现代智能建筑物弱电系统防雷技术浅谈
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【摘 要】现代智能建设中通常都具备通信网络、计算机网络、办公楼宇自动化以及电视、消防等弱电系统，这些系统的防过电压能力较差，有着较高的防护要求。而建筑物尤其是高层建筑物受到雷击的概率比较高，雷电波会沿着建筑中的缆线、金属管道等分流侵入，或者在缆线上感应浪涌过电压，并且引起空间电磁脉冲辐射在三维空间内作用电子设备，造成微电子设备的损坏。因此本文就针对建筑物中弱电系统的防雷技术展开讨论。
【关键词】建筑物；弱电系统；防雷
1.雷电的危害及破坏分类
在地球的表面无时无刻不在发生的闪电，其中又被称为落地雷的落地闪电每秒钟可达三十到一百个。雷电也是人类所面临的自然灾害之一。雷电破坏共分为两种，一种是直击雷破坏，另外一种是感应雷破坏。我们先来看下直接雷破坏，当雷电直接击中建筑、树木或者动物身上上时，由于受到热效应、电效应以及机械力的效应的影响，从而导致建筑物的损坏以及生物体的伤亡。如果雷电直接击中露天智能系统设备可以导致其损坏；如果直接击中架空线缆，则会熔断电缆。而感应雷又被称为二次雷，相对直击雷而言感应雷的发生机率更大，所谓感应雷是指闪电在放电的过程中，附近导体受到影响会产生静电感应及电磁感应，导致金属部件之间会出现火花及高电压。感应雷又分为静电感应、电磁感应以及雷电波侵入等三种不同类型。其中静电感应是指出现带电的雷云时，雷云下的建筑物及其相关的传输线路会感应出电荷，其极性与雷云的极性是相反的，发生雷击后会释放被束缚的电荷，从而产生大幅度的脉冲电压。而电磁感应是在雷电击中避雷针时，引下线的周围就会产生较强的瞬变电磁场，电磁场中的电源线路、信号线路以及弱电系统设备就会感应较大的感应脉冲电压。上述两种冲击过电压被称为浪涌过电压或者雷电感应过电压。与直击雷相比，浪涌过电压系统的设备的损害相对较轻，但是其有着发生隐蔽性、放电时间持久性以及雷击破坏面积大的特点，因此发生的机率高出直击雷数倍，百分八十以上的雷害事故都是由其造成的。感应雷的另外一种类型为雷电波侵入，当雷电击中或者雷电感应到弱电系统的电源线及信号传输的线路时，雷电波会沿着这些金属导线直接入侵到设备中导致电位差，最终损坏设备。而且高电位反击也会造成电气线路及设备内部的电器损害或者绝缘击穿。
2.弱电系统防雷的必要性
传统的防雷系统多为利用避雷针、法拉弟笼以及屋顶接闪器和基础内接地网进行防雷接地，从而对建筑物及其里面的人员进行保护，但是一些电子干扰由雷电感应以及电路浪涌和电磁脉冲等引起的，传统的防雷技术就无能为力了，因此针对弱电系统加强防雷技术的保护非常必要，其主要体现在以下几点：第一，雷电直接击中延伸在建筑物外的通信和供电线路上，其感应电流就会快速的侵入建筑物内；第二，切换城市大型的电力电网以及启停大型电力用户的过程中产生浪涌；第三，建筑物内部的诸如空调主机、大功率的水泵以及电梯等电气设备，如果启停频繁会产生浪涌；第四，供电线路、通信线路以及数据线路及其相连接的其它建筑物或者地面，被雷电击中后会传输或者感应电磁脉冲及浪涌电流；第五，静电通过数据线路会对设备电流表的元件造成直接的损害。这些均会引起雷电感应及电磁脉冲，这些也是导致设备被击穿损害的关键因素。因此建筑物的弱电系统防雷是一项系统工程。
3.弱电系统的防雷技术
3.1接地
智能建筑弱电工程综合布线接地要与设备间、配线间放置的应用设备接地系统一并考虑。符合应用设备要求的接地系统也一定满足综合布线接地的要求。埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体称为接地体。从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体称为接地线。接地体和接地线统称为接地装置。在接地装置中,用接地电阻来表示与大地结合好坏的指标。接地就以接地电流易于流动为目标,因此接地电阻越低地电流越容易流动。综合布线的接地希望尽量减少成为干扰原因的电位变动,所以接地电阻越低越好。处理微电子设备的接地时要注意下述两点:第一，信号电路和电源电路,高电平电路和低电平电路不应使用共地回路。第二，灵敏电路的接地,应各自隔离或屏蔽,以防地回流或静电感应而产生干扰。弱电系统专用接地系统由以下几个部分组成：第一，接地线:地线网由矩形铜(40×4)排连接成。走线方向按大楼的布线系统。各需要防静电干扰的仪器设备通过铜芯导线与网可靠的连接,使整个系统形成一个独立的防静电抗干扰体系。第二，接地体:人工接地体可采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等制成同时,为了增加其导电性、提高其防腐能力,可采用外表镀锌材料。(1)接地体长度为2.5m镀锌角钢(45×45)数量3根。(2)垂直做水平或耙形埋设。(3)角钢间距为2.5m~3m。(4)埋设深度≥0.6m。(5)垂直接地体可用镀锌扁钢焊接而连成一体,接地体引出线与地线网若做锣钉连接需牢固可靠,接点作防腐处理。(6)为了增加接地体的导电性,可对接地体的封环境进行降阻处理。可用石灰、盐、水、木碳酸、金属屑等材料按比例配制进行浇灌。由此我们可以提出防静电、抗干扰接地方案:(1)在建筑结构四周设置四个接地体。(2)在每个接地体与地网线相连处设置一个检测点。(3)四个接地体与地线网可靠连接,使整个接地系统连成个系统网。
3.2等电位联结
通过设置等电位联结,可有效消除不同接地点可能存在的电位差,发生雷击时可有效避免因感应产生的不同接地点电压不同而导致的放电现象。在建筑物实际设计与施工中,通常按照设备、机房的不同位置,分别设置由共用接地系统引来的总等电位联结端子板和局部等电位联结端子板,将引入建筑物的给排水管、电缆金属护套、金属保护导管、煤气管道、金属构件等与等电位联结端子可靠连接。设备安装时将各设备间和管道间的各种金属管道、金属构件、电源PE线等与各局部等电位联结端子板可靠连接,构成等电位联结。高层建筑物内各种金属导体和管道(如金属门窗、设备的金属外壳等)作等电位联结;电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位联结;建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气装置以及防雷等电位联结导体形成总等电位联结,最后与联合接地系统相连,形成一个理想的“法拉第笼”。
3.3合理的屏蔽
建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备进行防护。对有大量微电子设备的房间,要采取屏蔽措施,使仪器处于无干扰的环境中。屏蔽的有效性不仅与房间加装的屏蔽网和仪器金属外壳屏蔽体本身有关,还与微电子设备的电源线和信号线接口的防过电压、等电位联结和接地等措施有关。为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响,应采用金属管布线,这样防止雷电反击的能力强,对防止各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。电气线路的主干线一般集中于高层建筑物的中心部位(其雷电电磁场强度最弱),避免靠近作为引下线柱筋的位置,缩小干扰的范围。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位联结板和接地母线相连接,达到良好的屏蔽效果。
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