雷擊電磁脈沖輻射對智能建筑的危害及防護對策

于尚友

（遼寧省本溪市氣象局，遼寧本溪 117000）

雷擊電磁脈沖輻射對智能建筑的危害及防護對策

于尚友

（遼寧省本溪市氣象局，遼寧本溪 117000）

本文利用電磁輻射理論計算了避雷針接閃產生的電磁脈沖輻射在10m-1000m范圍的強度；同時分析了雷擊電磁脈沖輻射強度對當信息網絡和微電子設備環境屏蔽不夠好的情況下的影響和危害；提出了接閃裝置的構成形式也影響智能建筑的年預計雷擊次數和LPZ0B區的LEMP強度，提出了一些提高現代智能建筑防雷設計新理念和方法。

智能建筑 電磁脈沖 輻射功率 防雷裝置 防護對策

1　引言

目前，關于雷擊電磁脈沖防護方法的研究已經取得了一些成果，但對現代智能建筑（Intelligent building）在雷擊電磁脈沖的防護措施上，應有些防雷裝置未能充分發揮1+1≥2的效能，甚至，帶來了一些副作用，使雷電災害時有發生。本文以避雷針（接閃桿）接閃放電產生的電磁脈沖輻射對智能建筑的影響為例進行討論，并提出防護對策，以供參考。

2　雷擊電磁脈沖輻射強度和危害的分析

雷擊電磁脈沖（Lightning electromagnetic pulse簡稱LEMP）傳輸形式主要有兩種:一是輻射電磁場，以閃電通道和引導雷電電流的物體（如避雷針）起著輻射天線的作用，它們向周圍空間輻射電磁波；二是閃電電涌在通信線、供電線路和金屬管道上的傳輸干擾。那么，雷擊電磁脈沖輻射強度如何，現以避雷針（接閃桿）接閃放電輻射電磁能計算為例。

3　防護對策

由上述分析可知，接閃桿（避雷針）接閃產生的電磁脈沖輻射強度是相當大的，對智能建筑中的信息網絡系統和弱電設備的干擾和破壞是相當嚴重的。基于LEMP傳輸形式提出如下防護對策。

3.1降低智能建筑的雷擊次數和LPZ0B區的LEMP強度措施

建設項目選址的好壞和接閃器的結構形式直接影響智能建筑的雷擊次數和LEMP輻射強度，若選在地區雷暴帶（雷暴路徑和雷閃密度大的區域）上，會增加智能建筑的雷擊次數，所以，在項目建設前，建設單位和相關部門，要根據當地氣象部門雷電監測資料，組織專業評估部門積極地進行建設項目雷擊風險評估，要首先做到科學選址；由（2）式和（3）式可知，雷電流越大，接閃桿架的越高，越易接閃，LEMP輻射就越強。所以，為減少因接閃器工作帶來的LPZ0B區的電磁脈沖強度，在智能建筑頂上不應選擇桿式接閃器，更不能圖壯觀氣派安裝高高聳立的避雷針，應選用接閃網、接閃帶。確因業務需用選用桿式接閃器，要盡量降低高度，按保護誰僅考慮誰設計并要與接閃網、接閃帶連接好。否則，智能建筑就類似于先天不足的嬰兒。

3.2外部防雷和屏蔽措施

對智能建筑防雷設計一般按一類或二類防雷等級進行保護。選用接閃帶、接閃網或混合組成（帶、網、針）的接閃器（材料選熱鍍鋅圓鋼φ=12mm）作為接閃裝置，并利用建筑物各結構柱內主鋼筋（φ≥16mm）作為引下線，將接閃裝置、引下線與每層圈梁和接地裝置均勻多點良好焊接；將建筑物基礎地梁鋼筋、承臺鋼筋、樁基主筋連接形成等電位接地網，要將防雷地、安全地、工作地、交流地接在這同一個等電位接地網上，接地電阻R≤1Ω；在樓房進線處設總等電位端子箱（MEB），要求距地面0.3m高并就近接地。在弱電配電間、淋浴間、計算機控制室、強電井和需要安裝設備的房間等均預設局部等電位端子箱（LEB），距地面0.3m高，并與構造柱中主筋或圈梁主筋就近接地；將建筑物外相關的金屬構件、玻璃幕墻鋼結構架、金屬門窗、建筑的每層圈梁與防雷裝置（LPS）等電位連接，構成“法拉第籠”，這可削弱進入建筑物內部的電磁感應強度；將智能建筑內的金屬管道、電梯軌道、金屬構件和智能系統中的配電屏PE母排、設備外殼、金屬配線架、敷線橋架、穿線金屬管道等與總等電位（MEB）或局部等電位（LEB）均勻多點相聯接。這樣做，既達到分流、均壓和屏蔽作用，同時也降低了LEMP的影響；智能建筑內的信息系統設備主機房的六面應敷設金屬屏蔽網，并應與機房內環形接地母線均勻多點相連。

3.3防閃電電涌侵入和線路屏蔽措施

對進入智能建筑大樓的電源線應采用金屬鎧裝電纜，電纜水平直埋50m以上，埋地深度應大于0.6m，屏蔽層兩端要接地；通訊線應采用光纜埋地敷設，光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等應在入戶處直接接地；非屏蔽線應穿鍍鋅鋼管并水平直埋50m以上，鋼管兩端應接地。電源線和通訊線（非光纜線）應在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區交界處及終端設備的前端，安裝上電源類電涌保護器（Surge protective device簡稱SPD）和通訊網絡類SPD，并與預留的LEB端子就近聯接。在配電系統中的高壓柜和低壓柜中，要安裝高、低壓避雷器，在智能系統電源箱及信號線箱中安裝電涌保護器（SPD）。選擇SPD參數時，要根據當地雷暴強度和被保護設備的耐壓水平及設備供應商要求而定；各種系統（如通信系統、計算機系統、樓宇自控系統、廣播衛星電視系統和火災報警系統等）信號線、控制線及電源線敷設時，應采用金屬管槽或橋架，按系統分離布放，金屬管槽或橋架應多點接地。各個系統纜線間的最小間距要符合國家標準規范的規定，避免互相干擾；值得注意的是，信息系統設備主機房應避免設在智能建筑的頂層，宜選擇在建筑低層中心部位，最好設置在雷電防護區較高級別區域（LPZ2或LPZ3）內，其設備應避免緊靠建筑立柱或橫梁。總之，通過上述綜合防御措施，會進一步提升智能建筑的防雷安全系數。

4　結論

（1）傳統的直擊雷防護措施，已經不能滿足智能建筑防雷安全的需要，而現代防雷設計理念應側重雷電電磁感應效應的防護。

（2）建設項目選址的好壞和接閃裝置的構成形式也是影響智能建筑年預計雷擊次數和雷擊電磁脈沖在LPZ0B區強度的因子。

（3）減少智能建筑雷擊電磁脈沖輻射強度最有效的措施，是科學合理的設計好接閃、分流、均壓、屏蔽，接地等綜合措施。好的防雷裝置應發揮1+1≥2的效能。

（4）在防雷設計中，一定要把某些防雷裝置工作時帶來的副作用要降到最低程度。

［1］鄒澎，侯均衡，毛陸虹.環境電磁場測量［M］.北京：中國計量出版社，1992.17-45.

［2］張小青，建筑物內的電子設備的防雷保護［M］.北京：電子工業出版社，2000.

［3］中華人民共和國建設部.智能建筑設計標準［S］.北京：中國計劃出版社，2007.

于尚友（1958—），男，大專學歷，本溪市氣象局，工程師，從事防雷工作。