现代楼宇防雷机理及工程实践研究

陆洪军

（广西南宁市宾阳县气象局，广西 南宁 530400）

1 雷电对智能建筑弱电系统的危害分析

（1）雷云静电感应过电压。通过雷云静电场感应，在设备上积累一定与雷云极性相反的电荷，当雷云突然放电消失后，设备上的静电荷来不及泄放，从而在设备的表面形成静电过电压，造成微电子设备损坏。

（2）电磁感应雷过电压。雷击大地或地面上的物体时通过电磁感应在附近其他导体上产生的电压称感应过电压。传输线上出现感应雷过电压，与线路相连的设备有可能损坏。

（3）直击雷过电压。雷电直接击中物体，通过它泄放雷电流时所产生的电压降称作直击雷过电压，其所带来的危害往往是灾难性的。

（4）反击过电压。某金属物体因雷击而产生直击雷过电压时，该金属体与大地之间存在很高的电压，有可能对与大地相连的附近其他金属体发生闪击，使后者出现过电压，成为反击过电压。

（5）雷电入侵波。电力传输线和各种信号传输线上出现的直击雷过电压或感应雷过电压都可能以行波的方式向机房传播。如果不采取抗防护措施，将会危及电力、通讯及计算机系统的稳定、可靠运行。

2 智能建筑物防雷机理及其防雷措施探讨

2.1 防雷机理

(1)建筑群子系统：由连接两个及以上建筑物之间的缆线和配线设备组成。若采用光缆作为建筑物间网络连接介质，不需要安装避雷器，甚至可以架空铺设。若采用双绞线，则必须穿管埋地敷设。

（2）设备间子系统；由进线设备，程控交换机、计算机等各种主机设备及其配线设备组成。它是布线系统最主要的管理区域，通常分为语音管理和数字管理两部分。语音设备管理区子系统连接大楼外的各种线路，经与垂直干线子系统跳接后，连通各语音管理子系统，为防雷电破坏应安装通信避雷相作为通信线路的第一级防雷措施。数据设备管理子系统是计算机网络核心设备，是采用大对数双绞电缆作为传输主干缆。

（3）管理子系统设置在各层配线间，由配线设备、输入/输出设备等组成。管理子系统也分为数据和语音两部分。语音部分采用BIX安装架固定在墙面上，需要安装信号避雷器作为通信线路的第二级防雷措施。数据部分采用双绞线作为垂直主干线，也需要在机柜中安装信号避雷器作为计算机网络的第二级防雷措施，防护由于引下线泄放雷电流而形成的电磁场突变所产生的感应雷。

（4）垂直干线子系统：由设备间的配线设备和跳线设备以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成。分为语音主干线和数据主干线两部分。语音生干线按照程控交换机和电信系统的标准和做法，采用屏蔽大对数双绞电缆。数据主干线如采用大对数双绞电缆作为数据传输主干缆，因为已在管理区子系统安装了信号避雷器，所以一般也不需要在这部分再安装防雷设备。

（5）水平干线子系统。由连接管理子系统至工作区子系统的水平布线及信息插座组成。数据点和语音点均采用双绞线敷设在金属桥架和金属管道内。

（6）工作区子系统：由连接在信息插座上的各种设备组成。连接计算机网络的数据点由于在管理子系统中已采取了防雷措施，所以在工作区子系统一般不需要再加装防雷设施，若要利用调制解调器通过语音点连接计算机，由于语音线路与外线连接，则有必要安装信号避雷器，作为末级防雷措施。

2.2 防雷措施

（1）消雷器的设计。消雷器曾经一度广泛使用，消雷器主要有导体消雷器和半导体少长针消雷器。消雷器，其原理是利用雷云和大地之间的电场能量，使消雷器产生的带电粒子限制雷云向下的放电先导和消雷器向上的引发先导。消雷器主要是通过以下几个方面实现防雷的：①消雷器顶端的空间电场较均匀，使向上的引发先导难以发生。②由于空间电荷的屏蔽作用，使由雷云向下的先导难以向下深入发展。③当由雷云向下的先导深入到距消雷器顶端360～300m时，消雷器上空的空间电荷将迅速地向先导端部转移，对向下先导的发展才向起抑制和阻挠作用。④当先导端部到消雷器顶端距离小到一定数值时，其距离形成的间隙上的场强从每米几十伏上升到数百伏，甚至在达到400～500kV/m。于是消雷器就能经先导通道向雷云发送大量的电荷粒子流，电流强度达到安级，最大值可达100A左右，使雷云电荷显著减少，把原来可能发生的千安/秒的主放电过程，转化为安/秒的放电过程。这样，在消雷器附近的反击和感过电压也就不存在了。

（2）引下线的设计。在楼顶设计由避雷带，避雷针或混合组成的接闪器，利用柱子内钢筋作为防雷引下线，并与建筑物基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架连接起来，形成闭合良好的法拉第笼，建筑内竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连，均压环应与防雷装置专设引下线相连。墙上的栏杆，金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接，大大降低建筑物内电子信息系统受干扰的幅度.多根引下线时宜装设断接卡，并采取防腐措施和保护设施。

（3）接地网的设计。在建筑的接地方式上，存在有电子系统、电源中性点和防雷系统等共用接地极和各自独立接地两种。前者利于等电位，而后者则更利于减少由感应雷电荷引起的冲击，可避免由于地电位的升高，导致烧毁设备，所以更适合于智能建筑。智能大厦内各种交流、直流设备众多，线路纵横交错，应将建筑物内的交流工作地、安全保护地、直流工作地、防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接，形成一个等电位体，避免接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生的原因。为避免各接地系统之间的相互影响，各接地极之间的距离应在20m以上.对于需要单独接地的特殊电子设备，其接地极与其它接地极的距离出应在20m以上。

3 结语

对于智能建筑弱电系统的防雷，应满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求并收集雷暴日、电子信息系统设备的分布状况等相关资料。同时，电源线路、信号线路、天馈线路、程控数字用户交换机线路、计算机网络系统、安全防范系统、火灾自动报警及消防联动控制系统、设备监控系统、有线电视系统等等的防雷与接地的设计。当然，系统的防雷工程实践远不止上述措施，更详尽更先进的防雷措施有待于广大弱电工程师的共同努力才能够实现智能建筑弱电系统的防雷工程。