基于智能建筑的雷电防护设计分析

[摘 要]雷电对高层建筑物的危害很大，只有通过对其进行综合防雷设计，才可能将雷电灾害降低到最低程度。本文首先分析了雷电灾害对智能建筑的危害，进而就智能建筑的雷电防护形式以及雷电防护设计进行了论述。

[关键词]智能建筑；雷电危害；防护设计

中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0024-01

一、 雷电对智能建筑的危害

1.直击雷击是指雷云之间或雷云与地之间与建筑物的某一点放电。其主要危害有：

（1）强大的雷电流通过被击物体时产生热效应，这种热效应所产生巨大的热量会使被击物体温度突升，甚至引起火灾。

（2）达数十甚至数百千安雷电流通道，会使空气急剧膨胀，并以超生速向四周扩散，其附近的冷空气被强烈压缩，形成“激波”，它会破坏其附近的建筑物、人员、树木等。

（3）雷电流通过导体产生的雷电电磁场，产生电动力效应，会使处在其中的导体受力变形甚至折断。

2.感应雷击是指雷电通过静电感应或电磁感应对被击物体的损坏。据统计：在整个瞬变脉冲事故中雷击产生过电压约占20？左右。感应雷击其主要危害有：

（1）在雷云出现后，雷云下的建筑物由于静电感应作用而带上大量相反电荷，雷击过后，雷云所带的电荷与地很快中和，而地上某些局部上的感应电荷，由于与大地间电阻较大，而且不能在同样短的时间内相互消失，形成了局部地区高的感应电压，该电压达数十千伏至数百千伏，这样高的的电压可使接地不良的电气系统遭受破坏。根据《建筑物防雷设计规范 GB50057-2010》中的公式，防雷装置地上高度hx处的电位，可以看出，仅接地装置上的电位升高100 kV，30m高度的电位就达775 kV，也正是由于高电位引入、反击、感应、耦合等二次效应，对电气设备及人员危害极大。

（2）雷电产生电磁感应的破坏。由于雷电有极大的峰值和徒度，在其周围形成强大的变化的电磁场，处在变化电磁场中的导体会感应出较大的电压，该电压由导线可传至较远电气设备。根据报告研究表明：当电磁感应强度B为0.03GS时，计算机会产生误动作，当B为2.4GS时，计算机芯片会产生永久性损坏。

（3）雷电产生地电位反击的破坏。智能建筑内计算机及微电子设备均要求有“干净”的地，如果在建筑不同接地系统被泄入雷电流时，引起电位不均，高电位的地会反击地电位的地，导致电气设备损坏。

二、 雷电易发生场所分析

一般来说，雷击容易发生在土壤电阻率较小和土壤电阻率变化明显的地方。有金属矿床的地区、河床、地下水出口处、山坡与稻田接壤处、山坡和山脚下、河边、湖边、海边、低洼地区和地下水位高的地方，都是容易遭受雷击的地方。一些孤立的铁塔、烟囱等高大建（构）筑物以及高大的树木，也容易遭受雷击。具体主要包括：

1.高耸突出的建筑物，如水塔、电视塔、高耸的广告牌等；

2.内部有大量金属设备的房屋，比如金属加工车间、计算机房；

3.孤立、突出在旷野的建筑物以及自然界中的树木，比如风力发电机组、通讯基站；

4.架空输电线路、电视机天线和屋顶上的各种金属突出物，如电力线路、旗杆等；

5.建筑物屋面突出部位和物体，如烟囱、管道、太阳能热水器，还有屋脊和檐角等。

三、 建筑物雷电防护的形式

建筑物防雷装置由直击雷、侧击雷和感应雷三大防护部分组成。

1.直击雷：雷电击中建筑物的天面部分；雷云和地面凸出物间的电场强度达到空气的击穿强度时，产生的放电现象称为直击雷；

2.侧击雷：雷击的一种，建筑防雷有直面雷击（就是直接打在楼顶的）侧雷击就是从侧面打来的，因为一般建筑比较高，顶避雷带并不能完全保护住楼体，所以侧面击雷就需要加设保护。

3.感应雷：也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电感应雷和电磁感应雷。

（1）静电感应雷：是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的。它将产生很高的电位。

（2）电磁感应雷：是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。

四、 智能建筑雷电防护设计分析

1. 雷电防护设计方法

（1）外部防雷措施。建筑物本身的防雷，按照国家标准GB50057-2010（建筑物防雷设计规范）的要求，该业务技术大楼为第几类防雷建筑物，防护10/350μs直击雷首次雷电流为150KA。所以，必须建设防雷设施，设计由避雷网（带）、避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与屋面板钢筋等应构成一个整体，形成了一个稀疏的法拉第笼。天线的防雷，主要通过可靠接地、安装直击雷防护装置。

（2）内部防雷。①接地系统：建筑物内电子设备的信号接地、逻辑接地、功率接地、屏蔽接地和保护接地一般合用一个接地系统，与主筋相连，采用埋地铠装电缆，金属管接地。电缆屏蔽层必须接地。为了避免产生干扰电流，信号电缆和1MHz及以下的低频电缆应按一点接地。对于1MHz以上的电缆，为了保证屏蔽层为地电位，应采用多点接地方式。接地电阻值的确定，首先要考虑的是防雷防静电接地对接地冲击电阻的要求，同时要考虑大楼内各种设备的稳定运行，避免接入接地系统的设备受外界干扰，防止对电气参数敏感的设备出现性能上的不稳定，综合各种因素决定接地电阻值≤1欧姆。②等电位连接系统：就建筑物而言，这时可以以地梁或环型基础主钢筋作为总等电位连接带（设引出端子）。按照GB50057-2010的规定，当外来导电物在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位连接带，并应将其就近连到环型接地体、内部环型导体或此类钢筋上，对于埋地进入建筑物的外来导电物，实质上等同于以地梁或环型基础主钢筋作为总等电位连接带。

2. 综合布线系统

综合布线系统包括六个子系统：工作区子系统，水平子系统，管理区子系统，垂直主干线子系统，设备间子系统建筑群子系统。为现代智能建筑它是一个综合性很强的集合体。为了不至于线路间的相互干扰而影响正常工作，各种线路应保持相应的距离，在不能保证距离时，必须有分别的屏蔽措施。同时要注意电源线路及其它的外引通信线路，会在雷击发生时由引入的雷电电磁脉冲说做成的干扰。

3. 供配电系统的防雷

由于供电系统复杂，线路四通八达，极易遭雷击。供电系统的内、外部浪涌会对一些敏感的电子设备造成损坏，即使是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源部分或整个电子设备的破坏。现场的电源一般有监控中心的电源系统供给，因此供电线路较长，所以此段线路感应的雷电流可能会造成对前端设备监控中心的设备造成冲击，因此需要在监控中心的总供电输出端和现场设备的供电端安装电源SPD。

4. 弱电系统的防雷

计算机网络系统的防雷保护包括机房、机房内电源、信号线。由交流电源供电线路入侵，相线与零线之间、相线与地线之间、相线与相线之间、零线与地线之间产生雷电过电压，在220/380伏电源线上出现的雷电过电压平均可达数万伏，对计算机及网络系统可造成毁灭性（无可修复性）打击；由计算机其他线路入侵；地电位反击电压通过接地体入侵。通信机房的防雷对象主要有网络设备、通信设备、自动化设备、相关的电源等附属设备及其相互传输各类信号的线缆。程控交换系统：天馈系统主要是指收发信天线和连接天线与收发信机的传输线，一般均应由天线、馈线、天线塔等几个要素构成。天馈系统的防雷主要使天线处在避雷针的保护范围之内；选用合适的SPD使得天馈系统安全工作。

结语

综合所述，智能建筑的防雷击工程是一个系统工程，从事防雷设计、审核和防雷质量的工程技术人员必须加大政策法规宣传力度，遵章守法，按规范中建筑物防雷分类要求做好一切相应的防雷措施，重视各个环节的质量，构成一个完整的综合防护体系，才能收到预期的效果，最终使建筑物的防雷装置真正发挥出保护建筑物内人和设备安全的作用。