淺談智慧防雷及其在項(xiàng)目中的應(yīng)用

摘要： 數(shù)字化信息化時(shí)代下，城市建設(shè)快速發(fā)展，建筑物防雷技術(shù)也需與時(shí)俱進(jìn)，不斷提升。結(jié)合工程實(shí)際，從項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)中傳統(tǒng)防雷設(shè)施存在的問(wèn)題出發(fā)，比較智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某大型醫(yī)院項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。結(jié)果可供同類項(xiàng)目參考。關(guān)鍵詞： 傳統(tǒng)防雷; 智慧防雷; 防雷技術(shù); 發(fā)展應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TU855文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1674-8417（2024）08-0017-04

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.08.004

0引言

防雷對(duì)建筑物的重要性不言而喻，在數(shù)字化與信息化高速發(fā)展的形勢(shì)下，云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等智能科技不斷發(fā)展，防雷技術(shù)也不斷融合創(chuàng)新，智慧防雷監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)順勢(shì)而生。相比較傳統(tǒng)防雷技術(shù)而言，智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為建筑物防雷賦予了更多“智能元素”，由被動(dòng)防御變主動(dòng)防御，將分散防護(hù)向系統(tǒng)全智能防護(hù)轉(zhuǎn)變，對(duì)雷電防護(hù)做到及時(shí)應(yīng)對(duì)，更好地為建筑物安全及人民生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。

1傳統(tǒng)防雷設(shè)施存在的問(wèn)題

建筑物的防雷工程中，傳統(tǒng)防雷設(shè)施起著重要的作用，但隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，傳統(tǒng)防雷設(shè)施存在著以下幾個(gè)問(wèn)題。

1.1SPD狀態(tài)數(shù)據(jù)不易獲取

建筑物防雷設(shè)備浪涌保護(hù)器（SPD）往往分散設(shè)置在不同位置的配電箱中。這些SPD平時(shí)功能是否完好？建筑物在雷電天氣遭雷擊時(shí)，SPD是否及時(shí)保護(hù)動(dòng)作？哪些SPD動(dòng)作？電涌發(fā)生后，保護(hù)動(dòng)作的SPD狀態(tài)如何，是否已劣化？劣化程度如何，是否需要及時(shí)更換？電涌發(fā)生時(shí)，不同位置電涌電流的峰值大小、發(fā)生頻率是多少？諸如此類數(shù)據(jù)不易獲取。SPD狀態(tài)數(shù)據(jù)不能及時(shí)收集，會(huì)有SPD已老化（劣化）導(dǎo)致防雷效果達(dá)不到預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，影響防雷系統(tǒng)的改進(jìn)及防雷技術(shù)的提升。

1.2SPD在老化（劣化） 階段持續(xù)運(yùn)行不節(jié)能

SPD的主要故障現(xiàn)象是異常發(fā)熱，出現(xiàn)超過(guò)其最高持續(xù)運(yùn)行電壓UC的暫態(tài)工頻過(guò)電壓，泄漏電流產(chǎn)生熱效應(yīng)。SPD 老化（劣化）、非線性拐點(diǎn)（導(dǎo)通電壓）降低，會(huì)使泄漏電流增加，產(chǎn)生熱效應(yīng)。異常發(fā)熱又加速SPD老化（劣化），二者互為因果。若未及時(shí)監(jiān)測(cè)到SPD的老化（劣化）情況，使其在老化（劣化） 階段長(zhǎng)期運(yùn)行，待機(jī)功耗會(huì)增加，由此產(chǎn)生的能耗不容忽視，不符合國(guó)家節(jié)能減排的方針［1］。

1.3SPD位置分散

對(duì)于大型項(xiàng)目而言，運(yùn)維不便的問(wèn)題尤為突出。大型項(xiàng)目建筑物體量大，SPD安裝位置更為分散，巡檢、評(píng)估和維護(hù)耗時(shí)耗力，往往不能快速排查出SPD的問(wèn)題，影響生產(chǎn)生活。譬如在大型醫(yī)院，精密儀器設(shè)備眾多且價(jià)格昂貴，若因SPD老化（劣化）、故障失效、更換不及時(shí)，在雷擊發(fā)生時(shí)未及時(shí)保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致設(shè)備損壞，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也嚴(yán)重威脅到患者的生命安全。

2智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)以上問(wèn)題，及時(shí)推出智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤為重要。智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”）由設(shè)備層、通信層及應(yīng)用層組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采用的智能雷電流監(jiān)測(cè)新技術(shù)能夠在可能發(fā)生雷電的環(huán)境下，進(jìn)行大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)預(yù)警;記錄防雷裝置現(xiàn)場(chǎng)的雷電峰值、電涌電流的幅值、極性以及發(fā)生時(shí)間;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)SPD及SPD專用保護(hù)裝置的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行狀態(tài);預(yù)測(cè)SPD的性能劣化趨勢(shì)并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào);實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防雷裝置的接地性能［2］。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)以上信息進(jìn)行采集、處理和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記錄、顯示、通信等功能，并采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成以監(jiān)控中心為核心的遠(yuǎn)程雷電監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，可妥善解決雷擊隨機(jī)性與人工巡檢階段性的矛盾。在日常使用過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)多種終端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信號(hào)，顯示詳細(xì)的故障信息，并及時(shí)告知維護(hù)人員，以達(dá)到快速定位處理故障的目的，使防雷產(chǎn)品維護(hù)管理更及時(shí)有效。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可為防雷系統(tǒng)的改進(jìn)、防雷技術(shù)的提升提供數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)前市場(chǎng)上智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接至后臺(tái)控制器所應(yīng)用的通信技術(shù)主要有以下幾種：RS-485有線通信、無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)、采用電力載波和無(wú)線自組網(wǎng)通信協(xié)議棧技術(shù)雙通道冗余通信等。

3智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某醫(yī)院項(xiàng)目中的應(yīng)用結(jié)合工程實(shí)際，闡述智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用。

3.1項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為一所大型新建醫(yī)院，位于武漢某區(qū)，新建總建筑面積約20.5萬(wàn)m2，其中地上總建筑面積12.9萬(wàn)m2，地下總建筑面積7.6萬(wàn)m2，規(guī)劃床位數(shù)1 000床。

3.2智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

結(jié)合項(xiàng)目定位以及業(yè)主“維護(hù)管理要便捷”的需求，本項(xiàng)目采用了智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)融合了“智能化SPD在線監(jiān)測(cè)”“雷電預(yù)警在線監(jiān)測(cè)”“接地電阻在線監(jiān)測(cè)”三大板塊內(nèi)容，將智能化理念引入雷電防護(hù)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代微計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，收集監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)，使雷電防護(hù)做到提前預(yù)知，由之前的被動(dòng)防御變主動(dòng)防御，使SPD維護(hù)管理更及時(shí)、更方便、更有效。

在上述三大功能板塊的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還增加了集雷電防護(hù)、運(yùn)程監(jiān)控、設(shè)備管理、報(bào)表分析、歷史記錄、預(yù)警及用戶管理等于一體的圖形化操作系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要組成部分除上述功能模塊外，還包含了集抄器、光纖收發(fā)器、服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接至后臺(tái)控制器所應(yīng)用的通信技術(shù)為RS-485有線通信，主要分為以下3個(gè)組成部分。

（1） 智能化SPD在線監(jiān)測(cè)單元。

智能化SPD在線監(jiān)測(cè)單元由各個(gè)需要防護(hù)的回路采用SPD以及具有智能數(shù)據(jù)采集模塊組成。此監(jiān)測(cè)單元具有SPD正常工作指示、SPD劣化預(yù)警、SPD失電、SPD失效、SPD防護(hù)計(jì)數(shù)、雷電流強(qiáng)度監(jiān)測(cè)等運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并具有RS-485數(shù)據(jù)上傳接口。

同時(shí)，SPD前端配置有專用后備保護(hù)器，可有效降低防雷回路的電壓保護(hù)水平，提高對(duì)設(shè)備的保護(hù)效果，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)SPD的全電流保護(hù)。當(dāng)SPD狀態(tài)出現(xiàn)異常，提示維護(hù)人員及時(shí)維修或更換。

（2） 雷電預(yù)警在線監(jiān)測(cè)單元。

雷電預(yù)警在線監(jiān)測(cè)單元由大氣電場(chǎng)儀及通信控制組成，利用置于電場(chǎng)中的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理來(lái)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，通信控制單元具有RS-485數(shù)據(jù)上傳接口，具體計(jì)數(shù)參數(shù)如下：靈敏度：5 V/m;分辨率：1 V/m;測(cè)量范圍：±300 kV/m;有效預(yù)警范圍：10～20 km;探頭安裝方向：倒置式。

（3） 接地電阻在線監(jiān)測(cè)單元。

接地電阻在線監(jiān)測(cè)單元核心器件為接地電阻智能監(jiān)測(cè)儀，其利用測(cè)量回路電阻的原理，由傳感器給被測(cè)回路一個(gè)激勵(lì)脈沖信號(hào)，并在被測(cè)回路上感應(yīng)一個(gè)脈沖電勢(shì)，在電勢(shì)的作用下將被測(cè)回路上端生成的電流通過(guò)運(yùn)算得到被測(cè)回路的電阻，具體參數(shù)如下：電阻量程范圍0.01～200 Ω;分辨率：0.001 Ω;通信方式：RS-485。智慧防雷系統(tǒng)如圖1所示。

3.3智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用人機(jī)交換界面來(lái)進(jìn)行操作，業(yè)主登錄首頁(yè)為主駕駛艙界面，用圖表及地圖的方式按照“智能化SPD在線監(jiān)測(cè)”“雷電預(yù)警在線監(jiān)測(cè)”“接地電阻在線監(jiān)測(cè)”三大板塊分別呈現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

在設(shè)備分布界面，利用防雷產(chǎn)品與本項(xiàng)目系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，可顯示本醫(yī)院的雷電防護(hù)配置的詳細(xì)情況。在報(bào)表管理中，有報(bào)警報(bào)表和歷史記錄;在報(bào)警報(bào)表中，按照上述三大板塊分別統(tǒng)計(jì)分析。其中，“智能化SPD在線監(jiān)測(cè)”后臺(tái)分析，除了常規(guī)的遙信量的數(shù)據(jù)處理外，還增加了內(nèi)部運(yùn)算，對(duì)SPD的壽命設(shè)置有黃、橙、紅三級(jí)預(yù)警?！袄纂婎A(yù)警在線監(jiān)測(cè)”利用采集的數(shù)據(jù)并結(jié)合軟件運(yùn)算，可提前5～30 min向業(yè)主給出一、二、三級(jí)雷電預(yù)警信號(hào)，在預(yù)警解除時(shí)，也會(huì)給出解除信號(hào)?！敖拥仉娮柙诰€監(jiān)測(cè)”則根據(jù)業(yè)主需求，設(shè)置接地電阻越限閾值，相應(yīng)給出預(yù)警信號(hào)。歷史記錄也是按照上述三大板塊分別做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及存儲(chǔ)，并且可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印和導(dǎo)出。在系統(tǒng)管理中，可根據(jù)業(yè)主需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行站點(diǎn)的配置，匹配不同角色權(quán)限的管理者。智慧防雷系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖2所示。

4結(jié)語(yǔ)

智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是傳統(tǒng)防雷技術(shù)融合數(shù)字化、信息化發(fā)展而成，符合我國(guó)“智慧建筑”“雙碳”目標(biāo)背景。尤其對(duì)于大型項(xiàng)目而言，可極大節(jié)約防雷設(shè)施后期運(yùn)維的人力成本，達(dá)到“智慧運(yùn)維”，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)防御變主動(dòng)防御，可極大規(guī)避重要設(shè)備因雷電災(zāi)害損壞造成經(jīng)濟(jì)損失，保障了人民生命安全。但由于智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前市場(chǎng)應(yīng)用相對(duì)較少，實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍有內(nèi)容需要深化。例如，若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接至后臺(tái)控制器所應(yīng)用的通信技術(shù)為電力載波，當(dāng)供電系統(tǒng)一路電源失電另一路電源投入時(shí)，控制后臺(tái)如何識(shí)別，是否有點(diǎn)位冗余等。同時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前期的成本投入及系統(tǒng)自身后期的維護(hù)成本，需要業(yè)主結(jié)合項(xiàng)目定位、資金情況、運(yùn)維管理需求等多方面因素進(jìn)行綜合考量。新技術(shù)的產(chǎn)生到成熟運(yùn)用都需要過(guò)程，智慧防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為數(shù)字信息時(shí)代的產(chǎn)物必將不斷優(yōu)化，創(chuàng)新發(fā)展。

［1］翁立國(guó)，練德強(qiáng)，洪達(dá).智能型低壓SPD專用保護(hù)器設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2021，12（11）：20-22.

［2］上海市防雷協(xié)會(huì).防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)： T/SLPA 000002.1—2021［S］.2021.

收稿日期： 20240314

Discussion on Intelligent Lightning Protection and Its Application in Projects

ZHANG Xiao

（Central South Architectural Design Institute Co.， Ltd.， Wuhan 430071， China）

Abstract： In the era of digitalization and informatization，urban construction is developing rapidly，and building lightning protection technology also needs to keep up with the times and continuously improve.This article combines engineering practice，starting from the problems of traditional lightning protection facilities in project operation，compares the advantages of intelligent lightning protection monitoring systems，and elaborates on the application of this monitoring system in a large hospital project.It is pointed out that the launch of the intelligent lightning protection monitoring system is an advancement in lightning protection technology.It can provide reference for the similar buildings in the futre.

Key words： traditional lightning protection; intelligent lightning protection; lightning protection technology; development and application