雷電防護技術在智能建筑中的應用研究

摘 要：隨著信息技術的迅猛發展，智能建筑物內部信息系統雷電防護逐漸成為防雷重點工作。防雷工程是一項涉及多學科、跨部門的復雜系統性工程，因此，做好智能建筑物防雷設計十分重要。根據雷電對智能建筑物內電子設備的危害途徑和智能建筑物雷電防護要求，重點研究了雷電防護技術在智能建筑物中的應用，僅供參考。

關鍵詞：智能建筑物；危害途徑；雷電防護技術

隨著信息技術的快速發展，智能建筑物建設逐漸朝著信息化、自動化和節能化方向發展，以微電子應用技術為代表的新技術逐漸在智能建筑物的各個領域得到廣泛應用，且影響范圍不斷擴大。建筑物內包含不同類型的微電子設備，且這些設備的耐過壓級別低、防干擾要求高，屬于弱電子設備，自身遭受雷擊的概率較大[1-2]。一旦在雷雨季節被雷電擊中，大部分雷電流會以建筑物外部防雷裝置為媒介泄放進入大地，另一部分雷電流則會通過雷電流感應或耦合到金屬管線上直接進入建筑物內部，對電子設備造成損壞。因此，做好智能建筑物雷電防護是防雷人員的重要課題。

1 " 雷電對智能建筑物內電子設備的危害途徑

如果建筑物位于雷電活動區域內，內部計算機等電子設備死機甚至是永久性損壞在很大程度上是雷電活動導致的。由于電子信息設備的集成度高、工作電壓低、運行速度快，自身耐受過電壓、過電流及抗雷電電磁脈沖能力偏差，且過電壓高達數千伏特，會以各種類型信號傳輸線路、電源線路、天饋線路為媒介進入建筑物內各種設備和系統中，進而造成破壞[3]。雷電對智能建筑物內電子設備的危害途徑主要包括：（1）若是建筑物周圍大地、樹木等被雷電擊中，會產生雷電電磁脈沖并借助空間輻射產生干擾；（2）若是雷電直接擊中同建筑物連接的線纜保護管、水管、燃氣管等金屬管線或附近大地，金屬管線上會出現直擊雷過電壓或感應雷過電壓，這兩種電壓會利用金屬管線直接入侵內部電子信息系統，進而產生危害；（3）若是建筑物避雷系統直接被雷電擊中，雷電中的強大雷電流會通過建筑物的避雷引下線、結構鋼筋或其他金屬管線泄放進入大地。一旦雷電流進入上述金屬物體，不僅會對附近系統產生電磁干擾，還會導致建筑物接地裝置地電位上升或者分布不均，進而引發電位反擊。

2 " 智能建筑物雷電防護要求

針對不同類型建筑物工程的雷電防護技術也有很大差異，如預防直擊雷的外部防雷裝置及預防閃電電涌侵入內部裝置。若是建筑工程內包含重要設備或者設備所處磁場環境和閃電電涌同雷電防護要求不符，就要做好電磁脈沖防雷措施，而被保護的電子設備或系統需要做好接地和等電位連接保護。根據不同的雷電防護類型，可將智能建筑物防雷技術劃分為內部防雷和外部防雷。外部防雷可細分成引下線、接地裝置、接閃器，這些措施可應用到直擊雷防護中；內部防雷可細分成浪涌保護器、屏蔽、合理布線、共用接地裝置和等電位連接，這些措施可應用于雷擊電磁效應防護。

當前，建筑物外部防雷系統的設計需要嚴格遵循國家標準GB 50057—2014《建筑物防雷系統設計規范》等文件的要求[4]。除了外部防雷裝置，還要在建筑物內設置預防閃電電涌侵入的防雷裝置，也就是將內部防雷裝置的等電位與建筑工程中的電子信息系統、地下室、金屬裝置、地面所在位置的金屬管線連接，還要確保距離間隔與設計要求相符。

3 " 雷電防護技術在智能建筑物中的應用

3.1 "直擊雷防護

3.1.1 "接閃器

接閃器的主要作用是在短時間內將雷電流快速引出，并通過接地裝置使其泄放進入大地。接閃器主要布設在智能建筑物頂部，包含避雷帶、避雷線、避雷網、避雷針等。避雷網或避雷帶應沿著智能建筑物屋脊、屋檐、女兒墻、屋角等容易遭受雷擊的部位敷設。若是將避雷帶或避雷網直接敷設到屋面上，需選擇熱鍍鋅扁鋼或圓鋼材料，敷設時應使其順直，確保焊接長度符合規定要求；若是避雷帶或避雷網經過伸縮縫、沉降縫等部位，需做好煨彎補償處理；智能建筑物中的女兒墻會對避雷帶高度產生一定影響，女兒墻過寬會增加雷電安全隱患。為了解決該問題，可將避雷帶加長，也就是在直角轉彎處布設多個避雷針。對于高層智能建筑物，若是屋面上的避雷網或避雷帶選擇的是鋼管或不銹鋼管材質金屬欄桿，應確保鋼管壁的厚度在2.5 mm以下，鋼管轉角部位選擇圓鋼或角鋼進行焊接，確保焊接長度與規范要求相符，最后將其連接引下線[5]。

3.1.2 "引下線

引下線的主要作用是將接地裝置與避雷帶或避雷網連接，使其組成雷電流通路。若引下線是暗裝布設，應選擇建筑物主體結構鋼筋或剪力墻內的鋼筋。在設計智能建筑物引下線的過程中，應考慮引下線數量和布置方式對分流產生的影響。若引下線數量多且間距小，局部有均勻的雷電流分布，會縮小引下線間的感應范圍。為了有效降低雷電對智能建筑物的危害，應沿著建筑物周圍對引下線進行對稱或均勻布設，確保間距符合規范。為了減小引下線間距，可適當增加引下線數量。若智能建筑物高度超過30.0 m，在30.0 m以上的部位可每隔3層沿著智能建筑物周圍敷設避雷帶，同時還要與各個引下線進行焊接。高層智能建筑物需要的引下線較長，可將均壓環布設到智能建筑物中間位置，以降低引下線上的感應電壓。防雷人員需要注意的是，高層智能建筑物引下線需全程焊接，為了避免焊接錯誤，應確保同一柱內引下線主筋超過兩根，主筋截面積在16 mm2左右，而鋼筋連接處需做好搭接焊，搭接長度應是圓鋼直徑的6倍。為了將接觸電阻降到最低，可選擇雙面焊接，使焊縫平整且飽滿。

3.1.3 "接地

對于智能建筑物而言，做好供電系統的接地工作刻不容緩，否則會對供電系統的安全性和可靠性產生直接影響。由于智能建筑物內部的自動化設備種類較多，在電源和接地中需要考慮電磁兼容和過電壓保護方面的問題。接地系統的主要作用是確保雷電流第一時間泄放進入大地。接地分為共用接地和獨立接地，后者的主要弊端是不利于過電壓保護。在設計接地裝置的過程中，可以直接選用建筑物自然接地體，若是布設的自然接地體不符合規定要求，可以適當增加人工接地體。現階段，人們對共用接地系統的使用頻率極高，主要是在智能建筑物基礎或室外接地裝置上與防雷接地、電源工作接地、電子設備信號接地、各種裝置外殼直接連接。若是弱電設備上的共用接地系統缺失，需單獨安裝接地體。

3.2 "內部防雷

3.2.1 "等電位連接

為了確保智能建筑物的雷電防護符合規定要求，需做好建筑物基礎鋼筋、梁柱鋼筋、建筑防雷引下線、金屬框架的可靠焊接、綁扎或搭接工作，并將各種金屬設備同金屬管線進行有效焊接或卡接，確保接地系統良好。為了將智能建筑物的感應雷擊或直擊雷引起的電位差降到最低，需做好建筑物直流工作接地、安全保護接地、交流工作接地、防雷接地之間的等電位連接工作。為了減少側擊雷對智能建筑物的危害，需要使玻璃幕墻支架、鋼龍骨與均壓環之間構成等電位連通；對于金屬管道、電纜金屬外皮等進出智能建筑物的金屬物，在進出區域需要做好防雷接地裝置間的等電位連接工作。

3.2.2 "雷電電磁脈沖

為了避免或者減少雷擊電磁脈沖對智能建筑物內電子通信系統的破壞，做好屏蔽措施顯得極其重要?？梢赃x擇智能建筑物中地板、墻頂、墻面及梁柱等鋼筋混凝土結構的鋼筋組成六面體網，必要時加大鋼筋密度。做好屏蔽網之后，還要選擇科學有效的方法計算空間內的磁場，確保磁場始終處于安全范圍內[6]。因外墻處的雷電流強度較大，應避免智能建筑物中的電源和通信線路干線靠近外墻，可設置在智能建筑物中心部位，如在建筑物中心處布設電梯井、建筑物內的各種電氣饋線應做好穿金屬管保護或選擇雙層屏蔽電纜保護。另外，還要結合防護等級高低，將電涌保護器或隔離放電裝置直接布設到重要區域。根據智能建筑物防護等級，在電涌入戶端、信號線路入戶端及其他管線進入建筑物處做好線纜屏蔽措施，確保線路的埋地長度在15.0 m以上。

3.2.3 "綜合布線

智能建筑物內部通常布有照明、電視、電話、計算機等設備管線，為避免防雷裝置接閃雷電對這些線路的影響，應將這些線路主干線直接穿過金屬管道，以構成可靠屏蔽，還要將這些線路同主干線垂直的部分布設在高層建筑物中心部位，以免與作為引下線的主筋距離太近，縮小感應線路的環路面積。在布置屋面上的線路時，需安排好兩端接地、等電位、屏蔽以及同級別的浪涌保護器。若是對防雷接地單獨設置接地裝置，安全、交流和直流保護接地需選擇同一組接地裝置。為避免雷擊電壓對連接設備和綜合布線產生的反擊，應確保防雷裝置與其他接地體間的距離適宜。對于多層建筑物防雷接地，可選擇建筑主筋和基礎地板主筋作為接地線和接地體，若是兩者之間的距離不符合安全距離要求，會產生地電位反擊，應做好建筑物內各種類型金屬體和進出線管的接地工作，同時確保所有接地共用接地裝置，并做好多處連接，防雷裝置及相鄰金屬物體的電位應一致，以保護綜合布線和系統設備安全。在智能建筑物入口區、高層建筑物樓層配線間需要布設接地裝置。通過綜合布線方式引入電纜的屏蔽層應與建筑物入口處接地裝置直接相連，干線電纜屏蔽層則選擇多股銅線直接與配線間的接地裝置相連，還要確保干線電纜屏蔽層的連續性。配線間的接地需做好多股銅線與接地母線之間的焊接工作，隨后將其與接地裝置相連。非屏蔽電纜需直接敷設在金屬線槽或金屬管內，確保金屬槽管連接的可靠性，保持電氣的連通性，之后與接地干線相連。配線架等設備在接地過程中要與接地裝置并聯，禁止串聯。此外，還要結合信息線路工作頻率、傳輸帶寬、傳輸速率、接口方式、工作電壓等參數信息，在信息系統入戶建筑物首段選擇合適的電涌保護器；將損耗和電壓駐波比偏小的信號浪涌保護器直接安裝到信息設備線路入口端，以分流線路雷電流。

3.2.4 "SPD安裝

在安裝電涌保護器的過程中，要合理選擇型號，智能建筑物中的電子信息系統設備極易遭受電壓危害。由于計算機系統電源電力線直接進入室內，一旦感應雷擊出現在電力線路中，直擊雷將高壓主電線擊中后，經過變壓耦合到220 V低壓后，會入侵計算機供電設備。直擊雷或感應雷擊中低壓線路后，會影響計算機系統的正常運行，做好信息系統電源線路的防雷保護十分重要[7]。在安裝電源電涌保護器的過程中，應嚴格遵循以下6個原則：（1）計算線路預計雷電流；（2）根據雷擊風險評估劃分防雷等級；（3）根據供電形式安裝電涌保護器；（4）全面考慮電涌保護器的性能；（5）在選擇電涌保護器型號和安裝工藝的過程中需要考慮設備耐受過電壓情況；（6）考慮建筑物內外部磁場對線路過電壓可能產生的影響。通常情況下，不同區域年雷暴日數有一定差異，尤其是電子信息設備，雷擊受損頻率較高。綜合上述因素，智能建筑物電源線路可以選擇三級雷電防護，也就是將高壓浪涌保護器安裝到高壓入戶端，在低壓側安裝I級實驗電涌保護器，在對應樓層安裝Ⅱ級實驗電涌保護器，在信息系統設備機房等安裝Ⅱ級或Ⅲ級實驗電涌保護器。

4 " 結語

隨著城鎮化發展進程不斷加快，智能建筑物數量逐漸增多，鋼筋混凝土結構應用廣泛，建筑物遭受雷擊的概率隨之增加，構建相關防雷體系極其必要。建筑雷電保護是復雜的系統性工程，涉及氣象、電氣、建筑等不同行業，需要不同行業人員的共同努力，為智能建筑物安全運行提供強有力的技術保障，降低或避免雷電對智能建筑物的危害。

[參考文獻]

[1]王少華，王士群，汪仲琦.現代雷電防護技術在智能建筑工程中的應用[J].智能建筑電氣技術，2008（2）：72-74.

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[3]張晏齊，趙鑫，馬寧.現代雷電防護技術在智能建筑工程中的應用探究[J].農家參謀，2017（24）：207.

[4]武泳柏，譚僑.現代雷電防護技術在智能建筑工程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2017（5）：335.

[5]徐達軍.現代雷電防護技術在智能建筑工程中的應用[J].綠色環保建材，2021（9）：169-170.

[6]陳其飛.智能建筑物防雷工程設計施工要點及質量控制[J].南方農機，2020（9）：246.

[7]王蒙田.安全防范系統的雷電防護[J].太原城市職業技術學院學報，2009（12）：5-7.

Research on the application of lightning protection technology in intelligent buildings

Chen Yong1， Jiang Haiqin1， Zhuang Zhifu2， Wu Changhui1， Wang Yong1， Xu Xiaochuan1， Lin Yan1

（1.Nanjing Meteorological Bureau， Nanjing 210019， China; 2.Jiangsu Provincial Meteorological Bureau， Nanjing 210019， China）

Abstract：With the rapid development of information technology， lightning protection for the internal information system of intelligent buildings has gradually become a key work for lightning protection. Lightning protection engineering is a complex and systematic project involving multiple disciplines and departments. Therefore， it is very important to do a good job in lightning protection design of intelligent buildings. According to the hazard pathway of lightning to electronic equipment in intelligent buildings and the lightning protection requirements of intelligent buildings， the application of lightning protection technology in intelligent buildings is mainly studied for reference only.

Key words：intelligent buildings; hazard pathway; lightning protection technology