建筑物内部防雷设计探讨

摘要：建筑物内部防雷设计，是建筑电器设计的一个重要方面，本文根据建筑物内部弱电系统较多，楼层较高，防雷形势严峻的特点，探讨了采取系统防雷的方式，分为外部防雷、内部防雷、电子信息系统综合防雷的方式，分别设计，对小区进行全方位的防护。

关键词：建筑工程；电子电器；防雷；设计

随着经济社会的发展，高层建筑物拔地而起，但高层建筑遭受雷击毁坏设备的事故时有发生。因此，如何因地制宜、科学、合理地搞好防雷设计，将雷电造成的灾害降到最低程度尤其重要。

一、建筑物内部电子信息系统的综合防雷设计

通常来说，建筑内部的电子信息系统遭到直击雷的可能性几乎没有，只用考虑对感应雷的防范。感应雷是由雷电流产生强大的电磁场变化与导体感应出的过电压，感应雷入侵建筑内的信息系统及电子设备通常有如下途径：通过接地装置侵入；通过交流电的电源线路侵入；通过通信信号线侵入。通过这些途径，雷电电磁脉冲（LEMP）会对建筑内的计算机系统及电子设备遭到很大的损害。

1、雷电防护区的划分

防雷分区是根据雷电电磁脉冲的侵入特点，将建筑物从内到外划分为不同的防护区域（LPZ），这些若干个防护区采取循序渐进的方式利用不同的防雷装置达到系统防雷的目的。一是直击雷非防护区（LPZOA）：该区域内的所有物体都有可能遭到直击雷的击中，电磁场没有任何的衰减，属于完全可以不设防区域。二是直击雷防护区（LPZOB）：该区域内的物体遭到直接雷击的可能性较小，电磁场没有任何衰减。 三是第一防护区（LPZ1）：通过采取一定的防护措施，建筑导体中的雷电流应该有明显的减小，且电磁场也有了一定的衰减，物体遭到直接雷击的可能性几乎没有。 四是第二防护区（LPZ2）：各种措施的采取使得雷电流或者电磁场均有了更一步的衰减。五是后续防护区（LPZ3）：该区域需要更加一步衰减雷电电流和电磁场，用以保护第三度水平高的装置。

2、瞬间过电压的产生及危害

电子设备及弱电线路大多数布置在建筑内部，当建筑物遭到直接雷击或者周边区域发生落雷时，雷电放电会产生电磁脉冲以及暂态过电压，它们通过前面说的途径侵入建筑，这样建筑内的电子设备及弱电线路就会受到不同程度的损害。所谓的过电压就是指在尖峰冲击电压，其产生途径有两种：雷击和电气开关动作。普通的外部防雷装置能够使得建筑物本身免受雷击，但是雷击往往以感性方式親合到电源、信号线上。雷电流通过引下线导入大地的过程中，会发生很大的变化，这个变化率的作用能够在附近的电子设备产生感应脉冲电压。电子设备受到雷击感应的损坏可能性很大。瞬间过电压对电子设备的危害。建筑内瞬间过电压的产生能够使得电子设备信号或者数据的产生与存储受到严重干扰，严重的甚至丢失数据，雷电感应过电压是计算机类设备雷击事故的主要原因，雷电波通过电源线、信号线、控制线等分别能够破坏电源模板等设备。筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致设备严重损坏，甚至人身安全。

二、电子设备的具体防雷措施

1.均压。在雷击的时候，暂态雷电流通过一定的路径进行传播，同时所经过的路径上会发生暂态电位的升高，那么在该路径和周围的金属物体间就会形成一个暂态电位差。一旦暂态电位差超出了它们之间的耐受能力，就会形成击穿放电，使得金属物体上也带上高电位。通过这样的重复过程，更多的金属物体表面会产生高电位。通过上述的过程，过电压能够直接损害电于设备，也能产生电磁场干扰弱电线路及电于设备的正常工作。为了消除这种危害，要对建筑物内部的各种金属构件进行电气连接，让它们任何时候电位都相等，这样发生雷击时，就不会在它们之间形成电位差。跨接室内外的各种金属管道比如说水管、煤气管、信号和电源等的金属护套等都要进行有效的电气连接，通过这些措施，当雷电暂态过电压入侵到建筑物内时，使得弱电线路或电于设备的表面不会产生大的暂态电位差。

2、等电位连接与接地设计

均压措施的实现方式就是等电位连接，这种技术是目前防雷和电工的新技术。在建筑物内外的交界处，跨接室内外的金属物件及相关线路均应进行可靠的进行电气连接，这样可以防止感应过电压电磁干扰进行弱电系统。总等电位连接通常是在机房内沿墙敷设等电位铜带一周，采用的规格一般不低于30X3mm，支撑物为F8绝缘子；在机房的边角处设置一段等电位汇流排，将这段汇流排与主筋进行可靠焊接，形成一个等电位体。室内的各种设备外壳、金属桥架、PE线等可导电的物体就近和汇流排进行可靠连接，连接体一般利用6mm2规格的铜芯线。为了改善设备电磁环境，等电位连接要与总等电位端子板相连接，同时与防雷装置进行电气连接。

3.屏蔽

建筑内弱电系统采用了大量的半导体器件以及弱电线路，这些设备本身抗干扰能力十分脆弱，当发生雷电波侵入的时候，会在建筑物内部产生感应电磁场，危害电子设备的工作以及线路中的通信传播，应当采用相应的屏蔽措施用来减弱电磁脉冲带来的危害。屏蔽包括下面几个方面：

一是辐射屏蔽。发生雷击的时候，雷电暂态过电流而引起的暂态电磁脉冲变化率很大，使得在其附近的一些设备及线路受到干扰和损害。考虑到雷电所形成的最大电磁脉冲磁感应强度，计算机系统等弱电系统在雷击情况下遭到破坏的概率还是比较大的，釆取屏蔽措施能够很大的减小这种概率。应将设备的金属外壳进行良好接地，使其起到屏蔽作用。对于进入电子设备的电缆线路，可以利用压敏电阻等保护器件和仪器的屏蔽体进行可靠连接；而在屏蔽信号电缆的输入以及输出处，可以利用诸如二极管的元器件对设备和屏蔽体进行连接，以便在仪器的出入口处截住暂态过电压。

二是建筑物的自然屏蔽。现在的智能建筑，本身结构中包含了许多的金属构件，比如说金属屋面、结构钢筋、金属的门窗以及护栏等等，为了改善电磁环境，将这些金属构件进行可靠的电气连接，构成一个大致的屏蔽笼。当然这种屏蔽笼是格栅稀疏的，但是不能忽略了它的作用，这种屏蔽笼可以初步对电磁脉冲进行衰减，减轻了内部电阻设备屏蔽要求的压力。

三、电子设备的电源防雷保护

对于建筑物内部电子设备的电源保护来说，在任一处设置避雷装置都不能够满足防雷的要求，必须宏观考虑、系统地进行设计，例如木项目中的"一卡通"用电电源采取保护方案为：第一级设在变压器的低压侧，主要用来释放室外感应的过电压，动作电压较高（920一 1800V）。第二级设在电子设备终端与中心管理主机的中间传输线路上，主要作用是泄放上级传来的残压、建筑物内部因感应产生的过电压以及其它装置的操作过电压，动作电压一般为470 — 1800V。末级SPD （浪涌保护器）设在终端设备的前端，作用是释放前面两级的残压，可以达到钳位输出，响应时间快。各级SPD应尽量靠近被保护终端防止雷电波侵入而造成的全反射。

参考文献：

1、防雷接地与等电位探讨 黄声锦等 《气象与环境科学》 2009 第4期

2、建筑物防雷工程设计中存在的问题分析与对策 刘军 杨新 《中国科技信息》 2009 第10期

3、综合建筑物防雷设计探讨 黄志玲 《中外建筑》 2010 第8期