智能建筑弱电系统的防雷设计研究

智能建筑弱电系统的防雷设计研究

苗苗

苗苗

摘要：随着现代建筑的发展，大中型建筑内引进各种弱电系统以提高其智能管理水平。弱电系统的集成度越来越高，但其承受过电压、过电流的能力随之减弱，更易受到雷电破坏，同时弱电设备广泛布置，又增大了系统遭受雷击的可能性。基于此，作者结合自身工作经验，对弱电系统的防雷设计进行简要分析，以供相关工作人员参考。

关键词：智能建筑；弱电系统；防雷设计

引言：

近年来,各种通信控制系统和网络因雷击而受破坏的事例屡见不鲜,造成的经济损失逐年上升。防雷设计已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、完善的防雷措施是十分必要的。

1雷电破坏分类

1.1直接雷破坏

雷电(指雷电放电中心区域)直击在建筑物、树木、动物等物体上,因电效应、热效应和机械力效应等会造成建筑物损坏以及人员伤亡。雷电直击在露天的智能化系统设备(如摄像机)上可造成设备损坏;雷电直击在架空线缆上可造成线缆熔断。

1.2.2感应雷破坏

雷电感应(感应雷)又称二次雷,发生的机率大。它是指闪电放电时在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,可能使金属部件之间产生火花和很高的电压。感应雷有以下3种类型:

(1)静电感应。当有带电的雷云出现时,在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云极性相反的电荷,雷击发生后被束缚的电荷得到释放,将产生很高的脉冲电压。(2)电磁感应。当雷击避雷针时,在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场,处在电磁场中的智能化系统设备和信号、电源线路会感应出较大的感应脉冲电压。以上两种冲击过电压称为雷电感应过电压(浪涌过电压)。浪涌过电压系统设备的损害没有直击雷猛烈,但其具有放电时间长、发生隐秘、雷击破坏面积大的特点,比直击雷发生的机率大得多,占雷害事故的80%以上。(3)雷电波侵入。智能化系统的电源线、信号传输或进入中心控制室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时,雷电波沿这些金属导线侵入设备,造成电位差,使设备损坏[1]。此外,高电位反击也可能导致电气线路和设备内部的绝缘击穿或电器损害。

2弱电系统雷害成因及设计原则

2.1雷害成因分析

雷电入侵弱电系统的主要途径有三种：直击雷，雷电波入侵，雷电感应和地电位反击。直击雷：雷电直接击在露天的电子设备上造成设备损坏，如室外云台摄像机、室外无线天线等。雷电波侵入：进出建筑物的电源线、信号线、金属管道等遭到雷击或临近地区遭受雷击时，雷电流在金属管线上产生过电压并沿金属管线侵入室内设备，造成设备损坏，出现的几率较大[2]。雷电感应和地电位反击：当建筑物周边遭受雷击，由于电磁感应，会在临近室外的金属导线中产生感应电流，使串联在线路上的设备受损；雷电流泻入大地时，地电位明显升高，对附近的金属管线及其连接设备或对小于安全距离的另一套接地网上的设备产生反击，使这些设备损坏。

2.2防雷设计原则

在智能建筑防雷设计过程中须遵循以下原则：第一是可靠性，防雷系统设计是否可靠直接关系到建筑物内部人员和设备的安全，应从多角度进行分析，选用合理合规的防雷方案；第二是适用性，防雷系统并非是投入成本越大、选用设备越高端，其效果就越好，而是要根据建筑物的实际情况选择合理的方案；第三是开放性，防雷系统应注重其开放性、可扩展性，预留系统对外接口，满足周边设施或后续统一建设管理的需要。

3智能建筑弱电系统防雷设计的研究分析

建筑物防雷设计是一个综合系统工程，根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能和后果，将外部防雷、内部防雷作为一个整体进行分析和设计，因地制宜地采取防雷措施。防雷方案包括两部分：外部防雷即由外部防雷装置（接闪器、引下线和接地装置等组成）将雷电流泄入大地，用于直击雷的防护；内部防雷由等电位连接、共用接地装置、屏蔽、合理布线、浪涌保护器等组成，用于减小和防止雷电流沿金属导线的入侵和在需防护空间/设备内产生的电磁效应，确保设备安全[3]。

3.1外部防护

建筑物的外部防雷利用建筑物的主钢筋作为引下线，并与建筑顶端的避雷针或接闪器进行连接，利用基础内钢筋网作为接地体，将雷电流引入大地。建筑物内的钢筋和其他金属构件可以形成不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用。在屋面、墙角、屋檐等部位装设专门的接闪网，在整个屋面组成不大于5m*5m、6m*4m的网格，起到接地和屏蔽作用。

3.2等电位联结与屏蔽

等电位联结，就是将建筑物内所有金属管道、桥架、设备等金属外壳连接在一起，与建筑物的外部防雷系统连接在一起，形成一个整体，可以有效地降低各金属部件和各系统之间的电位差，消除接地系统之间的相互干扰[4]。弱电设备间应设置专门的等电位连接带，将机柜外壳、保护地、屏蔽线、防静电地、防雷接地等与建筑物结构的主钢筋之间进行有效连接，在雷电情况下整个建筑物和弱电机房呈现等电势。等电位联结的结构形式有星型、网型或两种结构形式的组合等形式。星型结构适用于小型或局部系统，且工作频率在0.1MHz的以下的低频系统，该系统中各设备均连接至机房内部的等电位接地端子板；网型结构适用于大型弱电系统中，且工作频率在10MHz以上，该系统中各机柜就近与网格连接，以便缩短连线长度[5]。屏蔽主要是指弱电机房的电磁屏蔽和线缆的屏蔽，其目的是对电子设备进行防护，减少干扰。通过采取金属管布线，封闭线槽等方式，线管和桥架两端均可靠接地；机房内部线缆也采用金属线槽布线，以防止相互间的干扰；电源线路与序号线路分开布设，并保持一定的安全距离。通过采取屏蔽措施，减弱雷击建筑物时产生的电磁脉冲辐射、电磁感应等，保证建筑安全。

3.3过电压防护

按照《建筑物防雷设计规范》、《建筑物电子信息防雷设计规范》中有关防雷分区划分和过电压保护要求，电源采取三级防雷保护措施，分别在高压变压器后端到二次低压设备的总配电箱内，加装避雷器或浪涌保护器，作第一级保护；在配电线路分配箱、弱电机房配电箱等后续防护区交界处，加装避雷器或浪涌保护器，作第二级保护；在特殊重要电子信息设备或UPS的电源端口，加装避雷器或浪涌保护器，作第三级保护。信号系统的防雷包括由室外引至建筑物内部的通信线路[6]。网络通信设备的接口芯片抗过电压冲击能力很差，需针对不同的设备选用相应的数据通信信号避雷器，作为防感应雷电波的保护措施。根据雷电过电压幅值和设备端口耐冲击电压额定值，可设单级浪涌保护器，也可设置能量配合的多级浪涌保护器。

结束语：

综上所述，在智能建筑弱电系统的防雷设计是一项系统工程，系统结构愈合理，相互之间的作用就愈协调，从而使整个系统在总体上达到最佳的运行状态。结合建筑物实际情况，设计出符合建筑自身特点的防雷系统，从保证雷电下泄、阻止雷电入侵，降低电磁感应等方面考虑，综合外部防雷、内部防护两方面构建一个有效的防雷网络，切实提高弱电系统的防雷性能。

参考文献：

[1]潘冉冉.智能建筑中弱电系统的防雷设计与应用[J].门窗,2018(03):142+145.

[2]贡丹丹.智能建筑弱电系统的防雷工程设计研究[J].建材与装饰,2017(34):94-95.

[3]路东.智能建筑中弱电系统的防雷设计与应用[J].门窗,2014(05):271.

[4]李桂川,郝玉涛.浅谈智能建筑弱电系统的防雷设计[J].电子技术与软件工程,2014(05):132-133.

[5]张玥,胡璨.智能建筑弱电系统的雷电防护设计[J].广东科技,2014,23(02):40-41.

[6]叶伟.智能建筑弱电系统的雷电防护设计[J].门窗,2013(12):98.