智能建筑的防雷与接地方法

2014-03-23吕俊霞

电气传动自动化 2014年2期

吕俊霞

（河南工业职业技术学院，河南南阳 473009）

1 引言

智能建筑兴起于发达国家，随着我国国民经济的迅速发展，特别是20世纪90年代，国内各大城市的智能建筑大量兴起。

智能建筑，顾名思义要实现智能化。所谓智能化（智能控制），控制器具有智能行为的系统称为智能控制系统，不仅仅是提高计算机的运算速度和存贮容量，而且要接近人脑的智力行为。曾经有模糊控制、模糊逻辑、神经控制和智能控制论、神经网络、神经计算机、电脑等。总之，是为了无限接近于人脑的智力行为的计算和控制。

尽管目前的智能建筑还是初级的智能化，但智能建筑中新技术应用多，科技含量高，投资大，设备复杂，成本高等。因此智能建筑的安全问题尤为重要，智能建筑的接地装置要求高、要求严，并且有其特点。

2 接地装置与建筑防雷装置

接地装置是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。

常见的防雷装置是接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器及其他连接导体的总和。接地装置包括接地体和接地线两部分。

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导线，它的作用是把接闪器上的雷电流传递到接地体上。引下线一般采用圆钢或扁钢，如有腐蚀性场所应当适当增大截面积；引下线一般沿建筑物的外墙敷设，敷设线路应尽量短而直，应固定牢固，固定支点之间的距离不应该大于1.5－2m，在离地面连接处应用钢管穿管的办法，以防外物对引下线造成机械损伤和腐蚀。为了便于检查测量，在离地面1.5－1.8m处需设置断接卡。

接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，它的作用是将雷击电流有效泄入大地。现在常用的接地装置有水平接地极、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。易燃易爆化学物品的接地装置一般采用垂直接地极，即用一根2.5m以上的角钢、圆钢、钢管或铜质柱型材制成垂直形状打入土壤中，当接地不能满足要求时，可采用环形接地极组和放射形接地极组的办法；为了防止接地体被腐蚀，可在埋设前先涂上防腐剂。有些地区土壤电阻较高，一般接地方式达不到接地设计要求时，可采用人工方法来减少接地土壤的电阻率，即换土法或化学处理法。

3 智能建筑接地的一般规定

智能化系统设备的接地应做到安全可靠、经济合理、技术先进。并且，应采用总等电位联接，各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间等的接地应采用局部等电位联接。接地极当采用联合接地体时，接地电阻不应大于1Ω；当采用单独接地体时，接地电阻不应大于4Ω。在智能化系统设备和电气设备的选择及线路敷设时应考虑电磁兼容问题。

智能建筑的接地除了其他相关标准有更严格的规定外，接地方法必须符合有关的要求。接地系统一般是商业建筑楼内保护专用信号或通信及综合布线系统不受干扰的一个完整部分。为了保护强电环境中的人员和设备，接地系统必须减少对通信及综合布线系统的电磁干扰的影响。不正确的接地装置会产生感应电压，破坏其通讯电路。

在符合电气标准的同时，还必须遵守设备厂家的接地规程和要求。专用数据和通信的接地标准有可能比国内的有关要求高。

设计智能建筑的接地系统，应考虑下列因素：①保证安装符合正确的操作规程；②保证管理区、设备室和入楼设备有正确的接地入口；③保证接地适用于跳接箱、插接箱、电话的数据设备以及维修和测试设备。

网络接地点是本地通信部门的通信设备和用户终端的通信布线及设备之间的连接点。从物理接地点角度，通信部门提供业务的接地方式是标准中记录的转换装置或工业标准中规定的方式。为了系统的安装，确定准确的接地点要与业务提供者或厂商协商。

对于网络接地点的位置，在单一用户的大楼中，接地点在保护装置的12吋范围内或无保护装置的地方，它们一般在通信部门设备到大楼的12吋范围内；而在多用户大楼中，通信部门要为接地点限定起码的几个点的接入法规。否则，大楼房主可自行规定接地点的位置，可以设置一个单独的接地点，也可以在每个用户的办公地点设一个分界点。这样，从布线到用户办公地点就会超过12吋。

对于智能建筑系统接地方式的选择，统一（联合）接地系统，智能建筑的接地系统，智能建筑的防雷接地，是智能建筑接地的重要内容。目前最适合智能建筑的接地系统是TN—S系统。

智能建筑中有大量的强电设备，更有大量的弱电设备，如电子计算机和其他电子设备，为了使这些设备能正常、精确地运行，通常采用直流接地，也就是所谓“信息接地”，或称逻辑接地。直流接地的特点是有比较稳定的基准地电位。在智能建筑的接地系统设计时，正确选择智能建筑系统接地方式是一个重要环节，施工时应考虑建筑物所处的供电环境。

4 智能建筑的防雷接地系统

智能建筑的防雷接地系统，有特殊的重要性，电子设备重要性高，尤其是精密电子设备重要性非常高，但其绝缘水平极低。如各种大规模集成电路的芯片、绝缘水平等级只有几十伏，甚至只有几伏；而来自雷电的瞬时过电压高达几万伏，甚至几十万伏。即使雷电反击或雷电感应，也足以造成自动化、智能化系统的电子设备损坏和严重破坏。轻者也会造成电子设备的严重干扰，使自动化、智能化系统不能正常工作，使得智能建筑的功能不能正常发挥，甚至造成瘫痪。由于智能建筑通常都是重要的建筑物，因此智能建筑物一般应按一类防雷保护考虑，必须具备相应的防雷接地系统。

对于智能建筑的防雷接地系统，应特别重视对设备的隔离，使电子设备尽量远离防雷系统，智能建筑应设计成为均压、等电位和有多层次的防雷屏蔽结构。

4.1 一般规定

智能建筑的防雷接地系统的一般规定如下。

为了防止雷电波的侵入，进入建筑物的各种线路及金属管道应采用全线埋入的方法，并在入口端将电缆的金属皮、钢管及金属管道与接地装置可靠地连接。若采用部分直接埋地引入时，电缆长度不应小于15m，其入口端电缆的金属外皮或钢管应与接地装置良好连接。在电缆与架空线路连接处，还应装设避雷器，并与电缆的金属外皮或钢管及绝缘子铁脚连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。

进入建筑物的各种金属管道及电子、电气设备的接地装置，应在进出处与防雷接地装置作可靠连接。

在有条件的情况下，应将防雷装置的接闪器和引下线与智能建筑内的金属导电物体隔离，金属物体至引下线的距离，应符合设计要求，且不能小于2m，如达不到要求，应采取相互连接的措施，连接导线的最小截面应符合规定。

智能建筑内的各种竖向金属管道每三层与圈梁或均压环的钢筋连接一次。底部必须与防雷装置相连。

为了防侧击雷，应将30m及以上部分外墙上的栏杆、金属门窗等较大金属物直接或通过金属门埋铁，并与防雷装置良好地连接。

延伸至屋顶外的金属管道与构件，除保证其在接闪器保护范围内，还应在户内、户外与防雷装置可靠地连接。

对于一些有特殊防雷要求的系统及设备，如电视的共同天线，卫星电视天线等应按照相应的有关标准、规范所规定的要求，进行安装和施工。

4.2 防雷接地体

智能建筑的地基是较理想的自然接地体。通常地基上端的钢筋已与承台面的钢筋连接在一起。若未做到如此的地基，施工时，可采用40mm×4mm的镀锌扁钢将未连的钢筋连成一体。这样，也完成地基的整体连接。显然，这是一个非常理想的自然接地体系统。设计时根据这样的规定，绘制地基连接的平面图，并提出承台面内钢筋连接的要求。施工时按设计图纸的要求进行安装和施工。这样，就构成了防雷接地体。接地系统的接地电阻，对于智能建筑，应保证小于1Ω。

4.3 防雷接地引下线

防雷接地引下线的接地方式主要有以下两种：

施工时利用柱子内的主钢筋作为防雷接地引下线，柱子下端钢筋应与承台面内钢筋连成一体，没有连接的应采用40mm×4mm的镀锌扁钢，将其连成一体，并完成与自然接地体连成一体。柱子上端的钢筋应与建筑物顶层内的钢筋连成一体，若没有连接的，可采用40mm×4mm的镀锌扁钢将柱子上端的钢筋连接在一起，用金属丝绑扎或焊接均可。沿外墙柱子的钢筋应与建筑物顶层的防雷接闪器连接在一起。这样，就完成了智能建筑防雷接地的引下线。这种防雷接地引下线的施工方法，雷电流泄漏点多，又不损坏建筑物的外观，而且施工比较方便，所以这种施工方法比较好。

人工防雷接地引下线的施工方法是采用足够截面积的裸铜线或30mm×4mm的镀锌铜带，每隔2m作一次固定，引下线间距不大于18m。采用这种人工防雷接地引下线的方法时，应注意建筑物的外观，这种引下线施工方法较适用于平面空间窄小的塔楼建筑。

4.4 防雷接闪器

雷电对建筑物及其设备，乃至人身有极大的危害，而且非常复杂，又具有突然性，特别是直击雷和侧击雷。对于建筑物的屋脊、屋角、女儿墙与屋檐，都比较容易受到雷击，在建筑物顶上的设备与器具，更容易受到雷击。为了有效地防止雷击，可以采用针带组成接闪器，其施工方法如下。

采用25mm×4mm的镀锌扁钢在建筑物顶上组成不大于10m×10m的网格，并延伸到女儿墙上，使墙沿均在避雷带的保护范围内。

在建筑物的最高点再设置避雷针，或多处设置避雷针，可用滚球法确定其保护范围。

针带组合接闪器应与外墙柱子作为引下线的钢筋作可靠的连接。

4.5 等位面与均压环

等位面与均压环（形成均压空间）可使智能建筑内的电子设备及综合布线系统更得到有效的保护，所以有其重要的意义。有了均压系统，在发生雷击时，不会造成高压集中向低电位物体反击的现象。等电位面与均压环施工方法如下。

利用楼层内的钢筋与周围柱子的钢筋，将它们连成一体，整个楼面就成了防雷等电位面，这种等电位面楼层是很好的防雷屏蔽层。施工时有两种情况，一种是将等电位楼层在土建施工时自然完成；另一种对于预制式楼板，应在预制楼板内预埋供防雷接地装置连接的扁钢，在土建施工时将这些预埋扁钢与防雷装置作可靠的连接。

对于均压环，可将智能建筑30m及以上，每三层利用圈梁的钢筋，与外墙所有柱子的钢筋作可靠的连接，这一连接整体自然构成了均压环。若没有圈梁的建筑物，可在30m及以上每隔三层，采用40mm×4mm的镀锌扁钢或Φ12mm的圆钢，将建筑物外墙柱子内钢筋连成一体，形成一个防雷均压场，保证雷击时，建筑物和其设备以及人身的安全。

对于智能建筑，它具有一个良好的接地体，多根防雷引下线，多层屏蔽等电位面，以及均压空间，称为法拉第笼结构，电子设备处在法拉第笼内，这样，完成了智能建筑的完善的防雷接地系统，这个系统也是智能建筑接地系统的基础。

5 屏蔽接地与防静电接地

对消除电磁和静电干扰，最有效的方法是屏蔽。屏蔽是指减弱和防止静电及电磁相互干扰的措施。包括静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。所以，对于智能建筑要进行电磁兼容设计。尽管说对于闪电、雷击、外来的电磁波干扰，由于智能建筑物的钢筋，组成了一个多层屏蔽效果良好的防雷接地体系，同时电子设备及其布线都配置在建筑物的底部楼面的较中心位置，基本能做到抗外来干扰。一般电子设备又装有交流电源滤波器、隔离变压器、直流滤波器等，已经将交直流电源传导的干扰信号或耦合信号消除了许多。但是，在智能建筑中为了消除各种干扰，使智能建筑物有更安全的电磁环境，还必须进行静电屏蔽及防静电接地、电磁屏蔽及其接地。

（1）静电屏蔽及防静电接地

为了防止静电场对信号回路的影响，消除两个电路间分布电容耦合产生的干扰，必须采用静电屏蔽措施，静电屏蔽在设备本身已经具备。因此，只要将静电屏蔽体作良好的接地即可。

施工时，应将通信设备房、电子计算机机房（即容易产生静电，以及静电对电子设备容易产生干扰的机房），其地坪应采用防静电地板（即导电地板）架设，导电地板间应有接地连续性措施，甚至房间门窗的金属把手、门栓及所有金属构件都应可靠接地。

（2）电磁屏蔽及接地

为了防止外来电磁场及综合布线间直接电磁耦合对电子设备产生的电磁干扰，应采取电磁屏蔽措施。和静电屏蔽一样，通常电子设备本身已具备屏蔽体（有时与静电屏蔽合用），所以只要将屏蔽体作可靠的接地即可。

施工方法如下：

为了信息保密或预防窃听，应将整个房间屏蔽起来，门、窗、通风等开孔处及接缝，应采取有效的屏蔽措施。

整个屏蔽层组合间，应有接地连续性，并具有可靠的接地措施。

为了防止来自综合布线间的相互干扰，电子设备的信号传输线、接地线等应尽量远离产生强磁场的场所，布线应尽量避免相互干扰的线路平行敷设，布线路径并应尽量短。

传输线直流接地线应采用屏蔽线式穿钢管或金属线槽敷设，屏蔽层和金属管、槽两端应可靠接地。

屏蔽接地引线应直接与保护接地线PE连接，或与辅助等电位铜排相连接，并应采用6mm2以上的铜芯绝缘线，且引线长度不得超过6m。

［1］芮静康.供配电系统的施工、运行和维护［M］.北京：中国电力出版社，2008.