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智能建筑防雷面临防雷新问题

来源:德恩拓 发布时间:2013-8-15 10:33:39

     现代综合防雷原则强调全方位防治,综合治理,层层设防,把防雷当作一个系统工程。按照相关的防雷规范,在建筑物外部和内部及各电子设备安装相应的防雷措施。有人认为,只要建筑物或设备安装了防雷装置就可以万无一失了,从经济观点出发,要达到这点是太浪费了。而且《建筑物防雷设计规范GB50057-94 2000版》第一章 总则的说明,按照防雷规范设计的防雷装置是防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失,并不是百分百的。

      完整的设备系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面。外部防雷系统包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等,其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等,泄放入大地。内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体,将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。

      在人们追求建筑的舒适性、方便性、安全性的同时,这些信息系统的雷电防护安全问题显得越来越重要,这些系统中的设备对雷电电磁脉冲的耐受能力很弱,非常容易因感应雷电过电压而损坏,系统的瘫痪给人们的办公和生活带来了极大的不便,所以现代防雷的重点也因此而发生了重大的改变。

      现代建筑防雷的新重点避雷针安装

      智能建筑的发展使得传统的建筑防雷设计不再能满足建筑本身对雷电安全的需要。雷电防护已经不仅仅是对建筑本体的防护,更侧重于对建筑内人身和电气设备的安全的防护。防雷工作正在从以传统的防直击雷为主向防雷电感应过电压对通迅、安防、自动控制等系统的设备的损害而转变。

      其中重要的防雷观念变化有:

重视雷电电磁感应作用

      以前建筑物防雷以防直击雷为主,侧重机械性破坏和雷电反击;现在则以防感应雷击为主,侧重雷电的电磁感应效应。独立避雷针附近电磁感应强度最大,对称引下避雷网内的电磁感应强度可明显减弱,实体法拉第笼内的感应电磁场强度为零。

      所谓感应雷,是指雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时,会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备间连接线和铁路钢轨等等导体上产生静电和电磁感应过电压,使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。

     感应雷虽然没有直击雷猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害,而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击,都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标,而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压,并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远,致使雷害范围扩大。

     装有避雷针的建筑物,可以避免雷击损坏建筑物,但是在雷电从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候,雷电电磁脉冲可以通过避雷针的引下线和接地系统地线产生很强的电场,建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压,这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变(根据IEC 61312标准,当雷击击中建筑物时,即使装有避雷针,直击雷电流50%的通过引下线和接地系统入地,仍然会有大约50%的雷击能量仍会分配到各线路系统)一旦电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压,避雷针就无能为力了。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。避雷针安装

     注意防雷方式的系统性。

      以前建筑物防雷就想到装避雷针,现在注意到雷电的各种引入渠道。雷电防护区(LPZ)的划分是从多级保护发展而来,采用了系统论的方法。其界面的划分是以电气节点分段的。GB 50057-942000版)《建筑物防雷设计规范》第六章《防雷击电磁脉冲》按电磁兼容的原理把信息系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间由外到内分为不同的雷电防护区 (LPZ),以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度及应采取的防护措施。雷电防护区可分为:

     直击雷非防护区(LPZ OA):本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流;本区内的电磁场强度没有衰减。本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外,都可能遭到直接雷击;本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减,属完全暴露的不设防区。天空、没有避雷针保护的大楼外部、面没有顶棚等覆盖物的地面... 等等雷电可能会直接击中的的空间。如大楼顶部避雷针保护范围之外的空间。

     直击雷防护区(LPZ 0B):本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击,但本区内的电磁场强度没有衰减。本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内,应不可能遭到大于所选滚球半径雷电流直接雷击;但本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减,属充分暴露的直击雷防护区。没有避雷针保护的非屏蔽大楼内部、有避雷针保护的大楼天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间。如大楼顶部避雷针保护范围之内的空间和没有屏蔽的大楼内部或有屏蔽大楼内部的窗口附近。

     第一屏蔽防护区(LPZ1): 本区内的各物体不可能遭到直接雷击,流经各类导体的电流比LPZ 0B区进一步减小;且由于建筑物的屏蔽措施,本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。雷电不易直接击中,但LEMP因屏蔽而衰减的空间。如上述屏蔽大楼内部(不包含窗口附近)。

     后续防护区:为进一步减小所导引的电流或电磁场,以保护敏感设备而增设的后续防护区。如上述屏蔽大楼的另外设立的屏蔽网络中心。屏蔽网络中心内的机器金属外壳内部,或接地的机柜内部。

     接地结构、等电位联结与电气接线的关联变化。避雷针安装

      以前接地是否合格以接地电阻值为准,现在则侧重接地结构兼顾接地电阻值。由于建筑物内电气设备的频率增高,其接地结构、等电位联结和电气接线的方法都发生了变。设计者必须有电磁容的理论和实践知识。主要内容有:共地才是合理的选择;电源接地系统的制式;电气设备工作频率对接地结构的要求和对等电位联结式的选择。
     现在的城市,在一座建筑物内有许多不同性质的电气设备,需要多种接地装置,如避雷接地、电气安全接地、交流电源工作接地、通信及计算机系统接地(也叫直流接地,在数字逻辑系统中叫逻辑接地)等,这么多系统的接地到底采用哪重好呢?现一一解释如下:根据实践证明,共用接地是应用最为广泛的接地方式。

    独立接地:如上面所谈到的需要接地的部分,都分别独立地建立自己的接地系统,这种接地方式称为独立接地。它的好处是各系统之间不会造成互相干扰,这对通信系统尤其重要。但网络容易被雷击坏,故除有防爆炸要求的危险环境必须要采用独立的避雷方式外,一般不主张采用独立接地的方式。这种独立接地在六、七十年代以前采用比较多,现在多被共用接地所取代。

     共用接地:也叫统一接地。它是把需要接地的各个系统统一接到一个接地装置上,或者把各系统原来的接地装置通过地下或者地上用金属导体连接起来,使它们之间成为畅通的电气接地统一地网,这样的接地方式为共用接地。共用接地是目前应用最广泛的接地方式。

    一点接地:把各系统的接地线接到接地母线同一点或同一金属平面上,这样的方法叫一点接地法。一点接地法能解决各系统接地线的等电位问题,所以能够降低各系统之间的干扰程度,尤其是50Hz工频信号对系统的干扰基本上得以消除,所以一点接地法在工程上得到广泛应用。

 

  一点接地消除了公共阻抗耦合和低频接地环路引起的干扰。能很好地工作于1MHZ及以上的额频率,当整个系统的连接点尺寸较小时(最大尺寸小于L /20L为干扰信号的波长)可以应用到10MHz

      多点接地:各系统的接地线采用多点短连线的接地方式,称作多点接地。

       当信号或电磁干扰的频率相当高或采用快速逻辑时,电容耦合效应将会产生某种干扰耦合,这时引线长度成为主要矛盾,必须采用多点接地使串联阻抗减至最小,并将驻波减至最小。多点接地方式应用于高频电路(f>10MHz)。

      在二三十年以前,干扰被称为无线电频率干扰,因为绝大多数的噪音和干扰信号出自无线电频率。现今电子计算机、数字技术和逻辑电路不断扩大应用领域,现在的干扰被称为电磁干扰。电磁干扰包括导电性电磁干扰,其干扰能量通过导线或电缆从一电路传送到另一电路。减少导电性电磁干扰是通过电路的合理设计,采用滤波器和电路的合理接地来实现的;辐射性电磁干扰其能量是通过空气中的电磁场传送的。在设计外壳和箱体时,通过选用合理的屏蔽材料,构造技术和设备布置以及采用合理的接地技术等等来减少辐射性电磁干扰。其中处理好接地工程是防电磁干扰最重要的技术措施。

      低频率干扰绝大部分是通过线路互相耦合而来的,即前面所提到的共阻抗耦合。当两个电路电流流经同一个公共阻抗时一个电路上的电流在这个阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路,这就是共阻抗耦合。如果一个公用的接地网在不同的地方分别接上连线。由于共阻抗耦合关系,各连线之间将有Vg1Vgz的电压,各连线的接地点电压不会一样。Vg1Vgz就是干扰电压,经放大后就可能直接影响通信或控制信号。

      多点接地的优点允许存在许多接地环路,这时同时使用低频率的电路是有害的,如有上述情况时,可考虑采用混合接地的方法。

      E.混合接地:所谓混合接地是在一部设备内的各电路板以最短的导线与机壳连接,或者信号电路相关的几部设备,以最短的导线与同一个金属体连接接地,然后多台设备分别用金属线接到地网的同一点上。像这样的接地方式称为混合接地。避雷针安装

      混合接地在工程上最简单的办法,是在交流电源送进房屋的总开关处,把零线重复接地(或把零线接到房屋的结构主钢筋上),然后在电源的零线处引出一条PE线连接所有应该接地的点。

      智能建筑信息系统的防雷

      智能建筑信息系统一般由建筑物自动化、远程通信和办公自动化三个系统构成,这3 个系统中又包含各自的子系统。依据GB50057-942000版)《建筑物防雷设计规范》的规定,智能建筑属于重要的人员密集的公共建筑物,因此通常按照二类防雷建筑设计要求进行考虑。    

建筑物自动化系统(BAS

      建筑物自动化系统是采用计算机建筑物内所有机电设施进行自动控制。建筑物自动化系统一般有如下几个子系统:避雷针安装

     环境控制管理子系统
      主要包括:暖通空调(HVAC)系统控制,如对各种冷热源机组,空调机组、新风机组控制给排水系统控制,如各种水泵、水箱水位控制报警。运输系统控制,如各个电梯、自动扶梯的控制。电气系统控制,如对变配电设备、自备发电机、直流电源、照明、动力设备控制等。

      按照GB50057-94《建筑物防雷设计规范》标准第3.3.7条的要求,应该将建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上,不用另设接地装置。对于控制系统用的12VRS2326VRS485RS422数据控制线,由于通常此类控制线的线路较长,布线比较复杂,容易感应到雷电和工频过电压,而数据线连接的控制主机耐压又比较低,所以需要在主机的各数据线输入端安装相应的数据信号浪涌保护器。比如:RS232数据控制线可使用OAO S-SD09的数据信号浪涌保护器,RS485RS422数据控制线可使用OAO S-FLD的数据信号浪涌保护器。此系列一般用于控制回路额定的负载电流小于500mA的功率比较小的控制系统。如果控制回路的功率比较大,比如长距离的RS232数据控制线或者24V48V双绞线,则可以选用额定负载电流1.5AOAO S-FLD12VOAO S-FLD24VOAO S-FLD48V的数据信号浪涌保护器。这一点需要注意一下。

      一般在电梯、自动扶梯、变配电设备、自备发电机、动力设备控制中,都需要选用额定负载电流1.5A的数据信号浪涌保护器。额定的负载电流小的数据信号浪涌保护器插入损耗比较小(<0.1dB),因此数据传输的损耗比较小,其浪涌保护器(SPD)内部使用电阻元件(resistor),选型不正确的时候容易烧掉这个电阻元件。而额定的负载电流大的数据信号浪涌保护器插入损耗比较大(<0.2dB),因此数据传输的损耗稍微大,其浪涌保护器(SPD)内部使用电感元件(inductor),所以安全性比较高。

     火灾与保安子系统

      主要有火灾报警及消防联动控制系统(FAS)。在建筑物内部装置感烟探测器、感温探测器及模拟显示盘。当发生火灾时,它能自动喷洒水或其他灭火液体气体。防排烟系统排除火灾时产生的烟雾并防止其漫延。保安系统(SCS)包括闭路电视(CCTV)监控、电子出入口控制(Access Control System)、身份识别、防盗防抢、保安巡逻、结构、地震监视与报警、煤气泄漏报警、水灾报警等。

      火灾报警及消防联动控制系统一般使用RS232数据控制线,从安全性和成本考虑,通常只需要在主机的数据采集端安装数据信号浪涌保护器,而无须在感烟探测器、感温探测器探头处安装数据信号浪涌保护器。避雷针安装

      安全监控系统的防雷保护比较复杂,首先需要明确监控系统遭受雷击损害的主要原因以及雷电可能的侵入途径,尤其是雷击损坏较为严重的室外监控设备,在分析其损坏原因的基础上,以及研究和探讨信号、电源线路的布放、屏蔽及接地方式等,方可以正确选择和使用监控系统设备的防雷保护装置。

 

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