浅谈建筑物内电子电气设备的防雷设计

摘要：雷电发生时除了人们可以感觉得到声光，还会伴有巨大的电压及电流产生，其危害极其严重：击穿设备使电路短路造成火灾，或者毁坏建筑物，击穿人体造成人员伤亡等等，尤其是雷电对于电气设备的危害最为严重而且易发。本文主要分析了雷电的危害性、建筑物内电子电气设备受雷击的成因和建筑物内电子电气设备防雷设计应用。

关键词：建筑物；内部；电子电气设备；防雷

中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：

随着现代社会的发展、经济和城市人口的增长，建筑的高层化和智能化已成为城市发展的一种趋势，高层建筑比一般建筑遭雷击的概率要大得多，由于内部各种电气设备的使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技术的普及，建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备，我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生，所造成的损失非常巨大。

由于雷电电磁冲击使内部系统失效或工作正常而带来危险。只有电气及电子设备的雷电防护工作才与电磁兼容挂钩。所谓电磁兼容就是设备或系统在其电磁环境中能正常工作并且不对该环境中任何事物构成不能承受的骚扰的能力。电磁场波及面广泛并且难以检测控制，其造成的对建筑物、对人体的伤害后果的严重性和不可预知性可想而知。因此，各个建筑单位在建筑房屋时十分注意电气设备电路防雷工程的落实。

1 雷电的危害性

1.1雷电的形成

雷电是一种大气放电现象，产生于积雨云中。积雨云形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷，它们对大地的静电感应，使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气，开始游离放电，即“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时，便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流，并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。

1.2 雷电的危害形式

雷电的危害形式主要包括直击雷、球形雷、雷电感应、雷电侵入波等。

1.2.1直击雷：一般是指闪电直接在建筑物、其他物体、大地或防雷装置，并产生电效应、热效应和机械力。可在瞬间击伤击毙人畜，也可以击中电子电气设备造成损害。

1.2.2球形雷：球形雷是一种球形，发红光或极亮白光的火球。能从门、窗、烟囱等通道侵入室内，极其危险。

1.2.3雷电感应：闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花，从而损坏电子电气设备等。

1.2.4雷电侵入波：由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

2 建筑物内电子电气设备受雷击的成因

直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电子电气设备的两种主要形式。直击雷是雷电直接击中线路，在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流，它的峰值有几十千安培，甚至几百千安培，并经过电子电气设备入地的雷击过电流；当雷电产生时，会产生静电感应和电磁感应，又叫感应雷或者二次雷，感应雷产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流对电子电气设备的毁坏。

根据统计，电子电气设备遭受雷击，有70％～80％以上是由于感应雷击，沿电源线路入侵感应雷电波所造成的，因此电源线路的防雷应是防雷的重点。

感应雷产生的过电压、过电流主要有以下三个途径。

（1）由供电线路入侵

高压电力线路遭直击雷袭击后，经过变压器耦合到各低压0．38kV／0．22kV 线路后传送到建筑物内各低压电气设备；另外低压线路也可能被直击雷击中或由于附近雷闪感应出过电压。据测，低压线路上感应的雷电过电压平均可达10kV， 完全可以击坏各种电气设备，尤其是电子信息设备。

（2）由建筑物内信息线路入侵

可分为三种情况：①当地面突出物遭受直击雷时，强雷电压将邻近土壤击穿， 雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路；②雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的电气设备，通过设备连线侵入通信线路，这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围大；③若通过一条多芯电缆连接。

3建筑物内电子电气设备防雷设计应用

室内电气设各电路防雷的基本思路是：是使一切容易引发雷电进入或者导电性极强的材料，均直接或者间接地接地，具体地说，就是使室内各种金属柜外皮、金属屏等易导电外壳形成一个整体网络，这个整体与室外的整体也就是接地网形成一个大的接地网，从而起到防雷作用。

现代建筑物内设备的防雷措施必须综合考虑。在制作设备防雷设计时要同建筑自身的防雷全面结合起来。从接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果、合理布线等六方面因素来考虑，同时还要根据设备本身的特点及重要性来考虑。设备防雷的目的是防止一切雷电过压、过流波侵入设备。所以设备防雷应该以截断雷电通路为主，并配备过压、过流保护。

3.1等位屏蔽

现代建筑大多采用钢筋混凝土结构或钢结构，因此从顶板到梁、柱、墙板以至地下基础都有相当数量的钢筋。可以相互连接这些钢筋，使整个建筑物内部的所有金属物体构成统一的电气导通系统。同时使整个建筑物内的各种金属机械设备，电气设备和金属管线路，包括水管、冷热管道、煤气管、电气管路及变压器中性点等都要连成统一的电气导通系统，并使其成为共用接地的均压接地网。这样就构成了现代建筑物暗装笼式避雷网。对雷电来说，它具有等位屏蔽作用。雷击建筑物时，由于构成了等电位面，建筑物的整体电位抬高，但建筑物内的总电场仍趋于零。因此对建筑物采用等位屏蔽措施，不仅可以使设备免受直击雷引起的感应雷击和雷电反击，而且能有效地防止球雷和侧击雷对建筑和设备的破坏。

3.2采用避雷器

通过避雷器疏导的方法可将侵入或感应到设备的天馈、信号、电源等各种线路上的雷电过压、过流波就近疏导至大地，防止这些雷电过压、过流波侵入到设备，使设备损坏。采用等位避雷器能将感应到各种信号传输线上的不同雷电过压只通过避雷器而不通过设备，实现隔离，消除线路内部雷电涡流，避免设备受损。采用隔离避雷器主要用来隔离“不同地”的设备间相连接的电源线、信号线，也可以用来隔离设备与入地系统，以防雷电反击。

3.3隔离

可以通过隔离变压器来隔离从高压输电线侵入设备的雷电波。也可以通过采用金属壳体屏蔽的措施使某些电力变压器，计算机、程控交换机等电气、电子设备与雷电波隔离。

3.4电源线路防雷

电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照GB 50057-94建筑物防雷设计规范(2000年版)和GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范，应采取分级保护、逐级泄流的原则。在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的首级电源避雷器。在重要楼层或重要设备电源的进线处加装次级或末级电源避雷器。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过首级电源避雷器，然后再经过次级或末级电源避雷器，首级电源避雷器和次级电源避雷器之间的距离要大于5 m，如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免次级或末级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。

3.5信号线路防雷

目前大部分通信设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降，通信设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多，其后果是可能造成整个通信系统的运行中断，消防系统失灵等，因此必须在网络通信口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。

参考文献：

[1]共和国住房和城乡建设部.GB 50057-94 建筑物防雷设计规范[S].北京：计划出版社，2010.

[2]瞿义勇.民用建筑电气设计规范[M].北京：机械工业出版社，2010.