智能建筑物的综合防雷设计.doc

智能建筑物的综合防雷设计王 忠 杜传利 刘丹（四川大学通信工程系）成都，610065）摘要：本文针对智能建筑内微电子设备多这个特点，以中国银行湖南分行智能大厦为实例，设计了一套综合防雷的方案，其主要从直击雷保护、共用接地系统、屏蔽、等电位连接、合理布线、加装电涌保护器等方面考虑，重点考虑微电子设备雷电感应的防护措施，使智能建筑物的雷击损害降到最低程度关键词：智能建筑物、综合防雷设计The Comprehensive Design of the Lightning Protection for the Intellectualized BuildingWang Zhong Du Chuanli Liu Dan（Dept. of Communication Engineering, Sichuan University, Chengdu,610065）Abstract：To subduing the lightning damage of the intellectualized building to the minimum degree, based on the actual situation of the main system of the intellectualized building，the text provides a set of specific measure of the comprehensive lightning protection design for the China Bank Hunan branch intellectualized building. The main measures of the lighting protection is installing lighting protection device, screening, equipotential bonding, rational wiring, common earthing, installing corresponding surge protective at the line interface etc. the emphases is discuss the measure of the micro-electronic equipment’s induction lightning.Keyword：the intellectualized building; the comprehensive lightning protection designs1 引言近年来，随着社会经济和技术的飞速发展，智能建筑方兴未艾。

智能建筑物普遍称为3A建筑，即它集成了建筑设备自动化系统、办公自动化系统、通讯自动化系统，以及辅之于实施的结构化综合布线系统它是高功能、高效率、高舒适性的现代化建筑随着信息技术的迅速发展，智能建筑物的建设向自动化、信息化和节能化方向发展，微电子应用技术为代表的新技术已渗透到智能建筑的各个应用领域，并且不断增大建筑物内微电子设备繁多而且复杂，这些微电子设备通常属于耐过电压等级低，防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击遭受雷击时，一部分能量（约50%）通过建筑物外部防雷装置泄入大地，另一部分能量则通过雷电流感应或耦合在金属管线上进入建筑物内破坏设备，因此，智能建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题摆在我们面前2 智能建筑的雷电防护探讨智能建筑物的雷电保护，必须对雷电进行了解，分析雷电是通过哪些方式、途径、渠道危害智能建筑物2.1 雷击的危害1）直击雷危害直击雷造成的电效应、热效应和机械效应的破坏作用很大：² 电效应：雷云对大地放电时，雷电流通过具有电阻或电感的物体时，因雷电流的变化率大（几十微秒时间内变化几万或几十万安培），能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以使电力系统的设施烧毁、导致可燃易爆物品的爆炸和火灾，引起严重的触电事故。

² 热效应：很高的雷电流通过导体时，能使放电通道的温度高达数万度，在极短时间内将电能转换成大量的热能雷击点的发热能量巨大，可使金属熔化² 机械效应：雷电流作用于非导体上时，由于雷电的热效应，使被击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体受到严重破坏造成爆炸，机械效应对非金属油罐存在极大威胁直击雷可直接作用在构筑物上，也可通过架空线路、露天的金属管路等途径侵入另外，避雷装置接闪雷击时，在接闪器、引下线及接地体上都有可能产生很高的电压，可能对设备产生“反击”2）雷电感应及雷电电磁脉冲的危害 雷电感应及雷电电磁脉冲的危害是指雷电产生的静电感应和电磁感应对设备尤其是电子设备的危害：² 静电感应：雷云的静电感应是指带电的雷云接近地面时，对导体感应出与雷云符号相反的电荷，建筑物或设备顶部大量感应电荷不能迅速流入大地，从而产生很高的对地电压即静电感应电伏，能击穿数十厘米的空气间隙发生火花放电 ² 电磁感应：雷电发生时产生很大的雷击电流，又是在极短的时间内发生，在其周围空间里产生交变电磁场，不仅会使处在这一电磁场中的导体感应出较大的电动势，还会在附近的传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线等部位产生感应电流并侵入设备，使连接路中间或终端的设备遭到损害。

2.2 智能建筑物的防雷措施雷电防护包括针对建筑物的直击雷防护，以及针对建筑物内设备、人员的雷电波侵入防护和雷击电磁脉冲防护（简称为“弱电防护”）两大部分1）直击雷防护　　依据建筑物的高度、结构等采取直击雷防护措施，包括接闪装置（避雷针、带、网）、引下线和接地装置三大部分若建筑物已采取有效防护措施，则这部分可不予考虑或只进行适当的完善2）弱电防护　　雷击发生时，大约50%的雷电流将沿接闪--引下通路直接泄放入地，频率成分非常复杂的雷电流快速通过引下线时会感应出极强的电磁场，建筑物中的管线相对切割磁力线产生感应电流（即雷击电磁脉冲），间接导致设备损坏和人员伤亡；另一方面，至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，对人员和设备构成直接威胁因此，雷电波侵入与雷击电磁脉冲防护已成为现代防雷设计的重中之重其主要防护措施是：电涌保护器安装和等电位连接　　① 电源系统电涌保护器安装　　在供电线路上安装电涌保护器，目的是为了将线路上的电压限制在一个安全的水平通常，我们需要采取三级防护措施　　电源一级：将雷击产生的过电流通过此级电涌保护器瞬间泄放入地，并将瞬间过电压限制在2.5KV以下　　电源二级：对第一级电涌保护器泄放后的线路残压进一步抑制，使瞬间过电压限制在1.8KV以下，确保一般用电设备的安全。

　　电源三级：在重要设备（如服务器、交换机等）的前端安装带精细保护和噪声抑制电路的电涌保护器，将残压进一步限制在0.9KV以下，此外它还具有吸收非雷击导致的操作过电压的作用② 通信线路电涌保护器安装　　通信线路电涌保护器的选型和安装是防雷项目中最复杂、最容易出问题的环节不同于直击雷防护，即使没有雷电波侵入，仍可能由于设计失误或产品选择不当，导致保护无效、数据包丢失甚至通信中断因此，必须在详细了解相关设备的基础上，根据通信线路（DDN、ISDN、ADSL以及无线信道等）、通信接口（RS-232等）、供电方式（交、直流）、工作频率、带宽等要求，选择插入损耗小、响应速度快、频带宽、通流量大的电涌保护器　　③ 屏蔽、等电位连接、接地和综合布线　　等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与各系统之间的电位差根据相关标准，防雷保护地、防静电地、电气设备工作地等应共地使用机房门窗、设备外壳、等电位连接端子盒以及所有穿越防雷区界面的金属物和系统均应就近与等电位连接带（网）相连，确保机房内各接地线间的电位均衡，同时还可以及时泄放聚集在地板表面和设备外壳上的静电电荷　　综合布线的主要任务是将电源线、信号线分槽布置，减少线间交叉和冗余信息点。

电源线、信号线置于屏蔽槽内，屏蔽槽两端接地各线缆屏蔽层两端应同时接地，当系统要求单端接地时，须进行二次屏蔽处理3 设计方案3.1 防雷设计基本原则1）智能建筑物的防雷必须按综合防雷系统的要求进行设计，坚持预防为主，安全第一的指导方针，为确保防雷设计的科学性，在设计前应对现场雷电环境进行评估 2）智能建筑物的防雷宜考虑环境因素、雷电活动规律、建筑物内设备的重要性，发生雷灾后果的严重程度，分别采用相应的防护措施3）智能建筑物的防雷应坚持全面规划、综合治理、优化设计、技术先进、经济合理、进行综合设计4）智能建筑物均应按GB5007—94（2000版）“建筑物防雷设计规范”的规定，安装外部防雷装置5）智能建筑物内的微电子设备的防雷应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、共用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护6）智能建筑物内的微电子设备应根据所在地区雷暴等级，设备放置在不同的雷电防护区，以及系统对雷电电磁脉冲的抗扰度，采用不同的防护措施总结起来，防雷技术必须强调科学性、经济实用和耐久可靠这三个原则3.2 设计依据《建筑物防雷规范》 （GB50057-94）《计算机房防雷设计规范》 (GB50174-93)《电子设备雷击保护导则》 (GB7450-87)《计算机站场安全要求》 (GB9361-88)《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》 (GB64-83)《电信专用房屋设计规范》 (YD5003-94)《移动通信基站防雷与接地设计规范》 （YD5068-98）《计算机信息系统防雷保安器》 （GA173-1998）《雷电电磁脉冲的防护》 （IEC1312）邮电部部标准《通信局（站）接地设计暂行技术规定（综合楼部分）》YDJ26-89军用标准《电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南》国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-923.3 设计思路重点考虑部分：1） 屋顶的直击雷防护；2） 建筑物内机房的防雷电感应；综合考虑部分：1） 建筑物内整个供电系统的防雷电感应措施；2）等电位连接和接地系统及其它；3.4具体防护方案中国银行湖南分行智能大厦位于长沙市东边，地势较高，主楼高63.30m,群楼高57.9m，长39 .8m，宽13.5m。

屋顶西端有广告铁塔高30m，铁塔东面有5个3m高的卫星锅根据长沙地区近三十年的气象资料统计表明，长沙地区属于多雷区，年平均雷暴日为50天按照GB(50057-94)计算，该大楼的年预计雷击次数为0.22次/a因此，该大楼及楼内的各种微电子设备应按国家二类防雷标准进行综合防雷设计1）直击雷防护：①把屋顶西端高30m的广告铁塔作为防雷铁塔 计算的防雷铁塔保护半径，按照滚球法计算铁塔的保护半径： 式中 h为铁塔高度＋主楼西端与东端高度差 h=30+6=36m hr滚球半径 hr=45mhx=3+1=4m ( 在原有卫星锅的高度基础上虚增1m)（如右图 1） =25.6m 按照保护半径对照。