浅析智能建筑弱电系统的防雷设计

薛丽娟 石元鑫

摘要：随着信息产业的不断创新和发展，智能建筑应运而生，且发展十分迅速。现代建筑业的电气发展经由过了电气化阶段、自动化阶段和当今的智能化阶段三个阶段。尤其是智能建筑中由于采用了大量的联网型精密电子设备，且设备的信号线路纵横交错、连接复杂，使其抗电流、电压、电磁脉冲的能力十分有限，极易遭受雷电的袭击，而传统意义上的避雷针对这些设备的防护是远远不够的。本文就智能建筑中弱电系统的防雷设计和应用做简单的阐述。

关键词：智能建筑；弱电系统；防雷设计

Abstract: along with the information industry innovation and development, intelligent building arises at the historic moment, and is developing very rapidly. Modern construction electrical development through the electrification stage, automation stage and today's intelligent stage three stages. Especially in the intelligent building with a large number of networking type precision electronic equipment, and the equipment of signal circuit crisscross, connect complex, make its resistance to current, voltage, electromagnetic pulse is limited, it is easy to suffer lightning attacks, and the traditional sense of lightning protection for the equipment protection is far from enough. In this paper the weak current system of intelligent building lightning protection design and application of the simple paper.

Keywords: intelligent building; Weak current system; Lightning protection design

中图分类号：TU856文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

近年来，由于电源质量问题及直击雷、雷电感应、瞬间过电压、零电位漂移等浪涌和过电压的侵袭，安装在弱电系统中的设备经常会受到各种过电压、过电流的危害。而这种危害造成的破坏和经济损失也在逐年上升，尽管有些自动化系统采取了一定的防雷防护措施，但是防雷效果不是很明显。由此可见，防雷设计已经成为智能建筑弱电系统能否安全运行的一个重要问题。因此，对智能建筑弱电系统作好全面、完善的防雷措施，以及认真研究和科学设计智能建筑弱电系统的防雷和接地，具有深远的影响和现实意义。

1.雷电的危害形式及分类

雷电是由雷云即带电云层向地面建筑或大地进行放电的一种自然现象，它会对建筑物或电子设备产生严重破坏。

雷电危害一般可分为两类：①雷直接击在建筑物上，时建筑物发生热效应和电动力作用；②雷电流产生的静电感应和电磁感应。具体的表现形式如下：

1.1雷电流高压效应的破坏作用

雷电放时产生的高压可以损坏发电机、变压器等电器设备的绝缘，造成大规模停电，绝缘破坏引起的短路可导致可燃物的着火或者爆炸等。

1.2雷电流高热效应的破坏

由于雷电产生的较大电流通过导体时，极短的时间就可以将电能转换成热量，转换的热量达到一定程度时，可导致设备金属熔化，进而引发火灾或爆炸。

1.3静电感应破坏

当金属处于雷云与大地的电场中时，金属表面会感生出大量的电荷，这些电荷不会随着雷云放电结束而消散，因而，产生高达几万伏的对地电压，称为静电感应电压，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。

1.4电磁感应

雷电具有很高的电压、电流，同时又是在极短的时间发生的，因此在它周围的空间里将产生强大的交变电磁场，使电磁场中的导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物也产生感应电流，这时如回路上有的地方接触电阻过大，就会局部发热或发生火花放电。

1.5雷电波侵入

由于雷击在架空线路、金属官道上产生的冲击电压，使雷电波沿线路和管道迅速传播。若雷电波传播至建筑物可造成建筑配电装置和电气线路绝缘层击穿，并产生短路。

1.6防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用。

当防雷装置接受雷击时，在接闪器和引下线接地体上都具有很高的电压，如果防雷装置与建筑物内外的电气设备、电气线路或其它金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，可能引起电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿。这种现象称为反击。

其中的静电感应和电磁感应这两种冲击过电压成为雷电感应过电压（浪涌过电压）。浪涌过电压系统设备的损害没有直击雷猛烈，但是由于其具有放电时间长、发生较为隐秘、雷击破坏面积大等特点，使浪涌过电压造成的雷害要比直击雷大的多。

2.弱电系统遭受雷击损害的原因分析

避雷针能防止直接雷击，但不能阻止雷电感应过电压、操作过电压、零电位漂移过电压，以及因过电压在泄放电流时在其周围所产生的很强的感应电压，而这些电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。雷电造成的危害是难以避免的，尤其是对计算机网络系统的危害更大。根据相关研究表明，当磁场强度Bm≥0.07×10-4T时，无屏蔽的计算机会发生暂时性的实效或失误动作；当Bm≥2.4×10-4T时，计算机元件会发生永久性的损坏，而雷电电流周围会出现的瞬变电磁场强度往往大于2.4×10-4T，因此，有效地纺织类点对弱电系统设备所产生的危害，是保证弱电系统设备安全、稳定运行的重要前提。

除直击雷外，雷电作为电磁干扰源，主要以雷电电磁脉冲的形式入侵弱电系统，其传播途径主要有5个：①直击雷；②雷电通过各种通信线路（天馈线、电话线、网络线、数据专线等）传入系统而损坏设备；③雷击建筑物或邻近地区雷电放电，内部计算机系统网络环路由于空间电磁感应产生瞬态过电压而造成损坏；④雷电通过供电线路引入系统电源，导致设备损坏；⑤电位反击造成设备损坏。

3.弱电系统防雷多级保护设计

根据IEC61312标准，弱电设备应设置多级防雷保护措施，一般为三级配置。由于雷电流主要由首次雷击电流和后续雷击电流组成，因此，雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制（或分流）首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级质监的能量配合和解耦措施。弱电系统可采用外部防雷和内部防雷两种措施。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波。这两道防线相互配合。

3.1外部防雷

直击雷防护主要是指建筑主体的防雷，一般主要防止建筑物或设施避免直击雷危害而采取的防雷措施。它主要通过避雷网、避雷带、避雷针等，利用引下线将雷击电流引至接地体，将其电量它泄放至大地。设计时建议采用联合接地方式来构筑整个建筑主体的防雷防御网。

3.2电源系统的防雷

经实际运行经验验证，电源系统耦合进入感应雷击造成的电子设备损坏占雷击灾害的6成以上。因此，电源系统的防雷避雷措施是整个防雷工程中最重要的环节之一。若要防止感应雷电波和雷电电磁脉冲通过外输线路侵入，应该在它还没有进入建筑电源系统之前将其泄放至大地。

由于弱电系统机房电力是由整个建筑的变配电室引入的，电源的高压端防雷由电力供电部门直接实施。为了将配电系统线路上的电压限制在一个安全的水平，设计时需在供电线路上安装SPD。并且将弱电机房的电源浪涌保护设为三级保护：引入电源的总配电柜处安装浪涌保护器；弱电机房的配电箱处安装浪涌保护器；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应相对地加装浪涌保护器，作为三级保护。

3.3信号系统防雷

由于网络信号设备的接口芯片抗过电压冲击能力很差，且极易遭受感应雷击，造成网络系统瘫痪，严重的甚至能够使电子设备的元件永久性损坏，造成严重的经济损失。为了避免这种情况的发生，在进行弱电系统的设计时，应该根据不同的设备选用不同的通信信号避雷器，来作为通信线路系统上感应雷电波的保护措施。在选择相关产品时，一定要充分考虑防雷性能指标以及网络带宽、传输损耗、接口类型等网络性能指标。

3.4等电位联结

通过设置等电位联结，可有效消除不同接地点可能存在的电位差，发生雷击时可有效避免因感应产生的不同接地点电压不同而导致的放电现象。

3.5合理的屏蔽设计

建筑中做屏蔽的主要目的是为了对微电子设备进行防护。为了更好的保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，设计采用金属管布线，使防止雷电反击的能力更强、屏蔽各种电磁脉冲的能力更好。

结语

随着信息技术的飞速发展，智能建筑的智能化设备越来越多，对智能建筑弱电系统的雷电防护也提出了许多新的内容和要求。若设计不当，会直接影响智能化系统的功能与价值，造成极为严重的经济损失。智能建筑弱电系统的防雷接地设计必须根据其自身特点，从系统性的角度进行全方位综合考虑。只有这样，才能搞好防雷接地的设计和施工，最后才能有效地保护智能建筑弱电系统安全、稳定的运行。

参考文献：

[1] 王跃民 张秋颖, 雷电的危害及预防[J],.现代农业科技.2011年10期

[2] 陈军兵.高层智能建筑及其弱电系统防雷论述[J],门窗，2012（05）

[3] 张虎 李超，智能建筑弱电系统的雷电防护设计[J]，智能建筑电气技术，2011（02）

[4] 吉智 吴雪冰 吴慎山，智能建筑的防雷接地设计[J],现代建筑电气，2010（08）