浅谈现代智能建筑电子系统的防雷与保护

朱鑫夫

摘要：现代智能建筑防雷保护与优化已迫在眉睫，现有的建筑防雷技术存在着缺点。随着当今世界科技进步及发展现代智能建筑的防雷保护也有着其自身的特点，主要体现在优化现代避雷针，优化设计楼顶接闪装置等方面，通过措施的综合使用，可以大大降低雷电对现代智能建筑电子系统的破坏，增强抵御雷电侵害的能力。

关键词：建筑；防雷，保护

中图分类号：TU198文献标识码： A

一、引言

现代智能建筑以其高效、安全、舒适和便利等优点，势不可挡地进入人们的生活中，如电子商务大厦、信息通信楼宇、办公自动化写字楼和小区高层建筑等等。然而，由于人们认识的不足致使现代智能建筑电子系统的安全成为了短板。近几年来，高层建筑内的微电子技术设备及计算机系统（以下简称电子系统）遭雷击毁坏，设备造成火灾事故时有发生。因此，现代智能建筑防雷保护与优化已迫在眉睫。

二、现有的建筑防雷技术存在的缺点

首先，防雷技术设计及选材差。早期的防雷技术是引进前苏联的技术，采用抛物线或折线计算法来计算反击电压和安全距离。防雷保护的避雷装置大多用铁管或镀锌圆钢做避雷针，用镀锌圆钢做引下线，地下打入3m-5m长的镀锌铁管或钢材作接地极。当有雷击时，避雷装置将强大的雷电流通过引下线入地。强大的雷电流会在附近空间产生强大的电磁场，并会在电源线和信号线相邻的导线上感应出雷电过电压。因此，普通建筑物的防雷系统不能保护当前的电子系统使之免遭雷击。

其次，传统避雷器应用也存在缺点。目前采用并联避雷器是间隙避雷器（包括气体放电管避雷器）、氧化锌压敏电阻避雷器和半导体避雷器。在电子系统上应用也暴露出一些问题，其缺点是：间隙避雷器的对雷击信号的响应时问长约数百纳秒至微秒级，一旦击穿必须借助外电路使之断流，重复使用的特性变异很大；氧化锌压敏电阻避雷器的结电容大，不宜用于高频电路，其标称通流量作用下的残压较高，约等于lkV，是压敏电压的3-4倍：半导体避雷器的通流量太小，不宜作电源避雷器。

再次，防雷电路的设计上亦有缺陷。接地电阻大或前级避雷器失效时易遭雷击。雷击波是高频电磁波，它除了沿避雷系统引下传递以外，还可以沿引下线经过的空间传递，也把雷电波引进了引下线所经过的空问。当接地不良或前级避雷器损坏时，冲击电压通过引下线经过的空问，使电子系统易遭到雷击。多级关联避雷器响应时间长，不能防护。雷电渡沿馈线前进，第一级如果是间隙避雷器，它对雷击脉冲的响应时间较长，雷击波沿线推进，将第二级压敏电阻避雷嚣击穿泄流：第二级导通后第一级避雷器的端电压下降，其响应时间延长，在此期间，第二级如果损坏了，用电设备也损坏了，第一级还没有动作。所以，不可能确保雷电波依次逐级泄流而遭雷击。

二、现代智能建筑的防雷保护有其自身的特点

现代智能建筑内设有大量的电子系统。这些电子系统通常属于高精度、高灵敏度、高频率和高可靠}生设备，防干扰性能要求高，但是设备的耐电压等级却很低，最怕受刭雷击。在总体设计上针对智能建筑内的电子系统的防雷设计，其特点是要做到综合治理、整体防御、多重保护、层层设防。

首先，优化现代避雷针。随着现代微电子技术设备的发展和广泛应用，优化避雷针是不可缺少的。这就是在分析了传统避雷针某些局限性之后，采取一些改进措施，即气隙放电、阻抗限流等，也就是展宽雷电波形、降低波头幅度，把大部分雷电能量消耗在优化避雷针体上，有效地抑制和削弱了地电位和二次雷击效应，克服了原来的避雷针缺点。

其次，要在楼顶设计接闪装置。“法拉第笼”的制作即在楼顶设计接闪器。接闪器（接闪装置洧三种形式：避雷针、避雷带和避雷网，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下，其制作是利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线，下接接地装置。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。下线的粗细和数量直接影响雷击过电流的分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。

再次，要做到优化设备屏蔽避免电位差。设备本身及设备间做好屏蔽。建筑物的金属结构物遍及各处，不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼，即立体笼式综合接地系统，从而使建筑物内的电子杀统得到很好的屏蔽。不仅能防御空间电磁波的辐射，还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。屏蔽的做法应根据建筑物内电子系统的要求决定。根据设备的性质不同，做好屏蔽。避免接地线之间存在电位差。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加均压环，以减小引下线的电感电压降，使之分流和降低雷击电压，雷电流通过接地装置瞬间泄放人地。建筑内的竖向金属管道应每层与圈梁的均压环相连，均压环应与防雷装罱专设的引下线相连。当建筑物超过30m高时，应将30m处墙上的栏杆、金属门窗等直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接。智能建筑内备种交、直流设备众多，线路纵横交错，应将交、直流工作地、安全保护地、防雷接地与建筑物“法拉第笼”良好连接，形成等电位体，避免接地线间存在电位差，消除感应过电压。

三、现代智能建筑的接地系统也要优化。

智能建筑应建立综合接地系统，采用“法拉第笼”方式选材，接地电阻≤1Ω。接地体的传统材料：传统接地体（系统）使用的是金属导体，最常见的有角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等。这些材料是用成本高、寿命短、不稳定，不宜在土壤高电阻率地区使用。如在砂石和岩石地层使用很难达到防雷接地电阻≤4n的要求。低电阻接地模块是一种以非金属材料为主体的接地体，它是由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解质组成。使用接地模块做接地系统，成本低寿命长稳定。适合高土壤电阻率地区（如在砂石、岩石地层）使用。因为接地模块能成倍增大接地体与土壤层间的接触面积，降低接地体与七壤之间的接触电阻，防雷接地电阻一般很容易达标。

在避雷器的设置和选用上可以注意以下几点：1、电源避雷器。从供电线路侵入的感应雷，实施多级防雷是电子系统防雷的关键。为了避免感应雷电流由交流供电电源线路入侵，可在智能建筑变电问的高压柜内安装避雷器一级保护；在低压柜内安装阀门武防雷装置作为二级保护，以防止雷电侵入智能建筑的配电系统。还可在智能建筑各层的供电配电箱中安装电源避雷器三级保护，并将配电箱的金属外壳与智能建筑的接地系统连接。电源、通信、广播等线路采用埋地电缆引入，外皮两端接地。 EC系列的电源避雷器，选用性能良好、质量可靠的压敏电阻，当供电线路正常运行时压敏电阻处于高阻状态，不影响供电线路正常工作。当线路中由于雷击或操作过电压时引起最大峰值电流或高能量脉冲时，压敏电阻以纳秒(ns)级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低水平。当高能量脉冲过后，系统的续流值为零。“E”型系列电源避雷器，采用EGG型过压保护器。具有免停电更换、超负荷或失效后自动脱离等功能。动作稳定可靠。2、信号避雷器，计算机信号避雷器。随着信息技术的发展，计算机数据通信已广泛地应用于军政、电信、金融、商贸及办公自动化等系统中。因此，必须做好数据通信设备的防雷击保护。ECB2系列信号避雷器主要用于保护电子系统免遭感应雷引起瞬时过电匝及冲击电压的冲击，保护电子系统安全。ECB2系列信号避雷器采用通流容量大的粗保护和快速响应细保护相结合多级保护电路，将来自信号线路的感应雷电流通过雷电支路泄放人地，将瞬时过电挂限制在安全值以内。程控交换机信号避雷器。程控交换机等电子系统，原使用的气体放电管保护方式响应速度慢，保护作用欠佳。为防止从信号传输线入侵的雷电感应冲击波，该信号避雷器，采用波道分流、多级泄能的线对线、线对地的并联或串联式的过流过压保护方式，抑制从信号传输线上感应的雷电冲击波，使设备免遭雷击。

通过上述措施的综合使用，可以大大降低雷电对现代智能建筑电子系统的破坏，增强电子系统抵御雷电侵害的能力。