超高層建筑物PLC防雷接地系統的探討

摘要：隨著我國城市化進程的加快，大量超高層建筑物不斷涌現出來，這使得防雷電成為了亟待解決和改善的問題。PLC可編程自動控制系統由于其功能全，自動化程度高等優點，從眾多系統方案中脫穎而出。本論文從雷電的產生及危害、PLC防雷接地系統的特殊要求、PLC防雷接地系統的雷電入侵途徑、PLC防雷接地系統的雷電入侵途徑及防護措施三方面加以論述，使讀者對PLC防雷接地系統有更為深刻了解。

關鍵詞：超高層建筑物 PLC可編程自動控制系統 特殊要求 防護措施

前言：

雖說PLC 控制系統在防雷電領域廣泛，但雷擊事件也時有發生。為此，我們必須結合雷電自身的特點和PLC可編程自動控制系統的實際情況，了解及監控控制設備遭受雷擊的途徑，保障設備及人身財產不受傷害。

1、雷電的產生及危害

雷電一般產生于對流發展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷。積雨云頂部一般較高，可達20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產生電荷。云中電荷的分布較復雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個電位差。當電位差達到一定程度后，就會產生放電，這就是我們常見的閃電現象。

雷電的危害一般分為兩類：一是雷直接擊在建筑物上發生熱效應作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流產生的靜電感應和電磁感應。雷電的具體危害表現如下：雷電流高壓效應會產生高達數萬伏甚至數十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設備，足以擊穿絕緣使設備發生短路，導致燃燒、爆炸等直接災害。雷電流高熱效應會放出幾十至上千安的強大電流，并產生大量熱能，在雷擊點的熱量會很高，可導致金屬熔化，引發火災和爆炸。雷電流機械效應主要表現為被雷擊物體發生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現象導致財產損失和人員傷亡。雷電流靜電感應可使被擊物導體感生出與雷電性質相反的大量電荷，當雷電消失來不及流散時，即會產生很高電壓發生放電現象從而導致火災。雷電流電磁感應會在雷擊點周圍產生強大的交變電磁場，其感生出的電流可引起變電器局部過熱而導致火災。雷電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對建筑物的反擊作用也會引起配電裝置或電氣線路斷路而燃燒導致火災。

2、PLC防雷接地系統的特殊要求

2.1雷電的反擊

雷電的反擊現象通常指遭受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引下線和接地體），在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上會產生非常高的電壓，對周圍與它們連接的金屬物體、設備、線路、人體之間產生巨大的電位差，這個電位差會引起閃絡。在接閃瞬間與大地間存在著很高的電壓，這電壓對與大地連接的其他金屬物品發生放電（又叫閃絡）的現象

2.2感應雷的產生

感應雷可由靜電感應產生，也可由電磁感應產生，形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內的低壓電子設備威脅巨大，計算機網絡系統及電話程控交換機的防雷工作重點是防止感應雷入侵。入侵計算機系統的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：第一，由交流電220V電源供電線路入侵。第二，由計算機通信線路入侵。第三，地電位反擊電壓通過接地體入侵。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產生強大的電磁場變化，會在相鄰的導線上感應擊雷電過電壓，因此建筑物避雷系統不但不能保護計算機，反而可能引入了雷電。計算機網絡系統等設備的集成電線芯片耐壓能力很弱，通常在 100伏以下，因此必須建立多層次的計算機防雷系統，層層防護，確保計算機特別是計算機網絡系統的安全。

3、PLC防雷接地系統的雷電入侵途徑

3.1 直接雷擊

直接雷擊是指建筑物或其他地表物體放電與雷云間導通，被擊中處流過巨大電流，從而產生巨大的電動效應、熱效應、電磁效應等，破壞被擊中的物體。雷電擊中某處后，激起的電磁波又會向外傳播，破壞或影響附近的電氣設備。

3.2傳導雷（雷電波侵入）

在更大的范圍內（幾公里甚至幾十公里），雷電擊中電力或信息通訊線路，然后沿著傳輸線路侵入設備。其中地電位反擊也是傳導雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過接地系統或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內部設備形成地電位反擊。

3.3感應雷擊（二次雷擊）

感應雷擊是由于雷雨云的靜電感應或放電時的電磁感應作用，使建筑物上的金屬物件，如管道、鋼筋、電線、反應裝置等感應出與雷雨云電荷相反的電荷，造成放電所引起。發生雷擊時，LEMP 在上述有效范圍內，在所有的導體上產生足夠強度的感應浪涌。因此分布于建筑物內外的各種電力、信息線路將會感應雷電而對設備造成危害。

4、PLC防雷接地系統的防護措施

4.1直擊雷防護

直擊雷防護技術以避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線為主要，其中避雷針是最常見的直擊雷防護裝置。當雷云放電接近地面時它使地面電場發生畸變，在避雷針的頂端，形成局部電場強度集中的空間，以影響雷電先導放電的發展方向，引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。避雷針冠以“避雷”二字，僅僅是指其能使被保護物體避免雷害的意思，而其本身恰恰相反，是“引雷”上身。

4.2接地和等電位連接

所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件都應等電位連接在一起。如屋頂金屬表面、立面金屬表面、混凝土內鋼筋和金屬門窗框架等。當采用屏蔽電纜時，其屏蔽層應至少在兩端并在防雷區交界處做等電位連接。在設計和裝設接地裝置時，首先應充分利用自然接地體，這樣做具有經濟、實用、便于施工、節約材料的特點。我市的高層建筑物地下部分一般為1層地下室，基坑較深，基礎多為人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁等樁基礎。因此，可利用樁基、樁承臺和基礎底板梁的鋼筋通過可靠的電氣連接作為接地網，能達到良好的接地效果。但不能認為自然接地體埋的越深，接地電阻值就越小，應通過地質勘探報告了解周圍的土質情況來確定。

4.3屏蔽措施

防雷屏蔽在近代防雷3大措施的重要一環。防雷屏蔽提出的觀點主要是考慮到現在的脆弱的電子器材，廣義說，以前的電氣防雷是不用考慮進去的，但現在的自控電子越來越多，交叉技術的運用廣泛，因此，電氣也不得不考慮進去了。計算機系統所有的金屬導線，包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽（且強電線路與弱電線路不能同槽或同溝敷設，分別做好屏蔽后并保持相應的安全距離），在機房建設中，利用建筑物鋼筋網和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽籠（即法拉弟籠）。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應）干擾機房內設備。

4.4電源線路過電壓防護

過電壓是在雷電放電、開關過程以及靜電放電時形成并沿線竄入的，其可能對信息系統造成危害的入侵渠道主要是電源線、信號線和接地線。電源系統的雷擊電涌過電壓防護的具體措施是：在需要保護的各電源線路上，根據分區和分類的情況，安裝相應的過壓保護器（SPD），運用SPD的過壓分流箝位原理來達到泄流限壓的目的，從而將過電壓降到設備能夠承受的水平。

結語：

目前隨著超高層建筑物的出現，對防雷接地系統的設計，施工及監理提出了更高的要求。要確保弱電系統傳輸信號的穩定性、設備的抗干擾性，必須加強內部防雷與外部防雷，以提高整體防雷的效果。

參考文獻

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