓，另一種則是雷電感應(yīng)過電壓。直擊雷過電壓是指架空線路直接性的遭受雷電沖擊之后，其高壓沖擊會(huì)形成一定的過電壓，過電壓沿著線路擴(kuò)散從而損壞智能建筑中的電氣設(shè)備，將設(shè)備與大地之間的絕緣損壞；雷電感應(yīng)過電壓中的雷電主要是指高頻脈沖電流，雷電沖擊點(diǎn)附近的線路會(huì)造成電磁感應(yīng)的影響而產(chǎn)生脈沖浪涌，脈沖浪涌經(jīng)過線路將入侵設(shè)備系統(tǒng)，易導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞或者是設(shè)備失去其功能性。

三 智能建筑電氣防雷設(shè)計(jì)的有效策略研究

1 結(jié)合智能建筑實(shí)況制定完整合理的防雷方案。在進(jìn)行一系列防雷操作之前，首先應(yīng)結(jié)合智能建筑所在地的實(shí)際情況及智能建筑特點(diǎn)制定科學(xué)合理的防雷方案，以便工作人員在防雷操作中用以參考。一般情況下完整的防雷方案必須包括兩方面內(nèi)容，分別是直擊雷防護(hù)與感應(yīng)雷防護(hù)。直擊雷防護(hù)主要是利用接閃桿、接閃網(wǎng)、接閃帶、導(dǎo)地體及主體鋼筋等設(shè)備材料組合成一個(gè)框架，若在防雷設(shè)計(jì)中沒有使用接閃桿，那么需要工作人員在最高位布置一個(gè)在10m×10m以內(nèi)的金屬網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)智能建筑中的金屬體都需要與該框架相連接，以此來實(shí)現(xiàn)智能建筑防雷目的。感應(yīng)雷對(duì)智能建筑的破壞主要是通過智能建筑中的電源線、數(shù)據(jù)線以及信號(hào)線等部位的入侵從而會(huì)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行破壞，因此要實(shí)現(xiàn)感應(yīng)雷防護(hù)，應(yīng)在智能建筑中各種線路的進(jìn)出口位置安裝防雷器。

2 智能建筑中信號(hào)系統(tǒng)的雷電防護(hù)策略。信號(hào)系統(tǒng)破壞會(huì)影響智能建筑中的通信，因此需要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)采取相應(yīng)的雷電防護(hù)策略。若智能建筑中的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸線路所采取的有線傳輸方式，那么其線路電纜應(yīng)采取穿管埋地或者是屏蔽電纜的引入方式，并在信號(hào)接收器與線路電纜之間安裝SPD，在天線的發(fā)射設(shè)備端與接收設(shè)備端安裝SPD，同時(shí)進(jìn)入主機(jī)房的電話線應(yīng)該穿過金屬管屏蔽接地將其引入。若利用雙絞線或者同軸電纜上網(wǎng)的情況下應(yīng)在雙絞線或者同軸電纜上安裝SPD。

3 智能建筑中電源系統(tǒng)分級(jí)保護(hù)策略。智能建筑中的低壓供電系統(tǒng)易遭受浪涌的沖擊，要達(dá)到保護(hù)電源系統(tǒng)的目的，最好的保護(hù)方法就是采取分級(jí)保護(hù)的策略。對(duì)于瞬態(tài)過電壓應(yīng)對(duì)其分段抑制，目前相關(guān)企業(yè)常采取三級(jí)保護(hù)的方式。首先，在智能建筑中供電系統(tǒng)的入口進(jìn)線各相與大地間的大容量電源防浪涌保護(hù)器（SPD）之間接入第一級(jí)保護(hù)，SPD的最大沖擊容量每相應(yīng)在25kA以上，限制電壓應(yīng)控制在2400v以內(nèi)，屬于1級(jí)電源防浪涌保護(hù)器。其次，在智能建筑中敏感或者十分重要的用電設(shè)備的分路配電設(shè)備處的SPD位置安裝第二級(jí)保護(hù)，這些SPD能夠?qū)⒅悄芙ㄖ╇娙肟诶擞糠雷o(hù)器所剩余的浪涌量吸收，就目前的保護(hù)效果來看，其對(duì)瞬態(tài)過電壓有良好的抑制作用。一般建筑供電系統(tǒng)做好雷電二級(jí)保護(hù)就可以了。但對(duì)于智能建筑而言，還要對(duì)其進(jìn)行第三級(jí)保護(hù)，即在智能建筑用電設(shè)備的內(nèi)部電源部分安裝一個(gè)內(nèi)置式的電源浪涌保護(hù)器，從而將智能建筑中存在的微小瞬態(tài)過電壓完全消除。第三級(jí)保護(hù)中所使用的電源浪涌保護(hù)器最大沖擊容量每相應(yīng)不大于20kA，限制電壓應(yīng)控制在1000v以內(nèi)。

4 等電位聯(lián)結(jié)保護(hù)策略。對(duì)于智能建筑防雷設(shè)計(jì)而言，主要在智能建筑中的主要金屬構(gòu)件以及進(jìn)入建筑物中的金屬管道實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)保護(hù)，并利用電子設(shè)備構(gòu)成功能強(qiáng)大的信息系統(tǒng)。在等電位聯(lián)結(jié)保護(hù)策略實(shí)施中若等電位聯(lián)結(jié)中的連接體不能直接與建筑物相關(guān)金屬構(gòu)件及金屬管道時(shí)，應(yīng)將瞬態(tài)等電位聯(lián)結(jié)的電涌保護(hù)器作為進(jìn)行金屬連接的導(dǎo)體。另外，還要在智能建筑中設(shè)備房外部合理敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，同時(shí)要保證屏蔽網(wǎng)與房?jī)?nèi)環(huán)形接地母線多點(diǎn)均勻連接在一起，從而充分發(fā)揮金屬屏蔽網(wǎng)的作用。當(dāng)然在智能建筑內(nèi)部中還有大量的弱電設(shè)備需要進(jìn)行防雷保護(hù)，這要視實(shí)際情況而定，例如采用光纖傳輸?shù)南到y(tǒng)需要將光纖加強(qiáng)芯和擋潮層接地處理。

四 總結(jié)

綜上所述，智能建筑內(nèi)有大量的電子設(shè)備（如通信自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)及閉路電視系統(tǒng)等）以及與之相應(yīng)的布線系統(tǒng)。其遭受雷電沖擊不僅僅對(duì)智能建筑本身及其內(nèi)外部設(shè)備造成危害，同時(shí)在很大程度上還會(huì)威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此針對(duì)智能建筑中的各種線路、電氣設(shè)備及布線等方面都要做好防雷措施，采取相應(yīng)的雷電防護(hù)措施，以此來降低或避免雷電沖擊對(duì)智能建筑內(nèi)部信息系統(tǒng)及電源系統(tǒng)的破壞，為智能建筑提供安全保障。

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