智能建筑的防雷接地

　　随着信息技术的发展，特别是internet技术的高速发展，以及经济快速的发展，全世界各大城市争先构建数字化城市，大量的智能化建筑拔地而起，其中采用了大量的电子设备，如楼宇自控系统(BA)、消防报警系统(FA)、闭路电视监控系统(CCTV)、门禁及保安报警系统(SA)、综合布线及通讯系统(CA)等等，这些设备的耐压等级低、抗干扰能力差，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计，雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%，防雷过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。因此在智能建筑的设计施工中，不仅要重视智能建筑的性能指标和设备的先进性，更要注意做好建筑物的防雷接地。防雷与接地对于智能建筑中的弱电设备的安全运行和数据的可靠传输有着重要的影响，并且是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。如果建筑物的防雷接地没有处理好，不管是雷电的直击、串击、反击，轻则会造成设备不能有效传输数据，降低智能建筑设备的可靠性;重则会损坏设备的部件，甚至导致设备瘫痪并危及人员的安全。

　　近年来我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生，所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷接地设计就显得尤为重要。目前一些城市和地方的立法，如从2002年9月1日开始执行的《北京市防御雷电灾害若干规定》，使人们越来越多的认识到做好建筑物防雷及接地的重要性及迫切性。

　　1 雷击一般分为直击雷击和感应雷击

　　(1)直击雷击——指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。

　　(2)感应雷击(又称二次雷击)——指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。

　　(3)另外还有操作过电压，即是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，当负载(特别是电感性大的负载)电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。

　　2 外部防雷措施

　　根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)，外部防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。

　　(1)接闪器：根据建筑物的特点和防雷等级选用避霄网、避雷带或避雷针。在保护范围以外的突出金属物，如金属设备、金属管道、金属栏杆、广告牌、航空标志灯等，均应与防雷系统相焊接或卡接，构成统一的导电系统。屋顶的金属装饰物如金属旗杆或满足规范要求壁厚的金属屋面，均可作为接闪器。

　　(2)引下线：尽量利用建筑物钢筋混凝土柱内的对角主筋作为引下线，建筑物的消防梯、钢柱等金属构件也可作为引下线，但其各防雷部件之间均应连成电器通路。

　　(3)接地装置：设计接地装置时，当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%，基础表面无防水层时，可利用基础内的钢筋作为接地装置(详后面的说明)，如果基础被塑料、橡胶、油毡等防水材料包裹或涂有沥青质的防水层时，不得利用基础内的钢筋作为接地装置，此时在基础槽的周围敷设环型接地装置，并与基础内的钢筋做可靠连接。

　　3 内部防雷措施及防雷击电磁脉冲

　　3.1 防止侧击雷

　　如果按滚球法计算避雷针的保护范围确定，避雷针可能接受该空间上方落下的闪电，但侧方袭来的闪电仍能击在该引雷范围曲线内靠下空域中的各点，也就是说，在避雷针下部的这个空间内避雷针的保护率不再是99%，而是50～80%或更低的数值，所以我们不能完全指望避雷针，还要防止侧击雷。例如：如果建筑物的防雷等级为第二类，则应将45米及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。

　　3.2等电位连接

　　要做好建筑物内的等电位连接，等电位连接的目的在于减少需要防雷的空间内，各种金属部件和各种系统之间的电位差。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机，反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱，通常在100伏以下，因此必须建立等电位连接，减小电位差，确保计算机特别是计算机网络系统等弱电系统的安全。

　　等电位的主要做法：

　　①用连接导线或过电压保护器，将处在需要防雷的空间内防雷装置、电气设备、金属门窗、电梯导轨、电缆桥架、各种金属管线、及弱电系统的金属部件(箱体、壳体、机架)等，相互焊接或连接起来，构成统一的导电系统。形成建筑物的法拉第笼，从而避免各接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生。

　　②全楼建筑物结构的梁、板、柱、基础内的钢筋是等电位连接的一部分，应焊接或绑扎成统一的导电系统，接到综合共用接地装置上。

　　③从不同方向、地点进入建筑物的照明、动力和弱电系统的管线，应就近连接到建筑物的接地连接板或环型母带上(室内可利用基础圈梁或承台梁，或另做若干条等电位连接母带，室外则为周圈式接地装置)。

　　3.3弱电设备的屏蔽

　　应将屏蔽作为弱电系统减少干扰的必要措施，屏蔽的主要目的是防雷电电磁脉冲，在电子设备和信息设备系统较多的建筑物内，应根据防雷分区和设备的要求，将建筑物作成全屏蔽(外部屏蔽)、部分屏蔽、局部屏蔽或设备及管线的屏蔽，使雷击时的电磁场层层衰减。将建筑外部(外墙)进行全屏蔽构成笼式防雷是最安全可靠的防雷设计方案。因此重要的微电子设备如弱电机房等的位置宜放在大楼的中心部位、深部或下部楼层。

　　3.4关于电涌保护器SPD

　　3.4.1SPD在电源系统中的安装位置

　　(1)在LPZOA区和LPZOB区与LPZl区交界面处，在从室外引来的线路上安装第一级SPD (一般为电压开关型SPD)。建议安装位置：总电源进线处，如变压器低压侧或总配电柜内。

　　(2)当上述安装的SPD电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了后续配电盘供电的设备时，应在该级配电盘安装第二级SPD(一般为限压型)，其位置一般设在LPZl区和LPZ2区交界面处。建议安装位置：安装于下端带有大量弱电、信息系统设备或需限制暂态过电压的设备的配电箱内，如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。另外，对所有引至室外照明或动力线路的配电箱，均应加装SPD，SPD在此处的作用主要是为了防止高电位窜入。

　　(3)对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备(尤其是信息系统设备)，宜考虑在该设备前安装具有防操作过电压和防感应雷双重功能的第三级SPD(一般为浪涌吸收器)，其位置一般在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。建议安装位置：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。

　　3.4.2 SPD在信息系统中的安装要求

　　除了电源系统线路应安装多级电涌保护器外，信息系统线路也应按规范要求安装电涌保护器。SPD在信号线路上安装时，其功率、插入损耗、驻波、频率、带宽等参数应符合信息系统的匹配要求。信息系统的信号线主要有：电话线路、计算机网络、卫星通讯、有线电视、天线馈线系统、楼宇自控等，应根据要求在其设备及线缆上加装粗保护和精细保护，这种保护通常由系统供应商负责安装，但在电气设计中预留条件，如：在信号线引入建筑物处、弱电小间、弱电机房内应预留等电位联结端子箱以供电涌保护器下端就近接地之用。