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浅谈智能建筑雷电电磁脉冲的防护
罗 鹏
（江西省防雷中心，江西 南昌 330046）
摘 要：
对现代智能建筑的雷电防护这一新出现的课题进行了探讨，阐述了对智能建筑进行雷电防护设计时采用的五大系统。这些系统设计能够有效地抑制雷电电磁脉冲对智能建筑中的微电子设备的危害。
关键词： 建筑 雷电 电磁脉冲 防护
中图分类号：Ｐ49;P427.32 文献标识码：B 文章编号：1007－9033（2004）03－0031－02
近年来，随着现代智能建筑的大量出现，雷电电磁脉冲对其的危害也日益严重。由于智能建筑物内的计算机技术、通信技术及信息技术的系统集成，都是采用微电子设备和最新的网络技术为用户提供各种准确的信息服务，如电子商务，金融网络服务等。这些微电子设备本身存在着绝缘程度低、对过压耐受能力差的致命弱点，一旦受到雷电电磁脉冲的危害，轻则造成系统运行失灵，重则造成永久性损坏。
智能建筑的防雷电电磁脉冲危害的基本设计思路，应该考虑到闪电的各种物理特性和其它作用，而采取三维空间的综合立体防护设计。这是１个系统工程，单纯考虑某一方面或忽略某一方面的防雷保护都是不完善的。针对智能建筑可能遭受的雷击破坏，可将智能建筑的雷电防护分为５个方面的系统防护设计。
1 防直击雷击系统
智能建筑物外部应采用避雷针、避雷带（网）或避雷线等防直击雷保护，接闪器保护范围按滚球法计算。所谓滚球法，就是以规定半径的球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。
2 等电位连接防护系统
对于雷电可能通过地电位反击电压入侵智能建筑，若采用等电位连接，就可以起到良好的防护作用。
所谓等电位连接，就是使智能建筑物内的各个部位都形成１个相等的电位。设计时是将建筑物内的结构钢筋与各种金属装置及金属管线，都连接成统一的良好导电体。在雷电流泄放时，各点的电位同时升高，以保证相互之间处于等电位。钢筋混凝土结构的智能建筑，最具实现等电位的条件。设计时将建筑物的基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架、建筑物防雷引下线可靠地焊接、绑扎或搭接在一起。为实现智能建筑楼层之间的等电位，应至少每隔３层增加１层有均压环的连接，同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接起来，形成闭合良好而接地的法拉第笼。将智能建筑物各部分的交流工作地、安全保护地、直流工作地、防雷接地与建筑物法拉第笼良好接地，可避免接地线之间存在电位差，以消除感应过电压的产生。
3 电磁屏蔽防护系统
智能建筑的防御雷电电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网。根据法拉第笼原理，可利用建筑物自身的钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、梁、柱内的钢筋，使之构成1个六面体的网笼，即笼式避雷网进行电磁脉冲屏蔽。屏蔽做得好，不仅能防御空间电磁波的辐射，而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。
智能建筑物内部的屏蔽的做法应根据建筑物内微电子设备的要求来决定。由于设备性质不同，有的要求仅对设备本身做屏蔽，有的要求在设备与设备之间做屏蔽，还有的要求在机房做屏蔽。设计人员可以按照微电子设备的技术要求，设备多少、繁简、重要程度、摆放位置及进出管线的具体情况设计，以确定对防雷区雷电电磁脉冲的屏蔽、等电位和接地等具体防护措施。
智能建筑的防御雷电电磁脉冲对接地的要求很严格。即所有的屏蔽装置都必须接地，而且必须采用共用接地方式。即将防雷接地、电源的工作接地、各种装置的金属外壳、铁管外皮和高频电子设备的信号接地都接到建筑物的基础上，或室外接地装置上。
4 共用接地系统
按照以往的做法，对于１栋建筑物内部各种接地，一般都是采取单独接地的方式。但是在实践中，这种做法暴露了不少问题：
（１）
单独接地的装置是多个的，接地体的组数则更多，需要占相当大的土地面积。在城市迅速发展、土地资源十分宝贵的今天，这是根本无法解决的。
（2）
单独接地体中，接地线分为工作接地、保护接地、交流接地、直流接地以及防雷接地等多种。它们在工程设计和施工中，经常相互交叉，再加上地下管线等设施，从电气上很难将它们区分开来，因而出现干扰，甚至危及到设备的安全。
（3）
单独接地方式接地线众多，很难确定谁是标准的零电位。在通信数据处理设备及电子计算机系统中，一般都要求有1个有效接地的基准电位，以保证系统的可靠运行。
（4）
防雷接地与设备的其它接地是不同目的的2种接地。雷击时，防雷接地体会使地电位产生危险的电位梯度；多种设备的其它接地装置，会把这里的电位梯度差，通过不同系统的地线引入同一机房，形成危险源。
鉴于上述原因，在目前国际上通行的防雷技术设计中，都采用了共用接地系统方式。对于智能建筑而言，大厦内各个设备应建立良好的等电位接地，即交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等4种接地，宜共用1组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定。
5 安装SPD对直击雷和雷电波侵入的综合防护系统
SPD（Surge Protective Device）即浪涌过电压保护器，又称电涌保护器。安装使用SPD应考虑到以下因素：
（1） 防雷区LPZ（Lighting Protective Zone）的划分，采用相对应的防护措施和级别。
（2） 注意利用建筑物外部防雷装置和进入建筑物的金属管线分流。
（3） 按雷击损害风险评估的评估结果进行分级安装。
（4） 按照各种不同接地型式的供电系统，进行相应的安装。
（5） 注意充分考虑电涌保护器的特性，并分别安装。
一般来说，不同区域的智能建筑应选择符合该区域级别的SPD进行安装。如南昌的智能建筑，应进行电源3级SPD防护。即在总配电盘各相安装电源SPD作为第一级保护，在楼层配电箱安装电源SPD作为第二级保护，在被保护设备前安装电源SPD作为第三级保护。只有这样，才能对电源线路入侵的LEMP进行有效的防护。
参考文献
1 虞昊,臧庚媛.现代防雷技术基础[M].北京：清华大学出版社，1995.
2 叶佩生.计算机机房环境技术[M]. 北京：人民邮电出版社，1996.
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收稿日期：2004年05月26日
作者简介：赵 艳（1968—），女，助理工程师，主要从事气象信息网络监控工作。 |
