策论工业建筑的电气设计
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摘要：随着我国工业建筑的不断发展，大量的电子设备在其中的应用也越来越广泛，但是由于雷电所带来的工业建筑危害也随之增多。为了能够对雷电危害进行最大化的控制，就需要进行工业建筑防雷接地设计。下面本文就对工业建筑的雷电危害进行分析，并着重对其防雷接地设计进行了探讨。
关键词：工业建筑；电气；设计
Abstract: With the continuous development of industrial buildings in China, a large number of electronic equipment is more and more widely used in them, but due to lightning caused damage also increase the industrial building. In order to maximize the lightning hazard control, requires the lightning protection grounding design of industrial buildings. The following based on the analysis of lightning on industrial construction, and concentrates on the lightning protection and grounding design are discussed.
Key words: industrial building; electrical; design;
中图分类号：F407.6 文献标识码：A文章编号：
企业的防雷接地设计工作对保证生产装置能够良好正常运行，保障生产安全十分重要。随着现代经济及科学技术的不断提高，我国的工业建筑也得到快速的发展，企业自动化的程度越来越高，其建筑中大量采用的计算机技术、电子设备在促进工业发展的同时，也带来了一系列的安全问题[1]。其中由于雷电造成的电气系统、通信设备等的损坏每年都有发生，造成了巨大的经济损失，严重时还会造成人员伤亡，因此，如何进行防雷接地设计成为工业建筑设计中的重点之一。
一、工业建筑的雷电危害
雷电是一种常见的自然现象，雷电灾害是自然灾害中最为严重的种类之一，伴随雷电而产生的强大的电流、猛烈的冲击、强烈的电磁辐射等一系列的物理效应都有着巨大的破坏作用，其对工业建筑的危害主要有直击雷击和感应雷击两个方面。
（1）直击雷
直接雷击包括有雷电直击和雷电侧击，是指在雷电活动区内，雷电直接通过人体、建筑物、设备等对地放电产生的电击现象，在此过程中，强大的雷电流通过被击物体时会产生热效应，使被击物体温度突升，引起火灾危害；强大的雷电流还会使空气急剧膨胀，在四周形成“激波”，对附近的建筑物、树木等造成危害，还会危及到人身安全；雷电直接击中线路并沿导体或电缆流过大量的雷电流还会通过导体产生雷电电磁场和电动力效应，对线路设备造成实质的破坏[2]。
（2）感应雷
感应雷又称为二次雷，感应雷击是通过雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应对被击物体产生损坏。由于雷电发生时空气中电磁场发生的剧烈变化会使建筑物的金属导体上感应出一定的感应电压，当这个电压超过电子器件耐压值很多时，电子元器件就会被击穿或烧毁。在工业建筑内，如果不同接地系统被泄入雷电流，就会产生地电位反击，对电气设备造成破坏，另外，由于感应雷击时的电压幅度要远远高于电子器件的工作电压值，且雷雨天气空气相对湿度较高，电子器件间的爬电距离变小，线路板上密集的电子器件就会因此产生短路，引起设备的损坏。感应雷对设备的损害没有直击雷猛烈，但比直击雷发生的机率大，且其是悄悄发生，不易被察觉。目前的大多数工业建筑物防直击雷的设施都比较完善，因此，绝大多数的弱点设备雷击损坏是由感应雷造成的。
二、工业建筑的防雷接地设计探讨
1、设计原则
按照相关的规范要求，工业建筑在进行防雷设计时，需通过对建筑物特点及其周围的地质、环境、气象、环境以及雷电活动规律等的调查，综合考虑经济、投资等多方面的因素，因地制宜地采取防雷措施，通常是按照交界处的电磁环境改变程度将需要保护的空间划分为直击雷非防护区（LPZ OA区）、直击雷防护区（LPZ OB）、屏蔽防护区（LPZ 1区）、后续防雷区（LPZ 2区）等分别进行雷电防护[3]。
2、综合防雷系统
工业建筑的防雷装置通常有外部防雷装置和内部防雷装置两大类，外部防雷装置是指常规的避雷装置，主要是通过避雷针、避雷网等建筑物顶部的接闪器与引下线将雷电流导入接地装置，使其最终扩散到地里；内部防雷装置主要是用来减小建筑物内雷电流与其所产生的电磁效应的防雷措施。
企业自动化的管理使得生产对电力系统的要求也更高，但由于电子设备的集成度越高，耐冲击的能力也就越低，由雷击产生的巨大的雷电流对整个电力系统造成的破坏也更大，因此，需要除了外部防雷措施外，还需要采取一定的内部防雷措施，以防止反击、接触电压等二次雷害和雷电电脉冲给电气设备带来的危害。钢铁厂的内部防雷采取的主要措施有等电位连接、屏蔽设施、加装避雷器、浪涌保护器及合理布线等。
（一）等电位连接
接闪装置及引下线在接闪雷电、引流雷电流时，导电部件间会产生有害的电位差，发生旁侧闪络放电，对设备及人员构成危害，为了减少闪络危险，通常采取的措施是实行等电位连接。也即是将建筑物中处于地电位的导体等电位连接起来，使建筑物内的所有设施形成一个等电位岛，从而消除电位差[4]。具体的设备等电位连接可见下图1：
图1 设备等电位连接
（二）屏蔽接地
工业建筑的接地是为了使闪电电流能够顺利地流入地里，良好的接地能够快速而有效地泄放雷电能量，避免发生地电位反击，一般工业建筑的接地装置有人工接地体和自然接地体两种，通常情况下，考虑经济的因素，会尽量利用自然接地体，也即是建筑物基础内的钢筋，但以基础钢筋网作为接地体时，须注意钢筋网在室外地下距地面不小于50cm。厂内PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）系统的各电子线路接地必须可靠，接电线的电阻和电感应应尽可能地小，通常情况下设备接地的电阻不应大于1Ω。电子插件的底板与框架导轨、插件底线与系统接地母线也应连接牢固且与整个机架底板形成一个整体的接地系统，再与PLC接地系统连接起来。在设计接地平面时还须考虑到各类接地引上干线的预留，对于电气设备多且复杂的车间，可以在建筑内四周墙面设置接地引线，为车间内的工艺设备、管道等金属构件提供接地条件。
（三）避雷器与浪涌保护器
浪涌保护器（SPD，Surge Protective Device）也即是我们常说的防雷器，又叫做电涌保护器、避雷器，是一种用于保护各种电子设备、仪器仪表、通讯线路免遭雷电电磁脉冲或操作过电压破坏的电子装置，是电子设备雷电防护中不可或缺的一种装置。它主要是通过将强大的雷电流泄流入地，或是将窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或者系统能够承受的范围内，来保护设备或者系统不受冲击，从而保护系统或设备的安全。综合考虑到投资和效益的因素，在企业的生产车间内，由于多数的设备和网络是安装在钢结构或钢筋混凝土厂房中的，对雷电电脉冲有较好的防护能力，因此，不建议大面积采用浪涌保护器，可在重点设备和部位设置一部分的浪涌保护器，加强对设备的防雷保护，在企业的信息系统中，一些重要的系统则需要严格按照相关的规范要求，设置包括浪涌保护器在内的防雷设施[5]。
（四）综合布线
综合布线系统在设计时，应注意所有屏蔽层的连续性及导线间的相对位置，要保证相对位置的不变。屏蔽层建筑物配线设备或楼层配线设备端应接地，终端设备端一般也应接地，但具体可视实际情况而定，两端接地时尽量接入同一个接地体内，如果系统中存在不同的接地体，接地的点位差不应大于1 Vr.m.s。
结语：
在企业进行防雷接地设计时，应当注重建筑的整体性、目的性、结构性和层次性，按照相关的防雷设计规范，对建筑物及建筑物周围的环境进行调查研究，在确保设计能够达到相关要求，保障生产安全的前提下，尽可能地节省建设投资，使内、外部防雷装置相互配合，促使系统发挥良好的防雷作用。
参考文献：
[1]韩周华，浅析建筑电气安装中防雷接地施工技术[J]，科技与企业，2013（3）.：627-628
[2]邹立军，建筑防雷接地系统的施工探讨[J]，科技与企业，2012（2）：429-430
[3]张华，建筑工业电气设备安装接地应注意的几点问题分析[J]，建材与装饰，2012(8)：842-843
[4]罗杨娟，秦晓霞，霍晋，工业建筑设计中电气节能的探讨[J]，山西建筑，2009(16)：635-636
[5]张超，对建筑电气设计的分析[J]，现代企业文化，2009(12)：194-195