智能建筑雷电防护技术的应用研究

瞿明，万瑞霞

(兰州资源环境职业技术学院机电工程系)

智能建筑雷电防护技术的应用研究

瞿明，万瑞霞

(兰州资源环境职业技术学院机电工程系)

对智能建筑防雷技术的实际应用进行了研究。智能建筑融合了计算机、通信和控制技术，建筑内部应用了大量的微电子设备，容易受到雷击而损坏，建立和完善智能建筑的综合防雷体系是非常必要的。防雷的措施主要包括建筑外部防护措施和内部措施，合理选择雷电防护技术以形成建筑物的雷电防护体系。

智能建筑；雷电防护；外部措施；内部措施

1 引言

雷电作为一种大气放电的自然现象，会对建筑物造成破坏，给社会带来直接或间接的经济损失。随着与传统建筑物不同的智能建筑物不断增多，如何建立起有效的智能建筑防雷体系，是智能建筑领域中备受关注的问题[1]。

2 雷电发生的种类

在雷雨时节，常常会出现伴有巨大响声的放电和闪光现象，这便是直观感受到的雷电。雷电现象是由带有异种电荷的云层之间、或带有大量电荷的云层与大地之间形成的强烈放电而产生的。

云层与大地之间的放电，会对建筑物以及人、畜造成危害。雷击通常有三种形式：

1）具有大量电荷的云层与地面物体某点间出现强烈放电现象，称为“直击雷”；

2）直击雷发生后，云层中的电荷快速消失，但在地面中散流电阻较大的范围内产生局部高压放电；或者当直击雷发生时，较大的脉冲电流对周围的金属物体发生电磁感应生成高压，造成闪击，称为“二次雷”或“雷电感应”。

3）暂态的高电位引起的反击，造成闪击。

3 智能建筑防雷的必要性

在我国智能建筑于90年代起步发展，至今已经形成庞大规模。智能建筑的主要标志是4C技术：（construction）建筑技术、（control）控制技术、（computer）计算机技术、（communication）通信技术。将计算机、 控制和通信技术融合于高大和功能性明确的建筑物，使得建筑内部形成计算机控制网络，这样的建筑物智能程度高，将会为人们舒适的生活提供硬件平台。

智能建筑的内部其实是由计算机网络来进行控制和管理的系统。建筑的内部应用了大量的计算机和通信等微电子设备。在雷电活动的区域内，建筑物的供电电源、计算机、通信等设备会因不明原因造成损坏或死机。这些故障极有可能是雷电活动影响所致。这说明建筑物中的传统防雷系统很难阻止电磁脉冲、雷电感应等雷电活动的影响。

大量微电子器件在智能建筑内部的使用，使雷击的对象不仅是建筑物本身，还包括建筑物内的计算机和控制设备。这些设备通常工作电压低、绝缘水平低，非常容易受到雷电感应的影响。智能建筑的出现对防雷技术和标准规范的制定提出了新的要求，只有在防雷设计施工中结合智能化子系统的特点，完成相关的防雷设计，才能真正对智能建筑起到有效的防护作用。

4 智能建筑的雷电防护等级

参照不同的建筑雷电防护标准[3]，可认定智能建筑物应根据建筑本身的重要性、智能化设备的使用和集成情况、发生雷击后可能产生的影响等多方面因素，将智能建筑的雷电防护水平的划分为三个等级。

智能建筑物的雷电防护等级也可按表1确定。

表1 智能建筑的雷电防护等级划分

5 防雷的技术措施

5.1 防雷的外部措施

防雷的外部装置主要由接闪器、引下线、接地装置等部分共同构成。通常外部防雷装置都装设在被保护建筑上。

5.1.1 接闪器

接闪器主要有避雷针、避雷网、避雷线等几种形式。在使用中，对接闪器的高度、宽窄、长短等尺寸都进行了规定，需要按照要求选择不同的接闪器。现代建筑在设计时可以利用屋顶的建筑装饰构成接闪器，能起到装饰和防雷的双重作用。接闪器的外观样式并不重要，它的耐流、耐压的能力是最重要参数。另外，接闪器的连续接闪能力也是衡量接闪器的重要指标。智能建筑的屋檐、阴阳角、屋脊等部位都应当设置避雷接闪器，以保证智能建筑的正常运行。

5.1.2 引下线

引下线是接闪器导体的中间部分，也是接闪器的延续，通常由若干并联的电路通路构成。常见做法是利用建筑物自身的主体结构中主要钢筋或者剪力墙中的钢筋作为隐蔽在建筑内部的引下线，也可以利用建筑中的一些金属构件作为建筑的引下线。引下线是连接接闪器、接地装置的中间导体，可以通过多条并联的电路实现对雷电流的分流、分压作用。在引下线的安装中，需要注意它的长度、线径、数量和线间间距等，避免安装的引下线起不到应有的保护作用。

5.1.3 接地体

接地体的安装应当具有适当的组成形式，这样可以避免出现接触电压或跨步电压，为确保不产生危险，接地装置的形状和尺寸都非常重要。从防护雷击的角度来看，建筑物采用单一的共用接地装置是比较好的，可以适应于不同的用途。

在智能建筑的设计中，最好能够将建筑的柱子或者桩基中的钢筋作为接地装置，或者用底板基础中的钢筋网做接地装置，从而形成一个接地装置体。防雷接地装置尽量选用建筑的基础，但采用防水水泥等人造材料水泥制作基础时，一般不采用基础内的钢筋来作为接地装置，应当采用其他办法制作接地装置。接地装置的作用是否能够达到预期效果，还与接地电阻有关，接地电阻选用时阻值应当满足设计规范，电阻的阻值越小越好[2]。

5.1.4 等电位连接措施

在智能建筑物内部应装设均压环，均压环间的垂直距离不应大于12m，所有的引下线、建筑物的金属构件、金属设备都应该连接到均压环。如果是高度超过30m的智能建筑，应装设避雷带或者将栏杆等金属物与防雷装置相连接。

5.2 防雷的内部措施

建筑物的内部防雷设施的作用主要是防止雷电感应和雷电波侵入等，这不仅可以减少侵入建筑物内部的雷电流和由雷电产生的电磁效应，还可以防止建筑物对雷电的反击、雷电压和跨步电压形成的二次雷击损害[4]。

5.2.1 屏蔽

为减小电磁感应的损害，可采取外部屏蔽、合理的布线和线路的屏蔽措施来实现防护。对于屏蔽的措施，目前颁布的《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》（GB /T 50311-2000）中做了详细规定。屏蔽主要针对电场和磁场进行，对于智能建筑中的大量微电子设备，可以使用设备屏蔽、线缆和管道屏蔽等措施。还可以对电子电气设备采用金属管线包裹来增强电磁脉冲屏蔽的效果。

5.2.2 等电位连接

在现代的防雷理论中，最重要的是采用均压等电位的连接。根据设备的所处空间，需要对内部和对穿越界面的金属部件在各区界面进行等电位的连接。

等电位的连接可以有效减小防雷空间中各个金属部件与各个子系统之间的电位差，避免电位差导致电子信息系统的损坏。等电位连接的主体有：建筑物内的金属构件和管道、供电线路、防雷装置、电子信息子系统。采用连接排或浪涌保护器进行等电位连接，如图1所示。

5.2.3 电涌保护器（SPD）的设置

当建筑物中电气线路会穿过不同防雷区域的交界面时，需要安装（SPD）浪涌保护器。安装在不同位置的浪涌保护器需要协调配合，可以根据各个浪涌保护区的能量耐受能力进行合理的承载值分配，最终将雷击威胁减小至设备可以承受的浪涌能力之内[5]。

5.3 智能建筑中的新技术应用

5.3.1 提前放电避雷针

为加强智能建筑的防雷效果，可以使用提前放电避雷针，该避雷针可以解决传统避雷针被动接受雷电闪击的不足，还能降低二次雷击的损害。其工作原理为：来自闪电发生之前地面与云层间的电势差能量，可以在雷击产生之前形成先导，扩大了雷电保护的范围[6]。

新的提前放电避雷针可以精确地接受雷电闪击，实现放电，实现主动式引雷。提前产生的向上先导，使得避雷针相当于增加了长度，扩大了避雷针的保护范围，其内部结构如图2所示。

5.3.2 网络防雷器

新型的网络避雷器具有电容量小、通流量大、残压低等优点，能够将电力电子设备、信号线路和大地构成等电位体，雷电流可以阻挡在建筑外或导入大地，保证建筑内部设备的安全。

6 结束语

今后，智能建筑的数量会逐渐增多，钢筋混凝土的建筑结构也会广泛应用，建筑物受到雷击的概率会大量增加，制定出与之匹配的防雷体系是非常必要的。对建筑物的雷电保护是一个复杂的系统工程，涉及气象、电气、建筑等多个领域的技术，需要各行各业的技术人员共同努力，为智能建筑的安全可靠运行提供技术保障。

【1】陈军兵.高层智能建筑及其弱电系统防雷论述[J].门窗，2012(5)：80-82.

【2】毛予晖，沈丛军，刘瑛.防雷接地引起的问题探讨[J].现代农业科技，2011，6.

【3】中国机械工业联合会.GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范[S]，2010.

【4】中国气象局雷电防护管理办公室.1998-2004 年《全国雷电灾害典型实例汇编》.

【5】马宏达 .建筑物防雷的变与不变[J].建筑电气，2002，21（2）：26-28.

【6】曾山佰.智能建筑综合雷电防护技术探索与研究[D].南京信息工程大学，2006.

Application Research of Intelligent Building Lightning Protection Technology

QU Ming，WAN Rui-xia
（Mechanical and Electrical Engineering Department of Lanzhou Re sources and Environment Voc-Tech College）

The application of intelligent building lightning protection technology is studied. Intelligent building integration of comp uter,communication and control technology, the construction of inter nal application have a large microelectronic equipment, vulnera ble to lightning damage. Establish and perfect the comprehensive light ning protection system of intelligent building is very necessar y, lightning protection measures mainly include building external protective measures and internal measures of lightning protection system, a reasonable choice of lightning protection technology to form a building.

intelligent building; lightning protection; external measures; internal measures

10.13655/j.cnki.ibci.2015.04.031