高校园区建筑群弱电系统的雷电危害及防护

2011-11-28王晓军杨艳频

浙江水利水电学院学报 2011年4期

王晓军，杨艳频

(浙江水利水电专科学校，浙江杭州 310018)

0 引言

高校园区建筑基本上都是由两个或两个以上的单体建筑组成的公共建筑群.园区面积大，周边高层建筑稀少，且园区单体建筑均以多层为主，园区和单体建筑内部分布有大量的通讯线路及电子信息设备.虽然园区90%以上建筑物都装有避雷针、避雷带和接地装置等防雷设施，但因高校园区建筑群的特点，加上近年来气候变暖、恶劣天气增加，建筑物内外的通信网络设备、计算机、CATV、视频监控系统等被雷击的危害日益严重.主要原因在于建筑物内这些电子设备内部结构的高度集成化，耐过电压、耐过电流的水平极低，建筑物常规的避雷针、避雷带等防雷设施已不能很好地抵御雷电的侵害.如何对高校园区建筑群弱电系统进行安全有效的雷电防护，降低雷电对电子信息设备危害的程度，很值得工程技术人员共同研究探讨.

1 雷电入侵弱电系统的途径

雷电入侵高校园区建筑群的主要途径有三种:直接雷击、雷电波入侵和地电位反击［1］.

1.1 直接雷击

雷电直接击在园区建筑露天部位的弱电设备，因电效应、热效应和机械效应造成设备及线缆损毁.如室外云台摄像机、室外无线网全向天线等.这种雷击方式造成的破坏最严重，但出现机率比较小.

1.2 雷电波入侵的途径

雷电波入侵主要有两种途径:(1)由于雷电感应在附近的室外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生感应电流并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害;(2)落雷时雷电击中进出建筑物的电源线、信号线、天馈线以及进入室内的金属管道等，雷电流通过这些金属管线窜入室内危害人身安全及损害设备.通过雷电波入侵造成的设备损坏没有直击雷造成的破坏大，但出现的机率十分高，约占现代雷击事故的80%以上.

(3)地电位反击电压通过接地体入侵.园区建筑物直击雷防护装置(避雷针)在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压，对周围与他们靠得近而又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的高电位差，这个电位差不仅足以损坏线路和设备，也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故.

2 园区建筑群弱电系统的雷电防护措施

目前园区建筑群均已实施单体建筑的外部防雷，即采用避雷针(或避雷带、避雷网)［2］、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击而引起火灾事故.但园区建筑群弱电系统既有独立于单体建筑的室外通讯线路和设备，又有存放在建筑物内的线路和设备.所以园区建筑群弱电系统必须采取内、外部的综合防雷措施.

2.1 园区弱电系统外部防雷措施

园区外部分布有大量的弱电系统主干通讯线路、监控系统中的室外摄像枪、无线网络室外天线和室外卫星天线等，比较容易遭受直击雷的损害.因此要安装防雷设施，需在户外做独立防雷接地网.

2.1.1 室外设备防雷设施

(1)若户外设备在园区建筑物防直击雷避雷针、避雷带的保护范围之内，为了防止电磁感应，需将户外设备的电源线和信号线沿安装杆穿金属管屏蔽;为防止雷电波沿线路侵入户外设备，应在设备前的每条线路上加装匹配的避雷器.如室外的监控摄像机，可以选择安装“三合一”或都“二合一”的监控摄像机多功能电涌保护器.

(2)若户外设备不在园区建筑物防直击雷避雷针、带的保护范围之内，需增加接闪器作保护.如安装在建筑物顶面的卫星天线、园区广场及绿化带的监控摄像机和无线网室外天线一般安装在园区建筑物的顶面，需要将天线馈线等外设线路穿金属管屏蔽，外端连接避雷带，天线支架或者引下线.避雷针的引下线可利用钢结构立柱做泄流线，并在杆底座旁与独立防雷接地网相连.

2.1.2 室外设备接地及地网

如果室外设备附近有地网，则就近引接地线至附近地网接地，如果附近没有地网，则要另外建造独立地网.地网施工方案，见图1.

(1)在设备安装立杆周围分别埋设热镀锌角钢接地极(5 mm×50 mm×50 mm×2500 mm)，间距为5 m.

(2)角钢接地极用4 mm×40 mm扁钢组成网，环网连通.

(3)将接地系统和立杆底座连接.

图1 地网示意图

2.2 园区弱电系统内部防雷措施

园区建筑内部弱电系统的雷击主要是通过电源线、信号线或数据线入侵而破坏电子设备的感应雷.建筑内部感应雷的防护措施主要有等电位连接、屏蔽、加装电涌保护器(SPD)以及合理布线和良好接地等措施.即分流、均压、屏蔽、接地和保护(D·B·S·G·P)技术［3］.

2.2.1 电源系统的防雷与过电压保护

弱电系统的电力供给是由大楼的建筑物配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施.因此，对于弱电机房、设备间等处的电源系统的雷电防护，采取以下的防雷保护措施:

(1)机房低压动力配电柜系统安装一级间隙放电SPD作防雷保护［4］;

(2)机房UPS输入配电柜或电源输入端做三级SPD作防雷保护;

(3)机房UPS输出配电柜或电源输出端做一级过电压SPD作防雷保护;

(4)重要终端设备电源输入端安装防雷插座进行末级电源防雷防护.

2.2.2 信号传输线路的防雷

弱电系统主要通过光纤、同轴电缆及双绞线传输信号和数据.在防雷时应针对不同的传输介质分别做不同的防护.

(1)光纤作为传输介质时，由于本身不是导体，对雷电流没有感应，但也需采取一定的防雷措施.①在光缆接头处将缆内金属构件在接头处前后断开，不作电气连接和接地处理，且在直埋光缆的上方设置屏蔽线.②在光缆接头处将缆内金属构件作电气连通，并作接地处理，在直埋光缆的上方不设屏蔽线.

(2)同轴电缆做传输介质时，应该在传输线路两端安装同轴避雷器，并对传输线路进行穿钢管埋地敷设，在线路的两端对钢管分别接地，做等电位连接.

(3)双绞线做传输介质时，应该在传输线路两端安装数据信号避雷器，并对传输线路进行穿钢管埋地敷设，在线路的两端对钢管分别接地，做等电位连接.

2.2.3 等电位连接与共用接地

目前大部分弱电机房的市电供电系统采用三相四线制送入机房电源室，机房地线接地电阻应＜1 W，地线与大楼避雷系统接地网相连.弱电机房应做等电位连接，安装均压等电位带.均压等电位连接机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋之间，必须进行有效的连接，即全部采用共用接地系统［5］，当雷电引起地电位高压反击时，整个大楼及机房呈现系统等电位，防雷系统呈现工作状态，保证弱电系统的安全.采用共用接地系统时，弱电接地与防雷接地应相距10 m以上，弱电接地与强电接地应相距3 m.

关于均压等电位带的做法，主要是在机房的主机房、电源室、其他机房的地板下铺设均压等电位地线带，以25 mm×3 mm的紫铜带，在各室内分别形成网型(M型，见图2)结构的均压等电位带，且作好此带的绝缘支撑，最终以星形(S型，见图3)形式与机房的直流逻辑地线接通，另外机房UPS供电系统电源插座及信号地均在最近的距离内与均压等电位带直线相连，避免因设备间电势差而使设备损害.