现代雷电防护技术在智能建筑工程中的应用

2021-12-26徐达军

绿色环保建材 2021年9期

徐达军

武汉雷光防雷有限公司

1 前言

随着现代信息技术的飞速发展，计算机技术、网络通信技术、综合布线技术都被灵活运用于现代各个行业及领域的发展过程中，先进的电子信息系统也对智能建筑的进一步发展完善起着推动作用。据调查显示，在智能建筑中所使用的一系列电子设备设施整体上工作电压低，耐受能力较差，部分设备如果受到过瞬间过电压，尤其是雷电袭击会降低其安全性和稳定性，极容易受到破坏。与此同时，这类设备设施在进行防雷电工作时还有可能会受到电磁干扰，加之其本身整体较为灵敏，即便是远处的打雷电波辐射，甚至其他建筑物传来的电磁波，也会影响其稳定性。在这样的背景下，必须对智能建筑工程中所使用的电子设备设施加强防护管理。

从一定意义上来讲，智能建筑工程通常会在楼顶上安装避雷针、避雷带或是避雷网，通过共同接地的方式实现其防雷性能的发挥，但这样的策略起到的作用很小，从表面上似乎具备了基础性能，能够对抗外界电磁波的干扰，但在实际运用过程中仍然存在较大的缺陷和不足。例如，如果距离某一高山大约500m处有一个通信机房，电缆采用架空的方式距离地面约为5m左右，其起落雷电流幅值大约为80kA，运用一定的方式方法我们可以计算出该电力线路瞬间电压应当为25kV，感应电压会通过电缆向电力线的两端进行扩展，虽然雷电电流感应电压会在线路中得到一定的减弱，但由于通信机房与落雷点的距离较小，此时的感应电压不可忽视，会直接侵入到机房中造成通信设备设施的损坏，由此造成信号中断。针对这一情况的现象，必须由专业技术人员进行深入分析，采用多元化的防护手段，切实规避雷击现象对电子设备造成的不良影响。

2 智能建筑工程的雷电防护要求

智能建筑工程的类型不同，对雷电防护技术的需求也具有一定的差异化。例如，外部防雷装饰主要是用于预防直接雷，而内部装置则主要运用于对闪电电涌的预防。与此同时，如果在建筑工程开展过程中具备一定的重要设备设施或是设备设施所处的环境磁场电涌无法满足雷电防护的具体需求，此时必须采用电磁脉冲的措施将电子设备及其系统进行保护，利用接地或是等电位连接的方式方法。

根据相关的实验调查研究我们可以看出，智能建筑防雷技术可以分为内部防雷及外部防雷两个主要模块。具体而言，一方面，对于外部防雷而言我们可以将其按照一定的方式方法再次细化为接地装置、影像线等，其主要用于直击雷的预防；另一方面，内部防雷我们可以将其细化为合理布线、屏蔽、等电位连接等多元化的方式手段，从真正意义上实现雷电电磁效应的预防。在当前社会发展的背景下，建筑工程所进行的防雷设计必须充分立足于国家的规范制度及标准要求，不仅仅要满足外部防雷的装置需求，更应当立足于内部防雷，有效预防闪电电涌的入侵。换而言之，在具体的工程开展过程中，相关技术人员可以将内部防雷中的等电位与电子信息系统、金属管线、金属装置进行有效地连接，使其符合工程间距的实际要求。

3 智能建筑工程中电子设备防雷的主要特征

从一定意义上来讲，目前我国大多数行政办公楼都采用了多元化的电子设备，例如，卫星接收系统、数据传输系统、网络专线系统、监控系统等，设置了多元化的弱电集体。尤其是对于一些发达城市而言，其智能化工程的电源与接地标准均满足了国家最高要求，采用先进的设备设施，提高了智能建筑的整体防雷效率及质量。众所周知，强电、静电都会在一定程度上导致电子设备或电压输入输出信号线、交直流电源线接近系统，也是过电压侵入电子系统的渠道及途径。在这样的背景下，相关技术人员必须采用多元化的防护策略和手段阻断过电压的入侵。

4 现代雷电防护技术在智能建筑工程中的有效运用

不同的智能建筑对于雷击防护的需求各不相同。因此我们可以根据建筑类型使用性质及智能化子系统的集成以及雷击可能造成的后果进行雷电防护的有效划分。

4.1 天线系统

通常我们会将卫星天线设置在建筑物的顶部或是屋面上，将其与防雷接电装置进行有效地连接。值得注意的是，在连接的过程中交互点不能低于两处，如果天线超出了现有避雷针的防护范围，那么则应当根据实际情况加装独立的避雷针，并与天线的避雷接地装置进行连接，通过这样的方式发挥出天线系统的防护功能及价值。与此同时，如果要将天线引入室内则必须加装天馈SPD。

4.2 进出管线及电缆

在进行建筑工程的实施过程中，金属管线电缆以及其他的引入线都应当在进出口的位置与防雷接地装置进行有效地连接，通常我们会将这样的装置设计在总等电位连接排中。具体而言，首先，进出口所使用的电缆其金属外皮必须与接地装置有效连接，如果电缆采用的是架空的方式就应当在转换处设置SDP。据调查显示，架空线如果遭受雷击，产生故障的概率大约为总故障的30%左右，即便是雷击点距离电缆较远仍然会存在部分的电流直接流入电缆。基于此，在进行电缆敷设的过程中，应当尽可能采用带屏蔽层的线缆，或是采用钢管穿过线缆进行敷设，这样的方法必须确保钢管的电气联通以此防止电磁干扰。金属管的屏蔽作用以及雷电电流的极负效应都会在一定程度上保护传输电缆，使其不遭受破坏及干扰。

4.3 电源系统

根据对社会中雷电新换设备的案例分析我们可以看出，大约有70%以上的雷击事故是由于供电线路侵入雷电所造成的。在这样的背景下，相关技术人员必须加强对电源系统的整体防护，采用多元化的技术手段实现事故的有效规避。而电涌保护器对于电源系统的整体防护起着至关重要的作用，通常我们会将其设计在各个防雷区交界处，以此实现等电位的有效连接，充分发挥电涌保护器的价值作用，配合其他防雷策略措施共同开展。系统会根据自身的耐能量能力接收自身可承受的闪电威胁值，将其最大限度地减少，直到满足实际需求。在具体的实施过程中，电涌保护器必须在LPZOA/LPZl的交界处引走大量的雷电流，将其导向地下，之后电涌保护器再对二者交界处的剩余威胁值通过一定的电磁场使之产生一定的感受效应。

众所周知，不同的信息设备其耐受冲击过电压额定值也具有一定的差异性。在这样的背景下，电涌保护就必须根据不同建筑物所使用的低压信息设备的种类，科学合理的选择，明确系统的重要性，根据建筑物的整体规模、电磁环境等多元化的因素，明确电涌防护的等级形式及方式方法。

针对智能建筑而言，为了确保其电子设备设施的安全性、可靠性，通常我们会在电源上设置三级保护。第一，在电源引入建筑内部连接进户线的地方有效设计安装重复接地系统，并运用大通量的三相避雷器实现一层防护；第二，基于动力室电源线总配电盘采用通量并联式专用避雷器，实现二层防护；第三，各个配电柜的进线处设计并联式电源避雷器，以此实现三层防护。值得注意的是，针对电源控制室的布线不能直接沿着墙体进行设计敷设。建筑物一旦遭到雷击，有可能会导致墙内钢筋产生强雷电流，在一瞬间磁场就会发生巨大变化，控制室的线路感应到高脉冲浪涌电击会直接影响电子设备的正常运行，造成设备的损坏。另外，针对信号控制线、数据传输线而言，在连接前端或是进入控制室之前应当采用专业的接地设备，电阻不能超过4Ω，如果是综合接地网则不能超过1Ω。

4.4 弱电系统

根据相关的实践调查研究我们可以将智能建筑中的弱电划分为以下两个模块：第一，符合国家相关标准要求的安全电压等级及控制电压电能，包括24V直流电源、应急照明、备用电源等;第二，载有一定信息元素的信息源，例如电话、计算机等。而在智能建筑中，弱电技术是极其重要的组成部分。

所谓智能弱电技术，通常以信息技术作为载体和主要内容，其应当是智能建筑发挥其作用，实现功能的主要途径及方式手段。由此可见，针对弱电系统的雷电防护应当是一项系统性的工程，其涉及的专业知识众多，包括气象学、电力工程、电气专业、建筑学等，不同学科之间相互交叉，凸显出一定的综合性，涵盖了宏观、微观，内部、外部防雷技术，天线、地线，强电、弱电的每个环节及部分，都立足于自身的需求科学合理的设计优化，统筹考虑。具体而言，针对避雷针地线屏蔽过电压容易入侵的一系列通道都应当采用科学合理的策略技术，进行有效地管理完善，例如，电源系统、信息传递系统、信号传输系统等，实现对信号设备的有效屏蔽，合理增加避雷装置，从根本上减小雷电过电压，从真正意义上实现全面防护、经济高效。

4.5 传输网络

不同电子设备的传输网络路径也是大不相同，因此在进行雷电防护的过程中可以充分根据电磁脉冲（LEMP）入侵电子设备的路径进行有效地防护管理。具体而言，当发生雷电时，其电能直接作用于与电子设备相间的各种导线上，以此形成了大量的雷电波感应过电压，其通过信号线、天线等直接入侵到电子设备中。如果作用于电子元器件会直接造成元器件的误动作或是损坏;同时雷电也可以通过地电位反击直接导致导线绝缘材料的损坏。在这样的背景下，相关技术人员可以采取多元化的措施进行有效地防护。第一，针对智能建筑中的系统设备设施实现等电位连接；第二，采用穿金属管的敷设方式对电缆信号传输线进行完善，实现对其的屏蔽，弱化感应效应;第三，对设备机房进行屏蔽;第四，根据进入雷电防护的实际需求装备设置SPD，以此对过电压值进行限制。

5 现代雷电防护技术在施工过程的注意事项

（1）根据上文我们可以看出，雷电防护系统在进行设置的过程中必须充分考虑不同管线的具体位置及其与防护系统之间的关系。建筑物内部的照明、动力、电话、电视线路必不可少，进行雷电装置的设计时应当确保上述线路不会受到其影响，因此在具体的施工过程中可以将上述线路直接利用金属管进行穿线，实现对雷电防护系统的屏蔽，可以采用镀锌钢管，严格根据现状及需求进行跨接，从真正意义上确保所有电气管线直接联通。

（2）动力、照明、电话、电视等线路的主干线应当设计在建筑物的中心，但整个过程应当尽可能避免靠近引下线主筋，在雷电发生时产生的感应效应会直接导致电子设备的损害，因此施工时设计人员必须统筹安排，综合考虑，对弱电系统的管线走向进行完善，以此最大限度地缩小感应范围。

（3）针对室外引入的电源线、电话线等，不仅仅要考虑其布线的隐蔽性、安全性，还应当在入户处加装避雷器、防雷器，以此实现过载保护。

（4）智能建筑工程中设计完善接地处理本质上是为了将雷电直接引入大地，依次实现对设备及人身安全的有效保护。通常而言，建筑物会设置地网电源地、信号地等基地，电子设备要求安全保护地、防雷保护地独立运行，留出足够的安全距离规避电位反击事故的发生。由此可见，不同接地系统之间必须根据实际情况，科学合理地进行距离的选择，从整体上满足国家的相关标准规范，尽可能将其有效连接。如果施工现场或是项目情况无法实现直接相连，也可以考虑地电位连接的方式。