1、1智能建筑防雷和接地抗干扰摘要：针对传统防雷系统的缺陷和智能建筑的方式，本文提出现代智能建筑应当建立整个防雷系统，其中包括外部防雷和防雷技术，并引进具体的防雷系统保护方法，包括电源、UPS 电源系统、终端电源、通信网络系统、电话线路和专线、局域网线路，最终显示了馈线保护和接地保护系统伴随着一些新的智能建筑防雷技术的发展。关键词：智能建筑、防雷、接地保护相比与以前，现在人类科学技术的发展已经进入了高度信息化的发展阶段，它带来了人类前所未有的方便和快捷，而且这是近几年来在建筑领域大量的智能建筑建设中一种最突出的表现。智能建筑在中国发展非常迅速，已经成为国民经济的新增长点。智能建筑是经由建筑自动化以
2、及自移动的通信自动化和办公自动化为根据的通信以完整线路贯穿了系统集成技术,组成了一个相互协调的管理系统。智能建筑对于包括各种各样的电子设备和计算机和网络系统的高级的高层建筑，密度大、高度集成导致闪电电磁脉冲攻击的危险也大大增加了，其后果可能使整个建筑系统设备损坏、数据丢失和操作错误,甚至瘫痪,造成巨大的经济损失，因此在智能建筑的设计中如何有效地避免雷电所带来的破坏性危害是一个重要的主题。尤其是电子技术的快速发展，各种各样的先进的测量和控制装置的出现，所以电信和计算机越来越广泛地应用于电子产品，尤其是电子计算机技术和通信技术相结合的发展，信息时代在促进和推动整合电子设备和超大规模地集成和开发新的
3、网络通信技术的发展信息时代发挥了巨大的作用。但是在另一方面,存在一个广泛的微电子设备绝缘强度低、贫乏的阿喀琉斯之踵的过电压耐受差的现象，一旦受雷击、浪涌过电压的冲击,这就会导致电子系统暂停操作，设备永久性损伤，或者其他相关的系统中断，已经瘫痪的系统会造成不可估量的直接和间接的经济损失以及巨大和深远的影响，对金融、证券、医疗、保险、航空、航天、国防、和国家其他重要机构侵害的程度会更多更严重，雷电的数量也会变得越来越频繁。因此，我认为防雷保护，不仅是必要的，而且是必须实现的。传统防雷系统的缺陷2传统的避雷针雷云放电避雷针的原理是当雷云靠近地面时，地面电场畸变，顶部的避雷针和局部电场集中地形成空间，
4、影响放电的方向，由于雷电先被引导至闪电针，再通过天线馈线、接地装置将引入地面，从而使雷电流保护对象。原则上，避雷针就是一个引雷针，增加一个区域的雷击概率。避雷针保护范围的计算方法世界各地都有所不同，包括电缆的类别和计算曲线法，改善线路方法等，但是以上计算方法有一个共同点，就是计算避雷针保护范围宽， 国家标准规范采用 IEC 建议的“球” ，是指一定半径的球体 。长期实践证明这不是完全符合经济理论和实践的。例如高层建筑,即使顶部安装避雷针，但安装位置低于顶楼也将有可能会遭受侧击雷的攻击。避雷针的副效应当闪电攻击建筑物避雷针，下引线将吸引地球，同时雷电流由于接地电阻的存在，闪电电荷不能快速的与负电
5、荷中和，将不可避免地造成当地电势的上升，导致高感应过电压、接触电压和跨步电压和计数器等一系列的副作用。交流配电以及想要采用这种高压直流的机房，UPS 输出，就会导致输入端刺穿，小型计算机和其他网络设备连接被刺破。此计数器电压至少数千伏，许多成千上万伏，直接烧坏与电气相连的绝缘部件，给个人和微电子设备造成了很大的威胁。因此，传统防雷的缺陷，不能满足智能建筑和微电子设备防雷的要求，所以从建筑的角度考虑有必要采用一种更先进的防雷设备，并提供更有效的整体防雷技术。智能建筑的闪电智能建筑遭受雷电冲击的方式主要有三种:直接闪电。闪电直接击中并损坏室内外设备，或者直接雷击架空电缆，导致电缆融合设备损坏的现象
6、，称为雷击。雷电感应、电磁感应、静电感应叫做感应雷电,也称为二次射线。对设备的损害并不是和直接闪电一样重,而是远远大于直接闪电发生概率。冲击的雷电波: 当你遇到闪电或雷电感应以及雷电波等，雷电波沿着智能控制系统的电力电缆，信号传输线或控制室的金属线等等这些有金属丝的设备传播,电势的差异使设备损坏的现象，称为雷电波的冲击。雷电波的射击将间3接地通过电缆传输到智能建筑系统和设备中，间接导致设备损坏。因此，我们应该根据闪电的方式把智能建筑防雷系统作为一个整体来考虑。智能建筑的整体防雷系统智能建筑防雷的必要性常规使用避雷针作为防雷系统，ferrari 兄弟把基于地面的防雷接地网络放在笼子里，虽然可以保
7、护智能建筑和在里面的人员，但是对于由电子干扰所造成的闪电感应，电磁脉冲，浪涌电路，正如传统的防雷系统一样具有以下几个方面的缺陷:闪电直接冲击智能建筑的外部扩展，电源和通信电缆，雷电感应电流可以迅速冲击到建筑上。大城市电网的开关和用户大功率起止激增。造成智能建筑电气设备(如空调主机、电梯、大功率泵,等等)的频繁起停。电源、电信和数据线路连接到其他建筑或被地面传输的感应电磁脉冲和浪涌电流雷击。静电通过数据线直接损坏电流表设备组件。J 通过上述分析认为智能建筑防雷技术越来越重要,而且需要一个更全面的防雷技术。因为电缆是聚集在智能建筑和设备繁多、复杂的微电子系统上，它不仅薄而且有防护能力，作用是为了保
8、证系统的正常运行，设备的安全，所以必须采取特殊的措施来保护，智能建筑的防雷是一个严格的系统工程。所以智能建筑防雷除了考虑建筑本身的直接雷击防护措施外，还必须高度重视光线和闪电电磁兼容性，加强和完善建筑电子设备的防雷措施。IEC 技术文件将分别定义为外部防雷系统和内部防雷系统，把接口共享，例如接地、屏蔽、均衡、焊接等技术处理方法，如果两者有效结合,则可以形成一个相对独立和统一的整体防雷系统。外部防雷系统智能建筑的外部防雷主要是指防止雷击和防止侧击，它的作用是保护建筑本身不会遭受雷击。所以你必须有很好的共同接地系统和放电通道。良好的共同接地系统和放电通道4公共基础接地体是应当建立在一个全面的智能建
9、筑中的接地系统上。接地的直流工作场所和一个作为良好导体连接的建筑,形成一个完整的常见的接地系统。避免接地之间电势的差异,消除感应过电压反击的现象，确保电子设备的正常运行。足够的放电通道和均衡的措施建筑钢筋混凝土中的钢筋作为防雷引下线，从屋顶增加并联分支，减少到导体的雷电流，应该在每一个角落使用建筑剖面柱钢筋。因为主要为高层建筑、所以智能建筑侧面也应采取预防措施，在超过建筑 30 米外的地方应当由环梁钢筋焊接形成的均压环连接，并连接到防雷引下线。充分利用桩基加固的结构，柱钢筋、钢筋混凝土圈梁,屋顶层钢筋,使其可靠的焊接,从而形成一个好的雷电流放电路径。内部控制系统内部防雷包括防雷电感应、防雷电波
10、射击。良好的内部防雷可以减少建筑的雷电流和电磁效应，并能防止反击及接触电压和跨步电压和其他二级雷电磁脉冲造成的伤害。内部防雷主要采取保护遮蔽，等电位连接等措施。合理的屏蔽在智能建筑中，电磁兼容措施是非常重要的,他的作用是为了避免设备的功能障碍，避免设备损坏，甚至是应该能够防止布线系统设备内部的传导干扰和外界干扰。这些干扰产生的原因有一大部分是因为导线之间的耦合现象，有的是因为电容或者电感效应的影响。它的主要来源是超高电压，大功率辐射电磁场,闪电放电。这些现象将被用来发送或接收传输效率高的设备产生的干扰。所以设备及其布线必须从各个方面采取保护措施。为了防止电磁干扰，屏蔽及其正确的接地方法是最好的
11、保护。等电位连接：智能建筑为确保生产计数器和危险操作的接触电压和跨步电压，应该支持构建带有电势线的地板，墙，和金属管道，这应该是安装在钢筋混凝土建筑的每一层嵌入的位置和建筑结构中的等电位连接板，以便连接到接地干线。智能建筑的等电位连接包括总等电位连接和局部等电位连接。智能建筑防雷的新技术新一代的非常规的避雷针技术:随着建筑智能水平的提升和防雷技术被密5切的关注，一种提前放电的非常规的避雷针逐渐成为主流。避雷针，它解决了传统的被动闪电，二次闪电的影响被严重的限制,在我国得到越来越多的广泛应用。新一代的避雷针没有辐射，闪电的能量在地面和云之间存在电势的差异。它在闪电临界点提前产生一个先驱，首选闪电
12、的形成路径，克服传统的避雷针被动的缺乏联合，大大提高防雷范围。新网络防雷设备:智能建筑网络超大规模集成电路的电子设备，其本身容易在高电压、大电流的情况下烧毁。所以以往的避雷针，照明保护和电源防雷不再是最优的，不再满足需求。闪电产生一个强大的电场，它会导致这个地区的电势远远大于其他领域，作为电的良导体导致线的电势不再相等，容易形成感应雷电和雷电干扰。接下来,我们分析各种智能建筑接地措施。闪电接地为了把雷电流迅速引入大地以防止雷危害大地，智能建筑有大量的电子设备和布线系统,如通信自动化系统、火灾报警及消防联动系统,楼宇自动化系统、安全监控系统、办公自动化系统、闭路电视系统,以及相应的布线系统。建筑
13、物建成时,建筑层屋顶,地板,墙壁,天花板覆盖几乎所有类型的布线。电子设备和布线系统通常属于电压水平较低, 防篡改要求高, 最害怕被雷击的部分。雷击是否爆炸都将导致电子设备受到不同程度的损伤或严重的干扰。因此,智能建筑防雷接地设计必须严格的和可靠的，所有特性的智能建筑防雷接地系统必须建立,并建立严格和完整的结构。各种类型的防雷接地装置,接地电阻,频率一般应该基于雷电反击条件来确定。防雷设备可以使用电气设备接地共享一个通用接地网格,接地电阻应满足其最低要求。交换在某种程度上,电力系统直接或通过特殊设备(如阻抗、电阻等)与地作金属连接,称为工作接地。接地工作主要指的是指变压器中性点或中性线(N 线)
14、接地。N 线必须绝缘铜线。这有助于电位分布终端,以及通常在机柜内的其他电势的终端。需要注意的是,不能暴露终端;不与其他接地系统工作,如直流接地、屏蔽接地,然后夹杂着防静电接地混合工作;不用 PE 电缆。在高压系统中，使用中性点接地继电器接地实现精确的动作以消除单相电弧接地的过电压。中性点接地，6可防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对低电压系统可以方便使用单相电源有重要意义。接地安全关于建筑的电力设备和金属结构附近的设备,允许连同 PE 线连接,但禁止PE 线和 N 线连接。在智能建筑中，需要安全保护的接地装置是非常多的，有很强的电气设备，电子设备，以及一些不带电的导电设备和部件，必须采
15、取安全措施，以保护接地。当不需要这样做接地安全的电气设备的绝缘损坏的时候，其外壳也可能带电。如果人体接触电气设备或外壳造成的电气损伤可能是危及生命的。如果装有接地装置，损坏电气设备的绝缘，因此当外壳带电时候,接地短路电流也会遵循人体接地并且在人体内流经两个通路,Id = Id +IR,我们知道,在并联电路中,电流与每个滑动阻力的大小成反比。其中: Id -接地回路中的电流值Id-接地电流的分流IR -电流流经人体rR -人体的电阻rd -接地装置的接地电阻可以从上面的方程看出,接地电阻越小,流经人体的电流越小，当接地电阻非常小,流经人体的电流几乎是零。此时 IdId。事实上,由于接地电阻很小,
16、压力损失产生的接地短路电流非常小,所以设备外壳接地电压不高。人站起来触摸设备外壳,承受的电压很低,不会面临风险。保护接地装置的安装和降低接地电阻,不仅是保护智能建筑的电气系统安全有效运行的有效措施,也是保护非智能建筑和个人设备安全的必要手段。直流接地一个智能建筑包含了大量的计算机、通信设备和楼宇自动化设备。这些电子设备通过一系列微电流的电位快速输入信息、传输信息、能量转换、放大信号,逻辑,输出,并且设备经常通过互联网工作。因此,为了使其精度高,稳定性好,除了需要一个稳定的电力供应,也必须有一个稳定的参考电位。可以使用一个较大截面的绝缘铜线,一端直接连接参考电位,另一端的电子设备直流接地。导线不
17、7应与 PE 线连接，也严格禁止和 N 线连接。保护接地和防静电接地在智能建筑中,电磁兼容性设计是非常重要的,为了避免设备功能的使用障碍,防止设备损坏,构成的设备布线系统应该能够防止内部自我传动和外部干扰。这些干扰或是因为导线之间的耦合,或是由于电容影响感应效果。高电压、大功率电磁辐射的主要来源是自然雷电和静电放电。这些现象将会用来发送或接收设备产生的传输频率干扰。因此,对于这些设备和布线必须从不同的地区对干扰采取防护措施。屏蔽接地是防止电磁干扰的最佳方法。设备外壳与 PE 线是可以连接的;线屏蔽接地要求是保护管道的两端与 PE 线可靠连接;房间屏蔽与 PE 线也应该更可靠的连接。防静电干扰也
18、很重要。在清洁、干燥的房间,人的走动,移动设备,每一个都将产生大量的静态摩擦。例如,在 10%-20%相对湿度环境的人类行走可以积累静电电压 35000 伏,没有一个良好的接地系统会导致电子设备受到干扰。将静态对象和大地构成电路接地的方式称为防静电接地。防静电接地要求干燥环境,所有设备外壳和内部(包括地板)设施必须可靠和 PE 线多点连接。智能建筑接地装置的接地电阻尽可能小,独立的防雷接地电阻应小于或等于10;独立安全保护接地电阻应小于或等于 4;独立交流接地电阻应小于或等于 4;独立工作的直流接地电阻应小于或等于 4;一般要求防静电接地电阻小于或等于 100。智能建筑接地系统应采取 TN-S
19、 系统,根据规范应采取整体共同接地装置,即统一的接地。统一的接地电位参考点,多种功能导线分别接地线,使用总等电位和辅助等电位的方法形成一个完整统一的接地系统。在正常情况下,一个统一的接地系统可以利用建筑桩加固,并使用 40 * 4(mm)镀锌扁钢融合,作为自然接地。根据规范,系统的防雷接地系统接地电阻应小于等于 1。主要是通过增加人工接地电阻，或使用化学还原方法,使接地电阻小于等于 1。在智能建筑中,因为所涉及的系统受一个计算机的管理或使用电脑作为工作工具,所以它的接地系统应该采用单点接地或其他接地的措施。单点接地是指保护接地、工作接地,直流接地装置分开,每个作为一个独立的系统。可以从机柜通向
20、三个相互绝缘地面终端，然后引导到一个铜排等位共同点。三种地面不允许联合起来，然后接到总8等电位导线铜排上。在实践中，这是一种混合地面，这种访问方法既不安全又会遭受干扰，目前的规范是不允许的。结论智能建筑雷电干扰繁多，破坏性大。放电、均衡、接地、屏蔽、等电位连接系统集成整体防护措施, 这样当智能建筑和信息系统受到危害的时候可以极大地减少闪电带来的不良影响。随着智能技术的逐步发展和智能建筑在我国的不断扩张，我国的智能建筑防雷技术也将不断提高。【参考文献】1周志民,周继海 季爱华编辑。电子信息系统防雷接地技术。北京:人民邮电出版社，2004 年2黄亦武编辑。智能建筑防雷设计。电气和智能建筑，2005 年3程蹈海。智能建筑的防雷保护。能源和环境问题， 2004 年4谢文龙、刘作军。基于电磁兼容性智能建筑防雷设计。天津理工大学学报,2002 年5智能建筑设计标准, 中华人民共和国国家质量技术监督局、建设部联合发布6建筑物防雷设计规范、中华人民共和国国家质量技术监督局、建设部联合发布
