智能建筑的防雷與接地方法探討

吳劍云

（福建博城建筑工程有限公司）

智能建筑的防雷與接地方法探討

吳劍云

（福建博城建筑工程有限公司）

智能建筑通過建筑平臺為人們提供舒適安全方便的辦公、生活環(huán)境。為保證建筑內(nèi)各智能化系統(tǒng)能正常地運行和人身、設備安全必須做好相應的防雷與接地系統(tǒng)。本文結(jié)合實際工程對智能建筑防雷與接地的做法談談筆者的觀點和具體實施。

智能建筑；防雷；等電位；接地；防靜電

引言

智能建筑融合了辦公自動化、信息網(wǎng)絡系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等，通過建筑平臺為人們提供舒適安全方便的辦公、生活環(huán)境。盡管目前我國智能化建筑還在初級階段，但是已經(jīng)運用了很多的新技術，設備的成本就比較高，而雷電對于智能建筑中大量存在的電子設備系統(tǒng)有較大影響，是影響現(xiàn)代化的智能建筑的重大安全隱患，故為保證建筑內(nèi)各智能化系統(tǒng)能正常的運行和人身、設備安全必須做好相應的防雷與接地系統(tǒng)。

1　工程概況

本智能大樓工程為業(yè)務技術大樓，地處福州市，東西長180m，南北長185m，建筑高度為78m，年平均雷暴為49.3，本樓預計雷擊次數(shù)0.29次/a。

2　智能建筑防雷接地概述

2.1雷電現(xiàn)象及分類

所謂雷電現(xiàn)象，就是雷云與雷云之間以及雷云和大地之間的一種放電現(xiàn)象。直擊雷和感應雷是雷電波入侵建筑物內(nèi)電氣設備的兩種形式。根據(jù)雷電理論及大樓特點，該智能大樓雷電過電壓侵襲的主要途徑有下面這幾種：直擊雷的侵襲、雷電感應、雷電波侵入、等電位反擊等。雷電電流的侵入如圖1所示。

圖1　雷電電流的侵入途徑

2.2智能建筑防雷與接地組成

智能建筑中智能化系統(tǒng)的電氣設備的接地系統(tǒng)，一般分功能性接地、直流接地、保護性接地和防雷接地，接地系統(tǒng)直接影響到智能化系統(tǒng)的正常運行和人身安全。智能建筑防雷與接地包括智能化系統(tǒng)的接地裝置、接地線、等電位連接、屏蔽設施和電涌保護器以及一些其它的連接導體構(gòu)成。接地裝置包括接地線和接地體兩部分組成，防雷就是充分利用建筑物的防雷裝置：接閃器（避雷針、避雷網(wǎng)等）、引下線、接地裝置，把雷電流的巨大能量通過建筑物的接地系統(tǒng)，迅速傳到地下，從而防止建筑物受雷擊破壞。接地裝置是保障智能設備安全運行的重要措施。智能建筑防雷接地系統(tǒng)設計需要注意以下條件：①要按照正確的操作流程進行安裝；②保障智能建筑物中的設備、保證管理區(qū)有正確的接地入口。

3　智能建筑電氣的防雷與接地方法

3.1智能建筑的外部防雷接地技術

3.1.1接地裝置

當采用共用接地方式時，其接地電阻應以該種接地系統(tǒng)中要求接地電阻最小的接地電阻值為依據(jù)，當與防雷接地系統(tǒng)共用時，接地電阻值不應大于1Ω。該大樓工程采用TN-S系統(tǒng)，變配電所、消防控制室、信息機房、電話總機房、閉路電視機房、廣播機房、BA機房、電梯機房等均利用基礎鋼筋作為共用接地極，電器設備的工作接地及保護接地與建筑物防雷接地均利用大樓的樁基，承臺內(nèi)的鋼筋及地梁內(nèi)的主筋連通作為接地系統(tǒng)的接線。

3.1.2引下線

防雷接地引下線一般有兩種方式：①在施工時采用柱子內(nèi)部的對角兩根主鋼筋作為引下線。柱子下端的鋼筋要和承臺內(nèi)鋼筋及樁基內(nèi)主筋連接起來合為一體，形成接地體。柱子上端與建筑物頂層防雷接閃器連接。這種方法有較多的雷電流泄漏點，對建筑外觀沒有多大影響，在施工上比較方便。②沿外墻明敷設鍍鋅圓鋼或鍍鋅扁鋼作為防雷接地引下線，引下線間距不超過18m，這種方法比較適合空間面積比較窄小的塔樓建筑。

由于本工程為二類防雷建筑物，要求自45m以上每層利用圈梁內(nèi)兩根主筋焊接成環(huán)狀形成閉合回路作為防雷電側(cè)擊均壓環(huán)，并與防雷裝置引下線連接，且電氣、電信豎井應與每層樓板鋼筋作等電位聯(lián)結(jié)。防雷接地引下線利用柱內(nèi)兩根對角主筋，共有31根，并預留接地電阻測試點，采用避雷針或網(wǎng)通過全部立柱基礎的鋼筋（單獨的引下線）作為接地體，將強大的雷電流引入大地，其接地電阻不應大于1Ω。避雷針、引下線與接地級各連接處跨焊要可靠穩(wěn)固。

3.1.3接閃器

現(xiàn)代的智能建筑中還有利用屋頂建筑裝飾作為接閃器，既美觀又能起到防雷接地的功效。接閃器的形式并不重要，重要的是接閃器的耐流和耐壓能力。由于雷電的持續(xù)性，接閃器的連續(xù)接閃能力也是考量接閃器功效的重要指標。智能建筑通常都采用一級負荷，因此在防雷接地設計施工過程中，應當在建筑的屋檐、屋脊、陰陽角等部位都設置避雷接閃裝置。該智能大樓屋面采用避雷帶和避雷短針相結(jié)合保護，屋頂避雷帶部分采用φ12圓鋼暗敷，沿女兒墻及屋面不大于10m×10m的網(wǎng)格敷設，但不得利用安裝在接收無線電視廣播的共用天線桿頂上的接閃器保護建筑物。

3.1.4避雷針

廣西探索推進區(qū)域村鎮(zhèn)建設較早。從2010年底到現(xiàn)在，廣西村鎮(zhèn)建設經(jīng)歷了從特色名鎮(zhèn)名村、美麗廣西鄉(xiāng)村到如今的廣西特色小鎮(zhèn)的發(fā)展過程。2017年出臺的《意見》對廣西特色小鎮(zhèn)做了明確界定。

智能建筑中有很多精密的電子設備，而且重要性也很高，但是一般絕緣水平較低。很多集成電路的芯片的絕緣水平只有十幾伏，但是雷電形成的電壓高達幾萬伏，這足以給電子設備帶來嚴重的損壞，所以智能建筑必須有防雷接地系統(tǒng)。在設計上特別重視設備的隔離，防雷系統(tǒng)和電子設備要盡量保持距離，智能建筑要設計為多層次、等電位、均壓環(huán)的防雷屏蔽結(jié)構(gòu)。為了避免雷電的侵入，各種需要進入建筑物的線路和金屬管道必須全線埋入，在入端口要將金屬管道、鋼管以及電纜的金屬皮。當引入時，電纜的長度不能小于15m，將避雷針安裝在架空線路和電纜的連接處，避雷針與絕緣子鐵腳接地時連在一起，沖擊接地電阻不能大于10Ω。避雷針通常采用圓鋼或鋼管制成，其直徑為針長1m以下，圓鋼直徑≥12mm、鋼管直徑≥20mm；針長1～2m，圓鋼直徑≥16mm、鋼管直徑≥25mm。

3.1.5屋頂設備及機房的防雷措施

微波站、電視差轉(zhuǎn)臺、衛(wèi)星通信地球站、廣播電視發(fā)射臺、移動通信基站等設施的機房屋頂應設避雷網(wǎng)，其網(wǎng)格尺寸不應大于3m×3m，且應與屋頂四周敷設的閉合避雷帶焊通。當天線塔位于屋頂上時，天線塔四角應在屋頂與雷電流引下線分別就近連通。布置接閃器時應優(yōu)先采用避雷網(wǎng)、避雷帶或避雷針，并按不同建筑防雷類別的滾球半徑，采用滾球法計算接閃器的保護范圍。由于本工程為二類防雷建筑，則滾球半徑按45m。根據(jù)該大樓的實際情況，T型天線在樓頂，在樓頂高5.8m。選擇高度為10m的避雷針安裝在大樓的屋面，避雷針距天線8m，如圖2所示。

圖2　天線避雷針保護范圍示意圖

室外智能化裝置如攝像機、衛(wèi)星接收天線等應有防雷保護措施，其基座及支架應與防雷裝置可靠連接。天線饋線等架空線纜及重要場所的網(wǎng)絡、通信線纜進入建筑物均應安裝相應的SPD保護。SPD應與接地系統(tǒng)有良好的連接，配電箱內(nèi)SPD與接地匯流排間連接線應采用不小于16mm2的多股銅線。

3.2智能建筑的內(nèi)部防雷接地技術

3.2.1等電位連接

機房內(nèi)絕緣體的靜電電位不應大于1kV，機房內(nèi)一般采用活動地板，由鋼、鋁或其它有足夠機械強度的難燃材料制成，活動地板表面應是導靜電的，嚴禁暴露金屬部分。靜電地板內(nèi)敷設接地扁銅不小于-25×4，必須從等電位端子箱內(nèi)引來），網(wǎng)格按設計要求布置，并用不小于BVR-6多股軟導線從接地扁銅上引至靜電地板金屬托架上，不應串聯(lián)連接，如圖3，要求接地應可靠。

圖3　靜電地板接地做法

3.2.2靜電屏蔽和防靜電接地

處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部電場強度處處為零。由此可推知，處于靜電平衡狀態(tài)的導體，電荷只分布在導體的外表面上。如果這個導體是中空的，當它達到靜電平衡時，內(nèi)部也將沒有電場。這樣，導體的外殼就會對它的內(nèi)部起到“保護”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。在工程技術中，如果需要屏蔽的區(qū)域較大，還可采用金屬屏蔽網(wǎng)，也有良好的屏蔽效果。在電子儀器中，為了免受靜電干擾，常利用接地的儀器金屬外殼作屏蔽裝置。電測量儀器中的某些聯(lián)接線的導線絕緣外面包有一層金屬絲網(wǎng)做為屏蔽。某些用途的電源變壓器中，常在初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片作為屏蔽裝置。

3.2.3電磁屏蔽及接地

電磁屏蔽是電磁兼容技術的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場強度低于允許值的一種措施；或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內(nèi)部電磁場強度低于允許值的一種措施。

綜合布線系統(tǒng)采用屏蔽措施時，屏蔽層的配線設備（FD或BD）端必須有良好的接地系統(tǒng)，用戶端視具體情況宜接地，兩端的接地應連接至同一接地體，若接地系統(tǒng)中存在兩個不同的接地體時，其接地電位差不應大于1V·r·m·s。綜合布線的電纜采用金屬線槽或鋼管敷設時，應保持連續(xù)的電氣連接，并在兩端有良好的接地。

4　智能建筑系統(tǒng)防雷接地檢測

工程竣工后應對防雷接地進行檢測（一般有氣象局出具檢測報告），主要檢測建筑智能化系統(tǒng)中的接地裝置、接地線、接地電阻和等電位連接，以及檢測電涌保護器、屏蔽設施、靜電防護設施、智能化系統(tǒng)設備及線路接地是否符合設計的要求。本工程經(jīng)檢測均符合設計要求，系統(tǒng)運行效果良好。

5　結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代智能建筑的防雷與接地是統(tǒng)一的，二者缺一不可。只有防雷而無接地，無法迅速泄流放電，反之，建筑或設備將直接遭受強大電流的沖擊。無論是哪種情況，系統(tǒng)都將受到嚴重破壞甚至癱瘓。因此，只有對防雷和接地裝置進行科學、有效、合理的配置，使之融為一體，才能最大限度地發(fā)揮其防護效果，從而有效地確保建筑及其各系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、運行。

[1]龍如淵.現(xiàn)代智能建筑的防雷接地技術探討[J].建筑界，2013（10）：42～ 43.

[2]蘇社平.防止智能建筑中雷害的方法和技術措施探討[J].企業(yè)技術開發(fā)（月刊），2009（4）：31.

[3]王大力，張修典，楊軍.關于智能建筑中防雷設計的探討[J].黑龍江氣象，2010（2）：42～43.

TU856

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2015-6-20