智能建筑的防雷接地设计方案

发布于：2015-06-24 12:10:24 来自：电气工程/防雷减灾 [复制转发]

智能建筑中大量使用各种电器，特别是IT技术的普及和推广应用，为人们提供便利的同时，也带来了安全用电和设备保护等方面的问题。智能建筑的接地与防雷对于弱电系统信息传输质量、系统工作稳定性以及设备和人员的安全都起着重要的保护作用。目前的建筑，特别是不断涌现的智能建筑中弱电系统越来越庞大，接人地中的电流更是错综复杂，系统中计算机等设备的工作很容易受其影响，因此，对接地系统也提出了更高的要求。
　　1 防雷接地系统
　　为了把雷电流迅速泄人大地，以防止雷害为目的的接地叫做防雷接地。智能楼宇内有大量的电子设备与布线系统，弱电设备及布线系统的绝缘水平一般很低，但抗干扰要求很高。如计算机内的集成电路芯片，绝缘水平只有几十V，即使是来自雷电的反击或感应电压，也可烧毁集成电路芯片，损坏弱电设备或对弱电设备形成严重干扰。因此，智能楼宇的防雷接地设计是一项重要工程，其所有功能接地必须以防雷接地系统为基础，并建立严密、完整的防雷结构。希曼斯基在《过电压保护理论与实践》中提出了现代防雷保护的3道防线：外部防雷保护、内部防雷保护、过电压保护。
　　目前，建筑物外部防雷系统设计执行国家标准GB 50057-1994(2000年版)《建筑物防雷系统设计规范》，由避雷网(带)、避雷针或混合组成接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架、屋面板钢筋等构成一个整体。内部防雷措施有屏蔽、接地、等电位联结、过电压保护、安全距离和合理布线，并遵守多级保护原则，即根据电气、微电子设备的不同功能、不同受保护程度和所属保护层确定保护要点，作分类保护，根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道，从电源线、数据线和信号线作多级保护。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。
　　在IEC 61024((建筑物防雷》和IEC 61312((雷电电磁脉冲的防护通则》标准中，重点提出了防雷分区和等电位联结的概念。根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上做等电位联结。能直接连接的金属物直接相连，不能直接连接的则根据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的防雷设备，对后续被保护设备进行可靠的保护，并且必须实施等电位联结。
　　2 防雷分区及分级保护
　　雷电保护区一般分为4个区(见图1)，若需要进一步减小雷电流和电磁场，应引入后续防雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的条件。
　　(1)雷电保护区LPZOA(0A区)。该区内的各物体都有可能遭受直击雷，同时在该区内雷电产生的电磁场能量自由传播，没有衰减。
　　(2)雷电保护区LPZOB(0B区)。该区内的各物体在接闪器保护范围内，不会遭受直击雷，但该区内雷电电磁场的量级因没有屏蔽装置，所以与LPZOA区一样，电磁场能量没有衰减。
　　(3)雷电保护区LPZI(1区)。该区内的各物体都在建筑物内，不会遭受直击雷，流经各导体的电流比LPZOB区更小，区内的雷电电磁场能量可能发生衰减。
　　(4)雷电保护区LPZ2(2区)。该区进一步减小所导引的雷电电流和电磁场。根据规范IEC 1312的要求，同时对应IEC1024中给出的防雷保护区概念，避雷及过压保护分为3级，保护器分为B、C、D 3类。0区和1区的交界处为B级保护，1区和2区为C级保护，2区内重要设备前端为D级保护。
　　3 防雷技术
　　3.1 外部防雷
　　外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防护直击雷，它是防雷技术的主要组成部分。外部防雷主要采用避雷针(避雷网、避雷线和避雷带)和接地装置(接地线、地极)加以保护。防雷接闪器是专门用来接收直接雷击电流的金属物。建筑物的房顶尤其是房顶上较突出的部位(如房角、房脊、女儿墙与房檐等)最易遭受雷击，设置在房顶上的设备与器具是雷击的主要对象。智能建筑多属于一级负荷，应按一级防雷建筑物的保护措施设计。为了有效防止雷击，应采用针网或针带组合接闪器，在房顶最高点和其他次高点多处设置避雷针。避雷网覆盖于房顶，并延伸到女儿墙上，使房顶、墙均在避雷带保护范围之内。该网格与大楼柱内钢筋作电气连接，利用柱内2根以上钢筋作引下线，柱内钢筋与建筑物基础钢筋这个自然接地体连接。另外，圈梁钢筋、楼层钢筋、外墙面所有金属构件也应与引下线连接，组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样，不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备，而且还能防止外来的电磁干扰。
　　3.2 内部防雷
　　内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的弱电设备加装过电压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，利用过压分流箝位等手段保护装置快速泄放能量，从而保护设备免受损坏。过压分流箝位的原理是在可能传导感应雷击电磁脉冲电涌的信号传输线端口和电源线端口并联或串联过电压防护装置。一旦由于雷电感应使电涌达到危及设备的阈值时，防护装置瞬间响应，将电涌电流泄流人地，从而将被保护端口的雷击电涌残压箝制在端口所能承受的数量级上，起到保护设备、减免雷害的作用。内部防雷分为弱电系统供电电源线路防雷和弱电设备通信端口信号防雷。
　　3.2.1 电源线路防雷系统
　　电源线路防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对智能建筑内的计算机及相关设备造成危害。依照有关防雷工程试行草案，应采取分级保护、逐级泄流的原则。在电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源防雷器，即B类过电压保护器;在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二级(C类)或三级(D类)电源防雷器。
　　3.2.2 电设备各信号端口的防雷系统
　　由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，并在网络通信接口处加装防雷保护装置，以确保网络通信系统的安全运行。
　　3.2.3 等电位联结
　　建筑物的避雷器引入了强大的电磁场变化，会在相邻的导线(电源线和信号线)上感应出雷电过电压，因此，建筑物的避雷系统在防直击雷的同时，可能对电子设备引入了雷电干扰。一般计算机等电子设备的耐压≤100 V，故必须建立等电位联结，通过减小电位差来确保电子设备的安全。等电位联结的目的是当雷电袭击时，使建筑物内部和附近几乎处于等电位，对电子设备及系统和所处建筑物的各导电部分建立电位基本相等的电气联结，以减少各金属部件和各系统之间的电位差。用导线或过电压保护器将处在防雷区间的防雷装置、电气设备、金属门窗、电梯导轨、各种金属管线和弱电系统的金属器件相互焊接或连接起来，构成统一的导电系统，从而避免接地线之问存在电位差，以消除感应过电压的产生。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管/槽、屏蔽线缆外层、信号设备防静电接地、安全保护接地和浪涌保护器接地端应以最短的距离与等电位联结网络的接地端子连接。
整个建筑物结构的梁、板、柱基础内的钢筋是等电位联结的一部分，应焊接或绑扎成统一的导电系统，连接到综合共用接地装置上。
　　在建筑物的不同防雷保护区交界处设置总等电位接地端子，每层楼设置楼层等电位接地端子，设备机房或设备间设置局部等电位接地端子。共用接地装置与总等电位接地端子连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子，由此引至设备机房的局部等电位接地端子，局部等电位接地端子再与预留的楼层接地端子连接。防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，称为共用接地体，其接地电阻值按接人设备中要求的最小值确定。
　　智能化系统采用共用接地装置，当采用建筑物金属体作为接地装置时，接地电阻不应大于1 Q。当接地电阻不能达到要求时，可采用深埋接地体、设置外延接地体、换土、在接地体周围添加经环保部门认可的降阻剂或其他新技术和新材料等措施。当接地体难以避开污水排放和土壤腐蚀性强的地点时，垂直接地体应采用石墨接地体，水平接地体应选用耐腐蚀性材料。电子设备相对较少的系统(如消防系统、建筑设备监控系统、扩声系统等)可采用S型结构的等电位联结网(单点接地)。在该结构中所有金属组件就近直接接至机房或楼层的等电位接地端子，不必设专用接地线引至总等电位接地端子。除等电位点外，应与共用接地系统的其他部件足够绝缘。
　　对于较大的电子信息系统，可采用M型网状结构的等电位联结网，如计算机房、网络系统等，在该结构中所有金属组件不与接地系统的各组件绝缘，M型等电位联结网通过多点组合到共用接地系统中。
　　4 不同接地系统中的防雷方案
　　4.1 智能建筑常用系统的防护
　　4.1.1 TN—S系统
　　PE线与N线在变压器的低压侧出线端相连并人地。由于在后面供电电路中PE线与N线分开布线，因此，需要分别在相线与PE线、N线与PE线之问安装防雷器。该系统各级防雷器安装如图2所示。
　　4.1.2 TN—C—S系统
　　该系统中的N线(中性线)和PE线(地线)在变压器的低压侧合并为一条PEN线。B级防雷器只需加装在相线与PEN线之间。进入建筑物内的配电屏后，PEN线分成N线和PE线，独立布线，PEN线接于建筑物总等电位接地母线并排接人地，因此，配电屏的N线对PE线需装防雷器。各级防雷器安装如图3所示。
　　4.2 TT系统
　　TT系统通常称为三相四线制接地系统，其特点是：中性点接地与PE线接地分开，即将电气设备的金属外壳直接接地，所以称为保护接地系统。从理论上来讲，TT系统是能够起保护作用的接地系统。就目前情况来看，由于公共电网的电源还不能很好地满足智能化设备的需求，再加上TT系统接地装置耗用钢材多，成本高，因此该系统在智能建筑中并不常用。
　　5 结语
　　智能建筑是电子信息技术与建筑技术相结合的产物。随着我国计算机应用技术的广泛开展，智能建筑内的计算机系统越来越复杂，其防雷要求也越来越高。现代防雷技术强调的是全方位防护，综合治理，层层设防。所以，应把智能建筑的防雷看作一个系统工程，在对建筑物防雷要求进行全面了解的基础上，采取多层及分类保护措施相结合的综合防护措施。

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