雷擊電磁脈沖輻射對智能建筑的危害及防護(hù)對策

于尚友

（遼寧省本溪市氣象局，遼寧本溪 117000）

雷擊電磁脈沖輻射對智能建筑的危害及防護(hù)對策

于尚友

（遼寧省本溪市氣象局，遼寧本溪 117000）

本文利用電磁輻射理論計(jì)算了避雷針接閃產(chǎn)生的電磁脈沖輻射在10m-1000m范圍的強(qiáng)度；同時(shí)分析了雷擊電磁脈沖輻射強(qiáng)度對當(dāng)信息網(wǎng)絡(luò)和微電子設(shè)備環(huán)境屏蔽不夠好的情況下的影響和危害；提出了接閃裝置的構(gòu)成形式也影響智能建筑的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)和LPZ0B區(qū)的LEMP強(qiáng)度，提出了一些提高現(xiàn)代智能建筑防雷設(shè)計(jì)新理念和方法。

智能建筑 電磁脈沖 輻射功率 防雷裝置 防護(hù)對策

1　引言

目前，關(guān)于雷擊電磁脈沖防護(hù)方法的研究已經(jīng)取得了一些成果，但對現(xiàn)代智能建筑（Intelligent building）在雷擊電磁脈沖的防護(hù)措施上，應(yīng)有些防雷裝置未能充分發(fā)揮1+1≥2的效能，甚至，帶來了一些副作用，使雷電災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。本文以避雷針（接閃桿）接閃放電產(chǎn)生的電磁脈沖輻射對智能建筑的影響為例進(jìn)行討論，并提出防護(hù)對策，以供參考。

2　雷擊電磁脈沖輻射強(qiáng)度和危害的分析

雷擊電磁脈沖（Lightning electromagnetic pulse簡稱LEMP）傳輸形式主要有兩種:一是輻射電磁場，以閃電通道和引導(dǎo)雷電電流的物體（如避雷針）起著輻射天線的作用，它們向周圍空間輻射電磁波；二是閃電電涌在通信線、供電線路和金屬管道上的傳輸干擾。那么，雷擊電磁脈沖輻射強(qiáng)度如何，現(xiàn)以避雷針（接閃桿）接閃放電輻射電磁能計(jì)算為例。

3　防護(hù)對策

由上述分析可知，接閃桿（避雷針）接閃產(chǎn)生的電磁脈沖輻射強(qiáng)度是相當(dāng)大的，對智能建筑中的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和弱電設(shè)備的干擾和破壞是相當(dāng)嚴(yán)重的?；贚EMP傳輸形式提出如下防護(hù)對策。

3.1降低智能建筑的雷擊次數(shù)和LPZ0B區(qū)的LEMP強(qiáng)度措施

建設(shè)項(xiàng)目選址的好壞和接閃器的結(jié)構(gòu)形式直接影響智能建筑的雷擊次數(shù)和LEMP輻射強(qiáng)度，若選在地區(qū)雷暴帶（雷暴路徑和雷閃密度大的區(qū)域）上，會增加智能建筑的雷擊次數(shù)，所以，在項(xiàng)目建設(shè)前，建設(shè)單位和相關(guān)部門，要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T雷電監(jiān)測資料，組織專業(yè)評估部門積極地進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估，要首先做到科學(xué)選址；由（2）式和（3）式可知，雷電流越大，接閃桿架的越高，越易接閃，LEMP輻射就越強(qiáng)。所以，為減少因接閃器工作帶來的LPZ0B區(qū)的電磁脈沖強(qiáng)度，在智能建筑頂上不應(yīng)選擇桿式接閃器，更不能圖壯觀氣派安裝高高聳立的避雷針，應(yīng)選用接閃網(wǎng)、接閃帶。確因業(yè)務(wù)需用選用桿式接閃器，要盡量降低高度，按保護(hù)誰僅考慮誰設(shè)計(jì)并要與接閃網(wǎng)、接閃帶連接好。否則，智能建筑就類似于先天不足的嬰兒。

3.2外部防雷和屏蔽措施

對智能建筑防雷設(shè)計(jì)一般按一類或二類防雷等級進(jìn)行保護(hù)。選用接閃帶、接閃網(wǎng)或混合組成（帶、網(wǎng)、針）的接閃器（材料選熱鍍鋅圓鋼φ=12mm）作為接閃裝置，并利用建筑物各結(jié)構(gòu)柱內(nèi)主鋼筋（φ≥16mm）作為引下線，將接閃裝置、引下線與每層圈梁和接地裝置均勻多點(diǎn)良好焊接；將建筑物基礎(chǔ)地梁鋼筋、承臺鋼筋、樁基主筋連接形成等電位接地網(wǎng)，要將防雷地、安全地、工作地、交流地接在這同一個(gè)等電位接地網(wǎng)上，接地電阻R≤1Ω；在樓房進(jìn)線處設(shè)總等電位端子箱（MEB），要求距地面0.3m高并就近接地。在弱電配電間、淋浴間、計(jì)算機(jī)控制室、強(qiáng)電井和需要安裝設(shè)備的房間等均預(yù)設(shè)局部等電位端子箱（LEB），距地面0.3m高，并與構(gòu)造柱中主筋或圈梁主筋就近接地；將建筑物外相關(guān)的金屬構(gòu)件、玻璃幕墻鋼結(jié)構(gòu)架、金屬門窗、建筑的每層圈梁與防雷裝置（LPS）等電位連接，構(gòu)成“法拉第籠”，這可削弱進(jìn)入建筑物內(nèi)部的電磁感應(yīng)強(qiáng)度；將智能建筑內(nèi)的金屬管道、電梯軌道、金屬構(gòu)件和智能系統(tǒng)中的配電屏PE母排、設(shè)備外殼、金屬配線架、敷線橋架、穿線金屬管道等與總等電位（MEB）或局部等電位（LEB）均勻多點(diǎn)相聯(lián)接。這樣做，既達(dá)到分流、均壓和屏蔽作用，同時(shí)也降低了LEMP的影響；智能建筑內(nèi)的信息系統(tǒng)設(shè)備主機(jī)房的六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，并應(yīng)與機(jī)房內(nèi)環(huán)形接地母線均勻多點(diǎn)相連。

3.3防閃電電涌侵入和線路屏蔽措施

對進(jìn)入智能建筑大樓的電源線應(yīng)采用金屬鎧裝電纜，電纜水平直埋50m以上，埋地深度應(yīng)大于0.6m，屏蔽層兩端要接地；通訊線應(yīng)采用光纜埋地敷設(shè)，光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強(qiáng)芯等應(yīng)在入戶處直接接地；非屏蔽線應(yīng)穿鍍鋅鋼管并水平直埋50m以上，鋼管兩端應(yīng)接地。電源線和通訊線（非光纜線）應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處及終端設(shè)備的前端，安裝上電源類電涌保護(hù)器（Surge protective device簡稱SPD）和通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD，并與預(yù)留的LEB端子就近聯(lián)接。在配電系統(tǒng)中的高壓柜和低壓柜中，要安裝高、低壓避雷器，在智能系統(tǒng)電源箱及信號線箱中安裝電涌保護(hù)器（SPD）。選擇SPD參數(shù)時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆?qiáng)度和被保護(hù)設(shè)備的耐壓水平及設(shè)備供應(yīng)商要求而定；各種系統(tǒng)（如通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、廣播衛(wèi)星電視系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等）信號線、控制線及電源線敷設(shè)時(shí)，應(yīng)采用金屬管槽或橋架，按系統(tǒng)分離布放，金屬管槽或橋架應(yīng)多點(diǎn)接地。各個(gè)系統(tǒng)纜線間的最小間距要符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，避免互相干擾；值得注意的是，信息系統(tǒng)設(shè)備主機(jī)房應(yīng)避免設(shè)在智能建筑的頂層，宜選擇在建筑低層中心部位，最好設(shè)置在雷電防護(hù)區(qū)較高級別區(qū)域（LPZ2或LPZ3）內(nèi)，其設(shè)備應(yīng)避免緊靠建筑立柱或橫梁。總之，通過上述綜合防御措施，會進(jìn)一步提升智能建筑的防雷安全系數(shù)。

4　結(jié)論

（1）傳統(tǒng)的直擊雷防護(hù)措施，已經(jīng)不能滿足智能建筑防雷安全的需要，而現(xiàn)代防雷設(shè)計(jì)理念應(yīng)側(cè)重雷電電磁感應(yīng)效應(yīng)的防護(hù)。

（2）建設(shè)項(xiàng)目選址的好壞和接閃裝置的構(gòu)成形式也是影響智能建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)和雷擊電磁脈沖在LPZ0B區(qū)強(qiáng)度的因子。

（3）減少智能建筑雷擊電磁脈沖輻射強(qiáng)度最有效的措施，是科學(xué)合理的設(shè)計(jì)好接閃、分流、均壓、屏蔽，接地等綜合措施。好的防雷裝置應(yīng)發(fā)揮1+1≥2的效能。

（4）在防雷設(shè)計(jì)中，一定要把某些防雷裝置工作時(shí)帶來的副作用要降到最低程度。

［1］鄒澎，侯均衡，毛陸虹.環(huán)境電磁場測量［M］.北京：中國計(jì)量出版社，1992.17-45.

［2］張小青，建筑物內(nèi)的電子設(shè)備的防雷保護(hù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2007.

于尚友（1958—），男，大專學(xué)歷，本溪市氣象局，工程師，從事防雷工作。