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1、智能楼宇系统雷电防护解决方案一、概述随着人类的发展与进步，人们已步入数字化、网络化和互联互通信息化时代，智能楼宇，是信息时代和计算机应用科学的必然产物，是现代高科技与建筑完美的结合。在讲求建筑物的实用性、艺术性之外，人们也更看重生活和工作空间的功能性与服务性，智能建筑以其高效、安全、舒适和便利等优点，势不可挡地进入现代高层建筑，如电子商务大厦、信息网络通信楼宇、自动化办公写字楼和小区高层建筑等等，大量高新技术竞相在此应用，可视电视、多媒体技术、智能保安与环境控制、信息高速公路、无线网络传输等最现代的高科技也在智能建筑中发挥其巨大的优势，它是多科学、高新技术的有机集成。智能楼宇建筑内多设有大量微
2、电子设备，这些微电子设备组成的网络通信、监控等电子系统通常属于高精度、高灵敏度、高频率和高可靠性设备，防干扰性能要求高，但是设备的耐电压等级却很低，最易受到雷击。近几年来，高层建筑内的微电子设备遭雷击引发设备故障的情况时有发生，往往造成重大的经济损失，智能建筑雷电防护与优化已迫在眉睫。目前,智能楼宇或小区已在各个城市日益普及,其智能功能涉及建筑电气各个子系统。此类高层智能楼宇或小区智能系统的正常运行与否,是保证该辖区人身安全、生活质量的关键。而智能系统的供电系统雷电防护又是重中之重。二、雷电入侵智能楼宇的几种方式雷电波入侵智能建筑的形式有两种，一种是直击雷，另一种是感应雷。一般来说，直击雷击中
3、智能建筑内的电子系统的可能性很小。对智能建筑电子系统造成威胁的主要是感应雷(即由雷闪电流产生的强大电磁场变化和导体感应出的过电压、过电流形成的雷击电磁脉冲)。感应雷入侵微电子设备及网络通信系统主要有以下几条途径：1、雷击电磁脉冲 (干扰源) 入侵；2、通过交流电源供电线路入侵；3、通过网络通信线路入侵；4、地电位反击电压通过接地体入侵。不管是通过哪种形式，哪种途径入侵，都会使电子系统受到不同程度的损坏或严重干扰。三、智能楼宇建筑的雷电等级划分智能楼宇应根据其重要性、使用性质、智能化子系统的集成情况、发生雷击的可能性及后果，按雷电防护要求将其雷电防护等级分为三级：遇下列情况之一时，智能建筑物雷电
4、防护等级应划为级:1、配置智能化系统标准高而齐全的甲级智能建筑；2、所处地区年平均落雷密度大于4.92的乙级智能建筑；3、建筑内集成了计算机网络系统、办公自动化系统、程控交换机系统，保安监控系统、火灾消防报警系统、卫星电视系统等甲级智能化系统，承载着不可终止的公众服务系统的大型公共性智能建筑物，因雷击损害会造成巨大破坏和社会影响，如大型车站、机场、码头、医院、国家级金融中心、大型通信枢纽、云计算中心、电力调度中心等；4、对周围事物或环境构成危险的工业建筑(生产过程中使用或产品为易燃易爆材料、有毒物质等)，因雷击会造成爆炸、着火、人员伤亡和环境污染；5、保存有不可复原的文化遗产的博物馆、大型展览
5、馆等，因雷击会造成火灾，人员伤亡和难以估量的损失；6、往来人员较多的大型商场、购物中心、影剧院、体育馆等智能建筑，因雷击会造成巨大破坏和人身伤亡；7、三星级智能化住宅小区。遇下列情况之一时，智能建筑物雷电防护等级应划为级：1、配置基本智能化系统而综合型较强的乙级智能建筑；2、所处地区年平均落雷密度大于4.92的丙级智能建筑；3、集成了不能终止的公众服务系统的中型公共性建筑物，建筑内智能化系统的集成水平，功能较级公共性智能建筑有一定差距，但具有可扩充性和可维护性，因雷击造成的破坏和影响也不及级严重；4、对周围事物或环境有一定危险的工业建筑等，因雷击不易造成爆炸、着火、人员伤亡和环境污染；5、中型
6、商场、中小型影剧院等智能建筑，因雷击不易造成巨大破坏和人身伤亡者；6、二星级智能化住宅小区。遇下列情况之一时，智能建筑物雷电防护等级应划为级：1、配置部分主要智能化系统，并有发展和扩充需要的丙级智能建筑；2、集成了部分主要智能化系统，并有发展和扩充需要的小型建筑，因雷击会造成一定破坏和影响的；3、除上述建筑以外的存在一定的智能化系统的其他一般建筑；4、一星级及其他小型智能化住宅小区。四、智能楼宇建筑的防雷总体设计针对智能建筑内的电子系统的防雷设计，现代新的防雷理念，就是综合治理、整体防御、多重保护、层层设防”。4.1 优化避雷针随着现代微电子技术设备的发展和广泛应用，优化避雷针是不可缺少的，但
7、不是唯一、万能的。要做到彻底防雷必须有新的思维。这就是在分析了传统避雷针某些局限性之后，采取一些改进措施，即气隙放电、阻抗限流等，也就是展宽雷电波形、降低波头幅度，把大部分雷电能量消耗在优化避雷针体上。有效地抑制和削弱了地电位和二次雷击效应，克服了传统避雷针的弊病。4.2设备屏蔽避免电位差（1）设备与设备之间做好屏蔽。建筑物的金属结构物遍及各处，不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼，即立体笼式综合接地系统，从而使建筑物内的电子系统得到很好的屏蔽。屏蔽做得好，不仅能防御空间电磁波的辐射，而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。这里要说明，屏蔽的做法应根据建筑物内微电子设备的要求决定。
8、由于设备的性质不同，因此，有的要求仅对设备本身做屏蔽，有的要求在设备与设备之间做屏蔽，还有的要求在机房做屏蔽。（2）楼顶设计接闪装置。接闪器(接闪装置)有三种形式：避雷针、避雷带和避雷网，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下，其制作是利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线，下接接地装置。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。下线的粗细和数量直接影响雷击过电流的分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。（3）避免接地线之间存在电位差。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加
9、均压环，以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，而且还可以降低反击电压。接地装置位于地下一定深度，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。建筑内的竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连，均压环应与防雷装置专设的引下线相连。当建筑物超过30m高时，应将30m处墙上的栏杆、金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接。智能大厦内各种交流、直流设备众多，线路纵横交错，应将建筑物内的交流工作地、安全保护地、直流工作地、防雷接地与建筑物“法拉第笼”良好连接，形成一个等电位体，避免接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生的因素。4.3 接地系统的要求与优化智能大厦一般均为一类建筑，应建立综合
10、接地系统，接地电阻不大于1 。针对智能建筑较为适用的综合接地系统应采用“法拉第笼”方式，实践证明接地效果极佳，但在接地体材质选择上，要根椐地质条件灵活掌握。（1）接地体的传统材料。通常传统接地体(系统)使用的是金属导体，最常见的有角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等。其特点是用料多、耗资大、寿命短、稳定性差，不宜在高土壤电阻率地区使用。如在砂石和岩石地层使用很难达到防雷接地电阻值不大于4的要求。（2）接地模块。低电阻接地模块(简称接地模块)是一种以非金属材料为主体的接地体，它是由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解质组成。它的诞生开创了接地材料和接地技术的新时代。使用接地模块做接地系统，用料少、耗
11、资少、寿命长、稳定性好。特别适合在高土壤电阻率地区使用。在砂石、岩石地层用它构成特殊的“人工地网”，解决接地工作一些疑难问题，很容易达到国标要求的防雷接地系统冲击阻抗值。接地模块阻抗低的主要原因是成倍增大接地体与土壤层之间的接触面积；增大接地体本身的散流面积；降低接地体与土壤之间的接触电阻；具有很强的吸湿性和保湿性；充分发挥接地体中电解物质的导电作用。因此，防雷接地电阻值，一般很容易达标（4）4. 4 电涌保护器的设置和选用根据有关统计，在雷击损坏设备的事故中，约70以上是从供电线路侵入的感应雷。因而对供电线路实施多级防雷是电子设备及整个系统防雷的重要环节。4.4.1 电源电涌保护器（1）为了
12、避免感应雷电流由交流供电电源线路入侵，可在智能建筑变电间的高压柜内安装电涌保护器作为一级保护，在低压柜内安装电涌保护器作为二级保护，以防止雷电侵入智能建筑的配电系统。为谨慎起见，可在智能建筑各层的供电配电箱中安装电源电涌保护器作为三级保护，并将配电箱的金属外壳与智能建筑的接地系统可靠连接。建筑物的电源、通信、广播等线路最好采用埋地电缆引入，所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。智能建筑内电子设备的电涌保护器，采用TPS系列电涌保护器，具有免停电更换、失效后自动脱离、劣化指示等功能。（2）TPS系列电源电涌保护器其设计是选用性能良好、质量可靠的防雷元器件，当供电线路正常运行时SPD处
13、于高阻状态，不影响供电线路正常工作。当线路中由于雷击或操作过电压时引起最大峰值电流或高能量脉冲时，SPD以纳秒(ns)级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低水平。当高能量脉冲过后，系统的续流值为零。4.4.2 信号电涌保护器（1）计算机信号电涌保护器。随着信息产业技术的发展，计算机数据通信已广泛地应用于军政、医疗、高校、邮政、电信、金融、公安、交通、商贸及办公自动化等系统中，由于数据通信设备和终端设备的巨增，必须做好数据通信设备的防雷击保护。信号电涌保护器一般采用TTS系列信号电涌保护器。TTS系列信号电涌保护器主要用于保护计算机、网络交换机、数据通信网络和监控系统等设备，免遭感应雷
14、的危害和静电干扰、电磁辐射干扰等引起瞬时过电压及冲击电压的损坏。从而保护微电子设备、计算机网络通信和监控系统的正常工作。TTS系列信号电涌保护器，采用通流容量大的粗保护和具有快速响应的细保护相结合多级保护电路，将来自信号线路的感应雷电流通过雷电支路泄放到大地，并将瞬时过电压限制在安全值以内。（2）网络交换机信号电涌保护器。网络交换机等现代通信网络正朝着高频率、高速度、网络化、数字化和智能化方向发展。原先使用的气体放电管保护方式在响应速度等指标上都已经不能适应要求，不能有效地保护程控交换机等通信设备。为了防止从信号传输线入侵的雷电感应冲击波，程控电话信号电涌保护器系列产品，采用波道分流、多级泄能
15、的线对线、线对地的并联或串联式的过流过压保护方式，抑制从信号传输线上感应的雷电冲击波，从而保护了通信设备免遭雷击。这个系列电涌保护器，广泛应用在程控交换机配线架上的保护单元，各种配线装置、传真机和电脑、电话、视频设备等各种通信系统中，提供线对线保护，线对地保护。（3）TCS天馈线系列电涌保护器针对有天线信号的防雷。通信、雷达、导航、卫星地球站、广播电视等，凡具有天馈系统的电子设备，其天馈系统大多数安装在高楼顶部或高架铁塔上。因此，微电子设备遭雷击的机率很大。采用本系列天馈电涌保护器，可以防止以上各系统的收信机、发射机等设备遭雷击造成的损坏。雷电冲击波的主要能量分布在几十千赫以下频域，而有用信号
16、能量分布在几百千赫以上频域。因此，可用集中或分布参数元件组成高低通滤波器组合网络，将雷电冲击波和有用信号截然分开，雷电冲击波泄人大地不进入电子设备，从而克服了传统氧化锌电涌保护器，在雷电通流、承受功率和工作频率三者间不可调和的矛盾，以及传统放电管电涌保护器响应时间长等弊病,实现了更有效地保护功能。4.5 综合布线系统的防雷保护智能大厦的通信线路多由综合布线系统担当。综合布线系统由六个子系统组成：(1)建筑群子系统。(2)设备间子系统。(3)管理子系统。(4)垂直干线子系统。(5)水平干线子系统。(6)工作区子系统。综合布线系统的防雷保护如下：1 建筑群子系统建筑群子系统，由连接两个及以上建筑物之间的缆线和基本设备组成。防御因雷电流泄放而形成的感应雷，对室内布线的要求非常严格。由于用作
