关于智能建筑中防雷设计的讨论

关于智能建筑中防雷设计的讨论摘要：本文扼要说明了传统防雷局限性以及智能建筑对防雷的要求，根据IEC的标准，论述在智能建筑中应采取相应的防雷措施，防止雷电的侵害。关键字：智能建筑直击雷感应雷击避雷针防雷保护区一、前言在智能建筑中，系系统内的电子子设备的数量量和规模不断断扩大，大量量采用计算机机技术，而电电子计算机、微微处理器以及及其他电子仪仪器设备普遍遍存在着绝缘缘强度低，过过电压耐受能能力差的弱点点，当其受到到电磁脉冲，特特别是闪电电电磁脉冲的袭袭击，使得这这些高灵敏的的电子系统在在运行时，出出现程序运行行错误；数据据错误；时间间错误；死机机；无故重新新启动甚至造造成用电设备备的永久性损损坏，给各行行各业以及人人们日常生活活造成巨大损损失。1992年，北北京气象局16层气象中心心大楼遭受雷雷击，楼内计计算机、电子子设备受损，损损失达数十万万元，中断通通讯24小时；1994年和1995年深圳蛇口口电信公司两两次遭受雷击击破坏,使得深圳蛇蛇口地区电话话系统分别瘫瘫痪六小时和和八小时，经经济损失巨大大；1996年深圳市气气象台受雷击击破坏,涉及破坏范范围包括程控控交换系统、电电脑网络系统统、闭路电视视监控系统、CT机等；1996年4月20日，深圳市收容容站价值一百百多万元的电电脑网络系统统、闭路电视视监控系统、CATV系统因遭受受雷击而瘫痪痪；同年深圳圳中信公司证证卷公司也遭遭受雷击，使使得电脑网络络卡、调制解解调器受到破破坏。电子元元件的损坏不不仅使系统的的瘫痪，造成成损失，而且且在修复及重重新整理数据据上的费用也也是巨大的。据据统计，仅深深圳市在1996年因瞬态电电涌而造成的的经济损失就就高达6千多万元。为此，在智能建建筑中，特别别是对计算机机和精密的电电子设备，对对雷电如何采采取有效的防防护措施，保保障其安全，已已受到普遍关关注。二、雷电对智能能建筑的危害害雷电现象是指雷雷云之间或雷雷云与地之间间迅猛放电的的过程，在该该过程中，不不仅会产生强强大的雷电流流（可达数十十至数百千安安），并且会会伴随有强烈烈的闪光和巨巨大的声响。雷雷电主要分为为直击雷击和和感应雷击。1.直击雷击是是指雷云之间间或雷云与地地之间与建筑筑物的某一点点放电。其主主要危害有：：(1)

强大大的雷电流通通过被击物体体时产生热效效应，这种热热效应所产生生巨大的热量量会使被击物物体温度突升升，甚至引起起火灾。(2)

达数数十甚至数百百千安雷电流流通道，会使使空气急剧膨膨胀，并以超超生速向四周周扩散，其外外围附近的冷冷空气被强烈烈压缩，形成成“激波”，它会破坏坏其附近的建建筑物、人员员、树木等。(3)

雷电电流通过导体体产生的雷电电电磁场，产产生电动力效效应，会使处处在其中的导导体受力变形形甚至折断。2.感应雷击击是指雷电通通过静电感应应或电磁感应应对被击物体体的损坏。雷雷电流有50℅是直接流入入大地，还有有50℅是流入各电电气道（如电电源线、信号号线和金属管管道等）。当当雷闪放电发发生或雷击输输电线路时，强强大的雷电流流会产生强大大的电磁场。它它通过直接或或电容耦合方方式在输电线线路上形成暂暂态过电压以以流动波形式式沿线路传播播，一般在以以雷击中心1.5－2km范围内都可可能产生危险险过电压,损坏电路上上的设备。据据统计：在整整个瞬变脉冲冲事故中雷击击产生过电压压约占20℅左右。感应应雷击其主要要危害有：(1)

在雷雷云出现后，雷雷云下的建筑筑物由于静电电感应作用而而带上大量相相反电荷，雷雷击过后，雷雷云所带的电电荷与地很快快中和，而地地上某些局部部上的感应电电荷，由于与与大地间电阻阻较大，而且且不能在同样样短的时间内内相互消失，形形成了局部地地区高的感应应电压，该电电压达数十千千伏至数百千千伏，这样高高的的电压可可使接地不良良的电气系统统遭受破坏。根根据《建筑物物防雷设计规规范GB500057-994》中的公式式，防雷装置置地上高度hx处的电位：：式中UR雷电电流流过防雷雷装置时接地地装置上的电电阻电压降（kV）；UL雷电流流过过防雷装置时时引下线的电电感电压降（kV）；I

雷电流幅幅值；二类防防雷建筑取100kA；RI冲击接地地电阻，对于于采用共用接接地极的建筑筑，一般取其其等于1(Ω)；L0

引下下线的单位长长度电感，取取其等于1.5μH/m；di/dt雷雷电流徒度（kA/μs）。对于一个30mm高的二类建建筑，经计算算：由此可见，仅接接地装置上的的电位升高100kkV，30m高度的电位位就达775kkV，也正是由由于高电位引引入、反击、感感应、耦合等等二次效应，对对电气设备及及人员危害极极大。(2)雷电产产生电磁感应应的破坏。由由于雷电有极极大的峰值和和徒度，在其其周围形成强强大的变化的的电磁场，处处在变化电磁磁场中的导体体会感应出较较大的电压，该该电压由导线线可传至较远远电气设备。根根据美国A/D报告研究表表明：当电磁磁感应强度B为0.03GGS时，计算机机会产生误动动作，当B为2.4GS时，计算机机芯片会产生生永久性损坏坏。式中

B电磁磁感应强度（GS）；I雷电流幅值值

（kA）；r雷击半径((m)；P发生雷击电电流I值的概率。故可以算出：电电子设备误动动作概率为：：

P=993.6℅,电子设备产生永永久性损坏概概率为：P=60℅。(4)

雷电电产生地电位位反击的破坏坏。智能建筑筑内计算机及及微电子设备备均要求有“干净”的地，如果果在建筑不同同接地系统被被泄入雷电流流时，引起电电位不均，高高电位的地会会反击地电位位的地，导致致电气设备损损坏。三、防雷保护区区域的划分针对信息系统的的防雷特殊性性，作为防雷雷标准IEC-11024-11标准的补充充，1995年IEC出版了1312--1标准。对防防雷保护区域域进行了划分分，一个欲保保护的区域，从从电磁兼容(EMC)的观点来看看，由外到内内可分为几级级保护区，（图1所示）最外层是LPZ0区—雷闪电磁场原区。在该区域内雷闪电磁场未产生衰减。雷闪电磁场按大气状态下自然分布。在该区域又分为LPZOA和LPZOB两个区域。图1

建筑筑物防雷区域域（LPZ）的划分LPZOA区是是直接雷击区区域，在该区区域内各物体体都可能受到到直接雷击，产产生全雷电流流，雷闪电磁磁场未产生衰衰减，从防雷雷保护角度看看，该区域属属于保护以外外区域。LPZOB区是是不受直接雷雷击区域，在在该区域内各各物体不可能能受到直接雷雷击，但雷闪闪电磁场未产产生衰减，该该区域受防雷雷装置保护。LPZ1区是不不受直接雷击击区域，在该该区域内各物物体不可能受受到直接雷击击，在该区域域内，所有导导体上的雷电电流比LPZOB区减少，其其减少程度取取决于屏蔽措措施和等电位位联结做法。如果需要进一步步减少雷电流流和雷闪电磁磁场，应按需需要保护系统统的要求，选选择后续防雷雷区域（LPZ2、3、4……）。四、智能建筑中中的防雷措施施防雷工程通常分分为直击雷和和感应雷两部部分。直击雷雷防御系统是是捕捉雷电闪闪击保护建筑筑物及设备。感感应雷防御系系统是为了降降低雷击时的的冲击电位差差和电磁脉冲冲。传统的防防雷技术一般般是在建筑物物屋面装设接接闪器，由接接闪器和引下下线将雷电流流导入接地极极，流向大地地，并在电网网中加装避雷雷器等防雷措措施，采用这这些措施，虽虽然可以有效效防止直击雷雷和消弱电压压波的强度，减减少雷击的破破坏程度，但但这些措施并并不能完全消消除电网中的的又雷击引起起的暂态过电电压，感应雷雷电脉冲一般般都在千伏以以上，普通的的电气设备一一般可允许闪闪电脉冲电压压6000VV,但对于计算算机设备，其其信号电压很很低，一般只只有100V左右，最小小仅有10V左右，当其其闪电脉冲电电压为在几十十伏或到几百百伏就会见计计算机损坏。IEC标准根据雷雷电日雷电日日将地区雷电电级别分为3级。（1）Q1级级：此级别雷雷电日不超过过25天，可不设设置雷电过电电压保护。（2）AQ22级：此级别别雷电日超过过25天，应考虑虑是否设置架架空线路引入入的感应雷电电过电压保护护。（3）AQ33级：同上，但但还应考虑架架空线路引入入的直接雷击击的过电压保保护。1．

对电源源系统和信息息系统分级保保护一般电子设备的的电源系统分分级保护参见见图2所示，为了了有效防止暂暂态过电压的的灾害，IEC6664-1中提出，对对电源系统分分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级防护，将将过电压数值值降低到设备备可以承受的的水平。表1给出了IEC6664-1瞬变过电压压水平等级的的划分。

IEC6644-1瞬变过电压压水平等级的的划分表1供电系统标准电电压（V）由标称电压派生生的交流或直直流相电压（V）额定脉冲电压（V）三相单相过电压等级分类类ⅠⅡⅢⅣ

503305008001500

10050080015002500

120～2400150800150025004000230/4000277/4800

3001500250040006000400/6900

60025004000600080001000

100040006000800012000图2电子设备备的电源系统统分级保护雷电及其它瞬态态浪涌冲击现现象，对精密密电子设备和和计算机设备备（包括UPS电源），造造成很大的危危害。采用电电源过电压保保护器可以利利用快速响应应模块，通过过其优良的非非线性伏安特特性，来实现现抑制暂态过过电压的。在在正常工作时时，模块呈高高阻抗特性，泄泄漏电流很低低，不影响正正常工作。当当出现暂态过过电压时，模模块呈低阻抗抗特性，使暂暂态过电流迅迅速泄放，抑抑制暂态过电电压，维持电电压稳定。信息系统保护分分粗保护和精精细保护。粗粗保护量级系系根据所从属属的保护区的的级别确定，精精细保护则需需要根据电子子设备的敏感感度来选择。退退耦元件应能能无损坏地承承受电压降和和不影响数据据的正常传输输。信息系统统采用的保护护器主要是过过电压限制器器，其系统保保护分级原理理如图3所示。图3信息系统统的分级保护护高频信号保护器器主要防止天天线的雷击和和感应雷击，因因为天线受雷雷击或雷电感感应时，天线线对偶极子上上都将形成对对地的暂态过过电压，天馈馈线上两极导导线上的暂态态过电压是对对共同地的，即即形成共模暂暂态电压。高高频信号保护护器其内部采采用特制的电电感线圈，线线圈两头并接接于馈线上，中中心抽头接地地。在正常工工作时，由于于信号频率高高，并接在信信号线两端电电感线圈呈高高阻抗，不影影响正常工作作。当出现暂暂态过电压时时，形成的暂暂态过电流经经电感线圈两两端到电感中中心入地，线线圈两半处于于并联工作状状态。由于暂暂态过电流流流过两半线圈圈时，在两半半线圈中产生生的磁通量相相互抵消，暂暂态过电流对对地呈低阻抗抗，从而有效效地限制信号号线对地的共共模暂态电压压幅值。高频频信号保护器器主用于防护护雷击或雷电电感应引起的的天馈线对地地的共模暂态态电压幅值，从从而保护通信信设备免受暂暂态过电压侵侵害。2．采用等电位位联接防止雷电的侵害害的一项关键键措施，即采采用等电位联联接。等电位位联结的目的的在于减小需需要防雷的空空间内，各种种金属部件和和各种系统之之间的电位差差，而实施的的导体联结。电电源线、信号号线、金属管管道等都要通通过过压保护护器进行等电电位联接。总总等电位联接接（如图3所示），就就是将所有进进出保护范围围的金属管道道（包括水管管、供热管道道等）以及所所有电源线和和所有信号线线（包括载流流导体），当当闪电电流流流经这些导体体时，等电位位联接可以用用来安全地承承载涌流。图3总等电位联联接示意图3．加强传统防防雷装置（1）传统避避雷针在引雷雷后会引发地地电位反击和和二次雷击效效应。为了减减少雷电流精精度徒度和电电磁辐射场，应应选用阻抗型型的避雷针和和接闪器等。或或者采用提前前放电式避雷雷针,如采用提前前放电式避雷雷针PULSAAR。它的主要要原理是将一一个高脉冲电电压系列加在在普通避雷针针尖端（大约约10000伏），来引引发自发电晕晕效果，形成成上行先导，从从而吸引雷电电流使其更准准确地通过避避雷针形成的的泄放通道泄泄放雷电流。由由于提前放电电式避雷针在在雷电泄放前前提前放电，形形成上行先导导，所以，它它将传统避雷雷针的被动吸吸引雷电流变变为主动吸引引雷电流。也也就克服了传传统避雷针的的缺陷，相当当于加长了传传统避雷针的的高度，自然然在同等高度度下也就加大大了避雷针的的保护角，使使其提供的保保护范