現(xiàn)代雷電防護技術(shù)在智能建筑工程中的應(yīng)用

徐達軍

武漢雷光防雷有限公司

1 前言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)都被靈活運用于現(xiàn)代各個行業(yè)及領(lǐng)域的發(fā)展過程中，先進的電子信息系統(tǒng)也對智能建筑的進一步發(fā)展完善起著推動作用。據(jù)調(diào)查顯示，在智能建筑中所使用的一系列電子設(shè)備設(shè)施整體上工作電壓低，耐受能力較差，部分設(shè)備如果受到過瞬間過電壓，尤其是雷電襲擊會降低其安全性和穩(wěn)定性，極容易受到破壞。與此同時，這類設(shè)備設(shè)施在進行防雷電工作時還有可能會受到電磁干擾，加之其本身整體較為靈敏，即便是遠處的打雷電波輻射，甚至其他建筑物傳來的電磁波，也會影響其穩(wěn)定性。在這樣的背景下，必須對智能建筑工程中所使用的電子設(shè)備設(shè)施加強防護管理。

從一定意義上來講，智能建筑工程通常會在樓頂上安裝避雷針、避雷帶或是避雷網(wǎng)，通過共同接地的方式實現(xiàn)其防雷性能的發(fā)揮，但這樣的策略起到的作用很小，從表面上似乎具備了基礎(chǔ)性能，能夠?qū)雇饨珉姶挪ǖ母蓴_，但在實際運用過程中仍然存在較大的缺陷和不足。例如，如果距離某一高山大約500m處有一個通信機房，電纜采用架空的方式距離地面約為5m左右，其起落雷電流幅值大約為80kA，運用一定的方式方法我們可以計算出該電力線路瞬間電壓應(yīng)當為25kV，感應(yīng)電壓會通過電纜向電力線的兩端進行擴展，雖然雷電電流感應(yīng)電壓會在線路中得到一定的減弱，但由于通信機房與落雷點的距離較小，此時的感應(yīng)電壓不可忽視，會直接侵入到機房中造成通信設(shè)備設(shè)施的損壞，由此造成信號中斷。針對這一情況的現(xiàn)象，必須由專業(yè)技術(shù)人員進行深入分析，采用多元化的防護手段，切實規(guī)避雷擊現(xiàn)象對電子設(shè)備造成的不良影響。

2 智能建筑工程的雷電防護要求

智能建筑工程的類型不同，對雷電防護技術(shù)的需求也具有一定的差異化。例如，外部防雷裝飾主要是用于預(yù)防直接雷，而內(nèi)部裝置則主要運用于對閃電電涌的預(yù)防。與此同時，如果在建筑工程開展過程中具備一定的重要設(shè)備設(shè)施或是設(shè)備設(shè)施所處的環(huán)境磁場電涌無法滿足雷電防護的具體需求，此時必須采用電磁脈沖的措施將電子設(shè)備及其系統(tǒng)進行保護，利用接地或是等電位連接的方式方法。

根據(jù)相關(guān)的實驗調(diào)查研究我們可以看出，智能建筑防雷技術(shù)可以分為內(nèi)部防雷及外部防雷兩個主要模塊。具體而言，一方面，對于外部防雷而言我們可以將其按照一定的方式方法再次細化為接地裝置、影像線等，其主要用于直擊雷的預(yù)防；另一方面，內(nèi)部防雷我們可以將其細化為合理布線、屏蔽、等電位連接等多元化的方式手段，從真正意義上實現(xiàn)雷電電磁效應(yīng)的預(yù)防。在當前社會發(fā)展的背景下，建筑工程所進行的防雷設(shè)計必須充分立足于國家的規(guī)范制度及標準要求，不僅僅要滿足外部防雷的裝置需求，更應(yīng)當立足于內(nèi)部防雷，有效預(yù)防閃電電涌的入侵。換而言之，在具體的工程開展過程中，相關(guān)技術(shù)人員可以將內(nèi)部防雷中的等電位與電子信息系統(tǒng)、金屬管線、金屬裝置進行有效地連接，使其符合工程間距的實際要求。

3 智能建筑工程中電子設(shè)備防雷的主要特征

從一定意義上來講，目前我國大多數(shù)行政辦公樓都采用了多元化的電子設(shè)備，例如，衛(wèi)星接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)專線系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，設(shè)置了多元化的弱電集體。尤其是對于一些發(fā)達城市而言，其智能化工程的電源與接地標準均滿足了國家最高要求，采用先進的設(shè)備設(shè)施，提高了智能建筑的整體防雷效率及質(zhì)量。眾所周知，強電、靜電都會在一定程度上導(dǎo)致電子設(shè)備或電壓輸入輸出信號線、交直流電源線接近系統(tǒng)，也是過電壓侵入電子系統(tǒng)的渠道及途徑。在這樣的背景下，相關(guān)技術(shù)人員必須采用多元化的防護策略和手段阻斷過電壓的入侵。

4 現(xiàn)代雷電防護技術(shù)在智能建筑工程中的有效運用

不同的智能建筑對于雷擊防護的需求各不相同。因此我們可以根據(jù)建筑類型使用性質(zhì)及智能化子系統(tǒng)的集成以及雷擊可能造成的后果進行雷電防護的有效劃分。

4.1 天線系統(tǒng)

通常我們會將衛(wèi)星天線設(shè)置在建筑物的頂部或是屋面上，將其與防雷接電裝置進行有效地連接。值得注意的是，在連接的過程中交互點不能低于兩處，如果天線超出了現(xiàn)有避雷針的防護范圍，那么則應(yīng)當根據(jù)實際情況加裝獨立的避雷針，并與天線的避雷接地裝置進行連接，通過這樣的方式發(fā)揮出天線系統(tǒng)的防護功能及價值。與此同時，如果要將天線引入室內(nèi)則必須加裝天饋SPD。

4.2 進出管線及電纜

在進行建筑工程的實施過程中，金屬管線電纜以及其他的引入線都應(yīng)當在進出口的位置與防雷接地裝置進行有效地連接，通常我們會將這樣的裝置設(shè)計在總等電位連接排中。具體而言，首先，進出口所使用的電纜其金屬外皮必須與接地裝置有效連接，如果電纜采用的是架空的方式就應(yīng)當在轉(zhuǎn)換處設(shè)置SDP。據(jù)調(diào)查顯示，架空線如果遭受雷擊，產(chǎn)生故障的概率大約為總故障的30%左右，即便是雷擊點距離電纜較遠仍然會存在部分的電流直接流入電纜?；诖耍谶M行電纜敷設(shè)的過程中，應(yīng)當盡可能采用帶屏蔽層的線纜，或是采用鋼管穿過線纜進行敷設(shè)，這樣的方法必須確保鋼管的電氣聯(lián)通以此防止電磁干擾。金屬管的屏蔽作用以及雷電電流的極負效應(yīng)都會在一定程度上保護傳輸電纜，使其不遭受破壞及干擾。

4.3 電源系統(tǒng)

根據(jù)對社會中雷電新?lián)Q設(shè)備的案例分析我們可以看出，大約有70%以上的雷擊事故是由于供電線路侵入雷電所造成的。在這樣的背景下，相關(guān)技術(shù)人員必須加強對電源系統(tǒng)的整體防護，采用多元化的技術(shù)手段實現(xiàn)事故的有效規(guī)避。而電涌保護器對于電源系統(tǒng)的整體防護起著至關(guān)重要的作用，通常我們會將其設(shè)計在各個防雷區(qū)交界處，以此實現(xiàn)等電位的有效連接，充分發(fā)揮電涌保護器的價值作用，配合其他防雷策略措施共同開展。系統(tǒng)會根據(jù)自身的耐能量能力接收自身可承受的閃電威脅值，將其最大限度地減少，直到滿足實際需求。在具體的實施過程中，電涌保護器必須在LPZOA/LPZl的交界處引走大量的雷電流，將其導(dǎo)向地下，之后電涌保護器再對二者交界處的剩余威脅值通過一定的電磁場使之產(chǎn)生一定的感受效應(yīng)。

眾所周知，不同的信息設(shè)備其耐受沖擊過電壓額定值也具有一定的差異性。在這樣的背景下，電涌保護就必須根據(jù)不同建筑物所使用的低壓信息設(shè)備的種類，科學(xué)合理的選擇，明確系統(tǒng)的重要性，根據(jù)建筑物的整體規(guī)模、電磁環(huán)境等多元化的因素，明確電涌防護的等級形式及方式方法。

針對智能建筑而言，為了確保其電子設(shè)備設(shè)施的安全性、可靠性，通常我們會在電源上設(shè)置三級保護。第一，在電源引入建筑內(nèi)部連接進戶線的地方有效設(shè)計安裝重復(fù)接地系統(tǒng)，并運用大通量的三相避雷器實現(xiàn)一層防護；第二，基于動力室電源線總配電盤采用通量并聯(lián)式專用避雷器，實現(xiàn)二層防護；第三，各個配電柜的進線處設(shè)計并聯(lián)式電源避雷器，以此實現(xiàn)三層防護。值得注意的是，針對電源控制室的布線不能直接沿著墻體進行設(shè)計敷設(shè)。建筑物一旦遭到雷擊，有可能會導(dǎo)致墻內(nèi)鋼筋產(chǎn)生強雷電流，在一瞬間磁場就會發(fā)生巨大變化，控制室的線路感應(yīng)到高脈沖浪涌電擊會直接影響電子設(shè)備的正常運行，造成設(shè)備的損壞。另外，針對信號控制線、數(shù)據(jù)傳輸線而言，在連接前端或是進入控制室之前應(yīng)當采用專業(yè)的接地設(shè)備，電阻不能超過4Ω，如果是綜合接地網(wǎng)則不能超過1Ω。

4.4 弱電系統(tǒng)

根據(jù)相關(guān)的實踐調(diào)查研究我們可以將智能建筑中的弱電劃分為以下兩個模塊：第一，符合國家相關(guān)標準要求的安全電壓等級及控制電壓電能，包括24V直流電源、應(yīng)急照明、備用電源等;第二，載有一定信息元素的信息源，例如電話、計算機等。而在智能建筑中，弱電技術(shù)是極其重要的組成部分。

所謂智能弱電技術(shù)，通常以信息技術(shù)作為載體和主要內(nèi)容，其應(yīng)當是智能建筑發(fā)揮其作用，實現(xiàn)功能的主要途徑及方式手段。由此可見，針對弱電系統(tǒng)的雷電防護應(yīng)當是一項系統(tǒng)性的工程，其涉及的專業(yè)知識眾多，包括氣象學(xué)、電力工程、電氣專業(yè)、建筑學(xué)等，不同學(xué)科之間相互交叉，凸顯出一定的綜合性，涵蓋了宏觀、微觀，內(nèi)部、外部防雷技術(shù)，天線、地線，強電、弱電的每個環(huán)節(jié)及部分，都立足于自身的需求科學(xué)合理的設(shè)計優(yōu)化，統(tǒng)籌考慮。具體而言，針對避雷針地線屏蔽過電壓容易入侵的一系列通道都應(yīng)當采用科學(xué)合理的策略技術(shù)，進行有效地管理完善，例如，電源系統(tǒng)、信息傳遞系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)等，實現(xiàn)對信號設(shè)備的有效屏蔽，合理增加避雷裝置，從根本上減小雷電過電壓，從真正意義上實現(xiàn)全面防護、經(jīng)濟高效。

4.5 傳輸網(wǎng)絡(luò)

不同電子設(shè)備的傳輸網(wǎng)絡(luò)路徑也是大不相同，因此在進行雷電防護的過程中可以充分根據(jù)電磁脈沖（LEMP）入侵電子設(shè)備的路徑進行有效地防護管理。具體而言，當發(fā)生雷電時，其電能直接作用于與電子設(shè)備相間的各種導(dǎo)線上，以此形成了大量的雷電波感應(yīng)過電壓，其通過信號線、天線等直接入侵到電子設(shè)備中。如果作用于電子元器件會直接造成元器件的誤動作或是損壞;同時雷電也可以通過地電位反擊直接導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣材料的損壞。在這樣的背景下，相關(guān)技術(shù)人員可以采取多元化的措施進行有效地防護。第一，針對智能建筑中的系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施實現(xiàn)等電位連接；第二，采用穿金屬管的敷設(shè)方式對電纜信號傳輸線進行完善，實現(xiàn)對其的屏蔽，弱化感應(yīng)效應(yīng);第三，對設(shè)備機房進行屏蔽;第四，根據(jù)進入雷電防護的實際需求裝備設(shè)置SPD，以此對過電壓值進行限制。

5 現(xiàn)代雷電防護技術(shù)在施工過程的注意事項

（1）根據(jù)上文我們可以看出，雷電防護系統(tǒng)在進行設(shè)置的過程中必須充分考慮不同管線的具體位置及其與防護系統(tǒng)之間的關(guān)系。建筑物內(nèi)部的照明、動力、電話、電視線路必不可少，進行雷電裝置的設(shè)計時應(yīng)當確保上述線路不會受到其影響，因此在具體的施工過程中可以將上述線路直接利用金屬管進行穿線，實現(xiàn)對雷電防護系統(tǒng)的屏蔽，可以采用鍍鋅鋼管，嚴格根據(jù)現(xiàn)狀及需求進行跨接，從真正意義上確保所有電氣管線直接聯(lián)通。

（2）動力、照明、電話、電視等線路的主干線應(yīng)當設(shè)計在建筑物的中心，但整個過程應(yīng)當盡可能避免靠近引下線主筋，在雷電發(fā)生時產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)會直接導(dǎo)致電子設(shè)備的損害，因此施工時設(shè)計人員必須統(tǒng)籌安排，綜合考慮，對弱電系統(tǒng)的管線走向進行完善，以此最大限度地縮小感應(yīng)范圍。

（3）針對室外引入的電源線、電話線等，不僅僅要考慮其布線的隱蔽性、安全性，還應(yīng)當在入戶處加裝避雷器、防雷器，以此實現(xiàn)過載保護。

（4）智能建筑工程中設(shè)計完善接地處理本質(zhì)上是為了將雷電直接引入大地，依次實現(xiàn)對設(shè)備及人身安全的有效保護。通常而言，建筑物會設(shè)置地網(wǎng)電源地、信號地等基地，電子設(shè)備要求安全保護地、防雷保護地獨立運行，留出足夠的安全距離規(guī)避電位反擊事故的發(fā)生。由此可見，不同接地系統(tǒng)之間必須根據(jù)實際情況，科學(xué)合理地進行距離的選擇，從整體上滿足國家的相關(guān)標準規(guī)范，盡可能將其有效連接。如果施工現(xiàn)場或是項目情況無法實現(xiàn)直接相連，也可以考慮地電位連接的方式。

6 結(jié)束語

經(jīng)濟的發(fā)展擴大了城市規(guī)模，大量智能建筑工程的出現(xiàn)使得工程施工能力及水平日益成熟。在這樣的背景下，為了提高整體施工效率及質(zhì)量，必須立足于現(xiàn)代雷電防護技術(shù)，對傳統(tǒng)防護進行革新優(yōu)化，充分實現(xiàn)防護技術(shù)的作用價值。