现代智能建筑防雷措施浅析_建筑物的防雷措施

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现代智能建筑防雷措施浅析

当今人类科学技术的发展已进入了高度信息化的发展阶段，它给人类带来了前所未有的方便和快捷，在建筑领域表现的最为突出的是近年来大量兴建的智能楼宇。尤其是电子技术的飞速发展，各种先进的测量、控制、电信和计算机等电子产品正日益广泛的应用于其中，特别是计算机技术与通讯技术的发展相互结合，电子器件的集成化和超大规模集成化及新型网络通信技术的发展都为信息时代的发展起到了极大的推动和促进作用；但另一方面，这些微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭受雷击、浪涌过电压的冲击，轻则造成这些电子系统的运行中断，设备永久性损坏，重则造成其它相关系统的中断瘫痪，酿成不可估量的直接与间接的巨大经济损失和深远影响，对于金融、证券、医疗、保险、航空、航天、国防等国家重要机关尤其是这样，而且雷击侵害的程度已经越来越严重，发生的次数也越来越频繁。为此，我认为对雷电的防护，不但是必要的，而且是必须实施的。1 设计指导思想

系统防雷保护的应用涉及很多行业，系统防雷重点描述的是“计算机信息系统”的雷电防护设计原则。雷电防护设计是一项系统工程，那么从系统论的角度上讲，系统结构愈合理，系统的各个部分（要素）之间才可以有机结合，相互之间的作用就愈协调，从而使整个系统在总体上达到最佳的运行状态。在系统防雷保护设计工作中，我们认为防雷设计工作主要的目的是将防雷设计工作与计算机信息系统的客观实际条件进行有机的结合，通过合理配置，使之溶为一体，确保系统的稳定工作，从而发挥出系统防护工作的最佳效果。2．系统防雷技术理念

直接雷击：雷电直接打在各种电力线数据线上，由此直接将雷电高压引入机房，直接破坏设备。雷电流波形为10/350us。由于直击雷脉宽较宽，雷电流较大，所以破坏力巨大，属于相对毁灭性破坏。直接雷击的防护是IEC1312标准规定的重点防范对象。

根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》2000年版的国家标准规定；与国民经济有重要意义的智能大厦属于2类防护单位，应该执行直击雷（波型为10/350us）防护标准，建筑物内部的计算机系统设备也必须承受10/350us 75kA的雷电流的冲击（IEC1312标准规定）。所以，在考虑机房系统防护时，必须首先考虑机房内10/350us 75kA的直接雷击防护。3．具体的防护方法

3．1 电源系统的防雷与过电压保护

由于计算机信息系统中心机房的电力供给是由大楼的建筑物配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。因此，对于机房电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：

大楼机房低压配电柜系统安装一级间隙放电防雷保护；

计算机专用配电回路设计安装防雷配电柜采取三级防雷保护（安装于 UPS输入端）；

UPS电源输出端做一级过电压防雷保护；

终端设备电源输入端安装防雷箱进行末级电源防雷防护；见图-1

3．2 UPS电源系统的防雷保护

从机房目前的情况来分析，一般机房均采用大型 UPS不间断电源设备为机房内的部分负载提供安全可靠的供电运行方式，由于UPS是用于为机房内计算机信息系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量用电环境的唯一重要设备，并且是由市电供电输入机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的输入和输出端的保护上。

即防雷保护设计采取第一级火花间隙放电保护，在UPS电源输入端安装两级半导体过电压防雷保护，在三级雷击电流放电器间安装解耦器来协调各级间对雷电波或浪涌电压的有效吸收和释放。

在三级防雷保护中，第一级防护为粗保护，对直击雷进行防护，吸收约90%的大能量雷电流；第二级为中级保护，选用浪涌电压雷电放电器，即半导体放电器，对雷电流进一步吸收；第三级为细保护，同样采用浪涌电压放电器，将残余的雷电流基本吸收，通过地线泄入大地。

在第二级及第三级采用过电压保护器件，进行有效的吸收，在第二级将第一级变量解耦后的4000伏残压降至900伏，第三级将第二级变量解耦后的900伏残压限制在550伏以下，同时第三级还将起到吸收线路上的感性负载和容性负载的“通”“断”引起的浪涌电压及对相电压可能的误输入线电压的保护。3．3终端设备的电源防雷保护

计算机信息系统中心机房设备包括小型机、服务器、交换机、路由器等，为了确保设备万无一失，考虑从电源配电室至机房有一定距离，而感应雷害又无孔不入，同时因考虑到电网的浪涌可能带来对设备的冲击，我们在网络设备电源输入端安装电源防雷箱，实施对终端用电设备的精细防护。同样我们还将采用以上的防护原理对其它重要设备实施同样电源终端的防雷保护，以确保整个计算机信息系统核心部分的安全运行。3．4 通讯、网络系统的防雷与过电压保护

通讯系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路，主要线路包括电话线、专线、微波通信线（馈线），3．5 电话线及专线的保护

这两部分线路由户外传输线路直接引入机房，与传真机、调制解调器、路由器等设备相连。通常这两部分线路是最易将过电压引入室内击坏通信设备的，是机房通讯设备防护的重点，因此在与这些进线相连接的设备处，均需安装防雷器。

一般来讲，网络设备安装集中，MODEM、SWITCH、ROUTER、HUB等设备均安装于19″标准机柜中，由于剩余空间位置较小，我们推荐选用组合式防雷器件，即每10对线1组，可插拔模块结构，可大大节省安装位置，同时也便于安装与更换。3．6 局域网线路的保护

虽然局域网线路通常均布在室内，但由于设备接口耐压很低，加上线路的屏蔽、布线距离、布线方式等诸多因素的影响，感应雷击、浪涌过电压都可能通过网络线对设备连接端口造成破坏。考虑到网络带宽的现状及发展，防雷保安器的传输速率选用100M Bit/S，它可满足将来网络带宽不断升级的要求。3．7 卫星接收系统天馈线的防护

天馈线做为雷击电流的主通道，要特别注意防雷。应在馈线电缆进入机房时安装同轴天馈线保护器。对于卫星的N型粗缆接口应能截止频率3GHz功率700W,泄放电流20KA（8/20us）都可以安装在配线架上的主馈线与下跳线之间。3．8 接地系统

依据国家标准GB50174－93《电子计算机机房设计规范》规定，交流工作接地和安全保护接地，接地电阻均不应大于4W，根据IEC1024标准，机房交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置。

但是由于某些计算机设备的工作状态差异不同，接地系统的共地很难实现时，我们建议应该采用等电位理论，达到瞬间等电位方式和常态独立接地方式（即机房接地系统与其它交流地、安全保护地、防雷地进行软连接）。

目前大部分中心机房的市电供电系统采用三相四线制送入机房电源室，机房地线接地电阻应

均压等电位连接机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋之间，必须进行有效的连接，即全部采用共用接地系统，当雷电引起地电位高压反击时，整个大楼及机房呈现系统等电位，防雷系统呈现工作状态，保证网络系统的安全。

关于均压等电位带的实施，我们建议在机房的主机房、电源室、其他机房的地板下铺设均压等电位地线带，以25mm×3mm的紫铜带，在各室内分别形成网型（M型）结构的均压等电位带，且作好此带的绝缘支撑，最终以星形（S型）形式与机房的直流逻辑地线接通，另外机房UPS供电系统电源插座及信号地均在最近的距离内与均压等电位带直线相连，避免因设备间电势差而使设备损害。

4．总结

综上所述，我们可以借用IEC/TC-81的技术定义将系统防雷工作总结为：DBSE技术—即分流（Dividing）、均压（Bonding）、屏蔽（Shielding）、接地（Earthing）四项技术加之有效的防护设备的综合，如果从设计阶段开始体现这种综合系统的防护设计原则，必将起到事半功倍的理想防护效果，见图-3。

设计中应从建筑物结构本身、电源防护（以UPS为重点）、弱电各系统（网络通讯、楼控、安防等）的器件保护、接地系统几方面综合考虑。

参考文献：［1］温伯银.智能建筑设计技术.同济大学出版社，2002.12 ［2］梁华.建筑弱电工程设计手册.中国建筑工业出版社，1998.6 作者介绍：王顺巍生于1974.1男工程师

简历： 1993年~1996年就学于天津城市建设学院 建筑电气专业 1996年~至今工作于天津建工集团建筑设计有限公司从事电气设计