雷电对智能建筑的危害及防御措施

张燕 李锦华 耿长友

摘要：智能建筑内包含大量的电子设备与计算机系统。这些电子设备与计算机系统通常属于耐电压等级低，防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击。因此，智能建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题摆在我们面前。本文通过雷电对智能建筑的危害，阐述智能建筑防御雷击的措施。

关键词：智能建筑防雷 危害 措施

Abstract: intelligent building contains a large amount of electronic equipment and computer system. These electronic equipment and computer systems usually belongs to withstand voltage level is low, the interference of the high demand weak electric equipment, the most afraid of by lightning. Therefore, lightning protection of the intelligent building into a more and more important topic in front of us. This article through the lightning of the dangers of intelligent building, this paper expounds the measures of intelligent building defense by lightning.

Key words: intelligent building lightning protection harm measures

中圖分类号：TN915.5文献标识码：A文章编号：

一、雷电对智能建筑的危害

1.直击雷击是指雷云之间或雷云与地之间与建筑物的某一点放电。其主要危害有：（1）强大的雷电流通过被击物体时产生热效应，这种热效应所产生巨大的热量会使被击物体温度突升，甚至引起火灾。（2）达数十甚至数百千安雷电流通道，会使空气急剧膨胀，并以超生速向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩，形成“激波”，它会破坏其附近的建筑物、人员、树木等。（3）雷电流通过导体产生的雷电电磁场，产生电动力效应，会使处在其中的导体受力变形甚至折断。

2. 感应雷击是指雷电通过静电感应或电磁感应对被击物体的损坏。据统计：在整个瞬变脉冲事故中雷击产生过电压约占20℅左右。感应雷击其主要危害有：（1）在雷云出现后，雷云下的建筑物由于静电感应作用而带上大量相反电荷，雷击过后，雷云所带的电荷与地很快中和，而地上某些局部上的感应电荷，由于与大地间电阻较大，而且不能在同样短的时间内相互消失，形成了局部地区高的感应电压，该电压达数十千伏至数百千伏，这样高的的电压可使接地不良的电气系统遭受破坏。根据《建筑物防雷设计规范 GB50057-2010》中的公式，防雷装置地上高度hx处的电位，可以看出，仅接地装置上的电位升高100 kV，30m高度的电位就达775 kV，也正是由于高电位引入、反击、感应、耦合等二次效应，对电气设备及人员危害极大。(2)雷电产生电磁感应的破坏。由于雷电有极大的峰值和徒度，在其周围形成强大的变化的电磁场，处在变化电磁场中的导体会感应出较大的电压，该电压由导线可传至较远电气设备。根据报告研究表明：当电磁感应强度B为0.03GS时，计算机会产生误动作，当B为2.4GS时，计算机芯片会产生永久性损坏。(3)雷电产生地电位反击的破坏。智能建筑内计算机及微电子设备均要求有“干净”的地，如果在建筑不同接地系统被泄入雷电流时，引起电位不均，高电位的地会反击地电位的地，导致电气设备损坏。

二、防御雷击的措施

智能建筑在一、二类建筑物中采用较多，防雷等级通常为一、二级，一级防雷的冲击接地电阻应大于10欧姆，二级防雷的冲击接地电阻不大于20欧姆，公用接地系统的接地电阻应小于或等于1欧姆。在工程中，将屋面避雷带、避雷网、避雷针或混合组成的接闪器作为接闪装置，利用建筑物的结构柱内钢筋作为引下线，以建筑物基础地梁钢筋、承台钢筋或桩基主筋为接地装置，并用接地线将它们良好焊接。与此同时将屋面金属管道、金属构件、金属设备外壳等与接闪装置进行连接，将建筑物外墙金属构件或钢架、建筑物外圈梁与引下线进行连接，从而形成闭合可靠的“法拉第笼”。建筑物内，将智能系统中的设备外壳、金属配线架、敷线桥架、穿线金属管道等与总等电位或局部等电位相连，在配电系统中的高压柜、低压柜安装避雷器的同时在智能系统电源箱及信号线箱中安装电涌保护器（SPD）。从而达到综合防御雷击的目的，确保智能建筑的安全。

（一）外部防御雷击。外部防御雷击的主要装置包括接闪器、避雷引下线、接地装置等，主要用于防御直接雷击。

1、接闪器

（1）接闪器：一般采用镀锌圆钢或焊接钢管制作。工程中，将避雷针与避雷引下线相连接，或者与避雷带相连接，或者与避雷网相连接。

（2）避雷网：在易受雷击的屋角、屋脊、女儿墙、屋面四周的檐口安装直径为12mm镀锌圆钢作避雷带。并在屋面采用40mmx4mm的镀锌扁钢设置不大于10mx10m或15mx15m的网格，该网格与避雷带相连。

（3）屋顶上的构筑物或其它凸出屋面的物体，如砖砌水箱、楼梯顶盖、电梯机房顶盖、屋顶造型等，沿其四周装设避雷带；在屋面接闪器，保护范围以外的建筑物，如主楼裙房屋顶、连接单体楼的通道等均应安装直径为12mm的镀锌圆钢避雷带；主楼屋面上的金属物件，如天线、冷却塔、消防管道或其它供水管道、风机、不锈钢水箱等都必须与屋面避雷带连接，其连接线的截面不应小于屋面避雷带的截面。

（4）当建筑物高度超过60m时，该大楼60m及其以上部分的阳台金属栏杆以及外墙上的金属门窗、钢架等金属构件或其它金属凸出物都必须与避雷引下线连接构成电气通路，以达到防御侧向雷击的目的。

2、避雷引下线

避雷引下线通常利用建筑物结构柱内主筋，当该主筋直径大于或等于16mm时，则取其中两根钢筋通长焊接作为一组避雷引下线；当该主筋直径小于16mm时，则取其中四根钢筋通长焊接作为一组避雷引下线。避雷引下线上部与避雷带连接，下部与接地装置连接。

3、接地装置

目前建筑物大部分都是采用埋深大于600mm基础钢筋作接地装置，利用地圈梁的主筋两根组成闭合环网，地梁圈两根主筋与承台底部钢筋连接有桩基础的，在引下线设置处应将桩基主筋与作接地线的地梁圈主筋连接。

（二）内部防御雷击。内部防御雷击主要包括防御雷电感应、雷电波侵入及雷击电磁脉冲等。通常采取的措施是屏蔽隔离、等电位连接与接地、装设电涌保护器等。

1、防御雷电感应的措施

（1）在智能系统中央控制室、计算机网络中心、监控中心、消防控制室、电话机房以及其它楼层设备用房等处设置局部等电位箱（LEB），局部等电位箱内端子板以镀锌扁钢或铜板或铜线与接地体或建筑物总等电位箱内端子板房间内金属设备外壳、电缆桥架、穿线金属管道、设备用支架、静电地板支架或其它金属构件等敷铜线与局部等电位箱内端子板可靠连接。

（2）在弱电竖井内通长安装一根镀锌扁钢或铜板，电缆桥架、垂直管线的穿线钢管每三层与其相连，并将各楼层竖井内配线架、设备用机柜或支架与该镀锌扁钢或铜板连接。

（3）智能系统在大楼内现场安装的各种设备，如传感器、控制器、读卡器、摄像机机架等的金属外壳应就近与楼层局部等电位相连。

（4）电缆桥架、穿线钢管极其与箱柜对接处应做到电气通路良好。

2、防御雷電波侵入的措施

（1）进建筑物电源线缆特别是智能系统用线缆应尽量埋地敷设。在建筑物底层安装总等电位箱，将进入室内的消防管道、各种金属保护套管、线缆金属保护层等以铜线与总等电位箱端子板相连。若智能系统机房设在底层，其入户金属管道与线缆金属保护层等也可以以铜线与机房内局部等电位端子板相连。金属管道中断处应跨接。

（2）需架空敷线，应换缆进户，在架空与电缆换接处装设避雷器，并将避雷器、电缆金属外皮、保护钢管及其它金属部件一起接地。

3、防御雷击电磁脉冲的措施

雷击电磁脉冲的防护是在雷电入侵大楼的各通道上（如电源线路、信号传输线路及进入大楼的各种管线等），通过采用屏蔽隔离、均压、过电压保护、过电流保护、接地等方法，将雷电过电压、过电流泄放入地，从而达到保护智能建筑设备的目的。

4、电涌保护器（SPD）防护

电涌保护器是非线形电压限制元件，用于限制暂态过电压和分流电涌电流的装置，分开关型、限压型和混合型；若按电涌保护器在智能系统中的功能，又可分为电源线路电涌保护器、天馈线路电涌保护器和信号线路电涌保护器。

（1）电源线路的电涌保护一般可采用四级。其中第三级电涌保护器安装在智能系统机房主配电箱内，用于保护以该配电箱为电源的所有设备；第四级安装在需特殊保护的设备（如数字程控交换机、计算机网络系统的主交换机等）电源箱中。电源线路的各级电涌保护器应分别安装在被保护设备用电电源的前端，其接线端分别与电源箱相应相线连接；其接地端与电源箱内PE端子板相连。各级电涌保护器连接导线长度不宜大于0.5m.

（2）天馈线路电涌保护器串接在天馈线与被保护设备之间。

（3）信号线路电涌保护器安装在被保护设备的信号端口上，其输出端与被保护设备的端口相连。

三、结束语

智能建筑的防雷击工程是一个系统工程，我想只要我们采取综合防御雷击的措施得当，内外结合，在智能建筑中构成一套完整的防御雷击体系，我相信雷击事故的发生是可以避免的。