現(xiàn)代樓宇防雷機理及工程實踐研究

陸洪軍

（廣西南寧市賓陽縣氣象局，廣西 南寧 530400）

1 雷電對智能建筑弱電系統(tǒng)的危害分析

（1）雷云靜電感應(yīng)過電壓。通過雷云靜電場感應(yīng)，在設(shè)備上積累一定與雷云極性相反的電荷，當(dāng)雷云突然放電消失后，設(shè)備上的靜電荷來不及泄放，從而在設(shè)備的表面形成靜電過電壓，造成微電子設(shè)備損壞。

（2）電磁感應(yīng)雷過電壓。雷擊大地或地面上的物體時通過電磁感應(yīng)在附近其他導(dǎo)體上產(chǎn)生的電壓稱感應(yīng)過電壓。傳輸線上出現(xiàn)感應(yīng)雷過電壓，與線路相連的設(shè)備有可能損壞。

（3）直擊雷過電壓。雷電直接擊中物體，通過它泄放雷電流時所產(chǎn)生的電壓降稱作直擊雷過電壓，其所帶來的危害往往是災(zāi)難性的。

（4）反擊過電壓。某金屬物體因雷擊而產(chǎn)生直擊雷過電壓時，該金屬體與大地之間存在很高的電壓，有可能對與大地相連的附近其他金屬體發(fā)生閃擊，使后者出現(xiàn)過電壓，成為反擊過電壓。

（5）雷電入侵波。電力傳輸線和各種信號傳輸線上出現(xiàn)的直擊雷過電壓或感應(yīng)雷過電壓都可能以行波的方式向機房傳播。如果不采取抗防護措施，將會危及電力、通訊及計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

2 智能建筑物防雷機理及其防雷措施探討

2.1 防雷機理

(1)建筑群子系統(tǒng)：由連接兩個及以上建筑物之間的纜線和配線設(shè)備組成。若采用光纜作為建筑物間網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)，不需要安裝避雷器，甚至可以架空鋪設(shè)。若采用雙絞線，則必須穿管埋地敷設(shè)。

（2）設(shè)備間子系統(tǒng)；由進線設(shè)備，程控交換機、計算機等各種主機設(shè)備及其配線設(shè)備組成。它是布線系統(tǒng)最主要的管理區(qū)域，通常分為語音管理和數(shù)字管理兩部分。語音設(shè)備管理區(qū)子系統(tǒng)連接大樓外的各種線路，經(jīng)與垂直干線子系統(tǒng)跳接后，連通各語音管理子系統(tǒng)，為防雷電破壞應(yīng)安裝通信避雷相作為通信線路的第一級防雷措施。數(shù)據(jù)設(shè)備管理子系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，是采用大對數(shù)雙絞電纜作為傳輸主干纜。

（3）管理子系統(tǒng)設(shè)置在各層配線間，由配線設(shè)備、輸入/輸出設(shè)備等組成。管理子系統(tǒng)也分為數(shù)據(jù)和語音兩部分。語音部分采用BIX安裝架固定在墻面上，需要安裝信號避雷器作為通信線路的第二級防雷措施。數(shù)據(jù)部分采用雙絞線作為垂直主干線，也需要在機柜中安裝信號避雷器作為計算機網(wǎng)絡(luò)的第二級防雷措施，防護由于引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變所產(chǎn)生的感應(yīng)雷。

（4）垂直干線子系統(tǒng)：由設(shè)備間的配線設(shè)備和跳線設(shè)備以及設(shè)備間至各樓層配線間的連接電纜組成。分為語音主干線和數(shù)據(jù)主干線兩部分。語音生干線按照程控交換機和電信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和做法，采用屏蔽大對數(shù)雙絞電纜。數(shù)據(jù)主干線如采用大對數(shù)雙絞電纜作為數(shù)據(jù)傳輸主干纜，因為已在管理區(qū)子系統(tǒng)安裝了信號避雷器，所以一般也不需要在這部分再安裝防雷設(shè)備。

（5）水平干線子系統(tǒng)。由連接管理子系統(tǒng)至工作區(qū)子系統(tǒng)的水平布線及信息插座組成。數(shù)據(jù)點和語音點均采用雙絞線敷設(shè)在金屬橋架和金屬管道內(nèi)。

（6）工作區(qū)子系統(tǒng)：由連接在信息插座上的各種設(shè)備組成。連接計算機網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)點由于在管理子系統(tǒng)中已采取了防雷措施，所以在工作區(qū)子系統(tǒng)一般不需要再加裝防雷設(shè)施，若要利用調(diào)制解調(diào)器通過語音點連接計算機，由于語音線路與外線連接，則有必要安裝信號避雷器，作為末級防雷措施。

2.2 防雷措施

（1）消雷器的設(shè)計。消雷器曾經(jīng)一度廣泛使用，消雷器主要有導(dǎo)體消雷器和半導(dǎo)體少長針消雷器。消雷器，其原理是利用雷云和大地之間的電場能量，使消雷器產(chǎn)生的帶電粒子限制雷云向下的放電先導(dǎo)和消雷器向上的引發(fā)先導(dǎo)。消雷器主要是通過以下幾個方面實現(xiàn)防雷的：①消雷器頂端的空間電場較均勻，使向上的引發(fā)先導(dǎo)難以發(fā)生。②由于空間電荷的屏蔽作用，使由雷云向下的先導(dǎo)難以向下深入發(fā)展。③當(dāng)由雷云向下的先導(dǎo)深入到距消雷器頂端360～300m時，消雷器上空的空間電荷將迅速地向先導(dǎo)端部轉(zhuǎn)移，對向下先導(dǎo)的發(fā)展才向起抑制和阻撓作用。④當(dāng)先導(dǎo)端部到消雷器頂端距離小到一定數(shù)值時，其距離形成的間隙上的場強從每米幾十伏上升到數(shù)百伏，甚至在達到400～500kV/m。于是消雷器就能經(jīng)先導(dǎo)通道向雷云發(fā)送大量的電荷粒子流，電流強度達到安級，最大值可達100A左右，使雷云電荷顯著減少，把原來可能發(fā)生的千安/秒的主放電過程，轉(zhuǎn)化為安/秒的放電過程。這樣，在消雷器附近的反擊和感過電壓也就不存在了。

（2）引下線的設(shè)計。在樓頂設(shè)計由避雷帶，避雷針或混合組成的接閃器，利用柱子內(nèi)鋼筋作為防雷引下線，并與建筑物基礎(chǔ)鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架連接起來，形成閉合良好的法拉第籠，建筑內(nèi)豎向金屬管道應(yīng)每三層與圈梁的均壓環(huán)相連，均壓環(huán)應(yīng)與防雷裝置專設(shè)引下線相連。墻上的欄桿，金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門窗埋鐵與防雷裝置連接，大大降低建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)受干擾的幅度.多根引下線時宜裝設(shè)斷接卡，并采取防腐措施和保護設(shè)施。

（3）接地網(wǎng)的設(shè)計。在建筑的接地方式上，存在有電子系統(tǒng)、電源中性點和防雷系統(tǒng)等共用接地極和各自獨立接地兩種。前者利于等電位，而后者則更利于減少由感應(yīng)雷電荷引起的沖擊，可避免由于地電位的升高，導(dǎo)致燒毀設(shè)備，所以更適合于智能建筑。智能大廈內(nèi)各種交流、直流設(shè)備眾多，線路縱橫交錯，應(yīng)將建筑物內(nèi)的交流工作地、安全保護地、直流工作地、防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接，形成一個等電位體，避免接地線之間存在電位差，以消除感應(yīng)過電壓產(chǎn)生的原因。為避免各接地系統(tǒng)之間的相互影響，各接地極之間的距離應(yīng)在20m以上.對于需要單獨接地的特殊電子設(shè)備，其接地極與其它接地極的距離出應(yīng)在20m以上。

3 結(jié)語

對于智能建筑弱電系統(tǒng)的防雷，應(yīng)滿足雷電防護分區(qū)、分級確定的防雷等級要求并收集雷暴日、電子信息系統(tǒng)設(shè)備的分布狀況等相關(guān)資料。同時，電源線路、信號線路、天饋線路、程控數(shù)字用戶交換機線路、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等等的防雷與接地的設(shè)計。當(dāng)然，系統(tǒng)的防雷工程實踐遠不止上述措施，更詳盡更先進的防雷措施有待于廣大弱電工程師的共同努力才能夠?qū)崿F(xiàn)智能建筑弱電系統(tǒng)的防雷工程。