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智能建筑防雷面臨防雷新問題

來源:德恩拓 發布時間:2013-8-15 10:33:39

     現代綜合防雷原則強調全方位防治,綜合治理,層層設防,把防雷當作一個系統工程。按照相關的防雷規范,在建筑物外部和內部及各電子設備安裝相應的防雷措施。有人認為,只要建筑物或設備安裝了防雷裝置就可以萬無一失了,從經濟觀點出發,要達到這點是太浪費了。而且《建筑物防雷設計規范GB50057-94 2000版》第一章 總則的說明,按照防雷規范設計的防雷裝置是防止或減少雷擊建筑物所發生的人身傷亡和財產損失,并不是百分百的。

      完整的設備系統防雷方案包括外部防雷和內部防雷兩個方面。外部防雷系統包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等,其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲,將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等,泄放入大地。內部防雷系統是為保護建筑物內部的設備以及人員的安全而設置的。在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器,使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體,將可能進入的雷電流阻攔在外,將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地,確保后接設備的安全。

      在人們追求建筑的舒適性、方便性、安全性的同時,這些信息系統的雷電防護安全問題顯得越來越重要,這些系統中的設備對雷電電磁脈沖的耐受能力很弱,非常容易因感應雷電過電壓而損壞,系統的癱瘓給人們的辦公和生活帶來了極大的不便,所以現代防雷的重點也因此而發生了重大的改變。

      現代建筑防雷的新重點避雷針安裝

      智能建筑的發展使得傳統的建筑防雷設計不再能滿足建筑本身對雷電安全的需要。雷電防護已經不僅僅是對建筑本體的防護,更側重于對建筑內人身和電氣設備的安全的防護。防雷工作正在從以傳統的防直擊雷為主向防雷電感應過電壓對通迅、安防、自動控制等系統的設備的損害而轉變。

      其中重要的防雷觀念變化有:

重視雷電電磁感應作用

      以前建筑物防雷以防直擊雷為主,側重機械性破壞和雷電反擊;現在則以防感應雷擊為主,側重雷電的電磁感應效應。獨立避雷針附近電磁感應強度最大,對稱引下避雷網內的電磁感應強度可明顯減弱,實體法拉第籠內的感應電磁場強度為零。

      所謂感應雷,是指雷云放電時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊。雷電在雷云之間或雷云對地的放電時,會在附近的電源線路、信號線路、埋地管道、設備間連接線和鐵路鋼軌等等導體上產生靜電和電磁感應過電壓,使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。

     感應雷雖然沒有直擊雷猛烈,但其發生的幾率比直擊雷高得多。直擊雷只在雷云對地閃擊時才會對地面造成災害,而感應雷則不論雷云對地閃擊或者雷云對雷云之間閃擊,都可能發生并造成災害。此外直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標,而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內多個小局部同時產生感應雷過電壓,并且這種感應高壓可以通過電力線、電話線等傳輸到很遠,致使雷害范圍擴大。

     裝有避雷針的建筑物,可以避免雷擊損壞建筑物,但是在雷電從建筑物頂端瀉放入大地或者附近發生雷擊的時候,雷電電磁脈沖可以通過避雷針的引下線和接地系統地線產生很強的電場,建筑物內的所有金屬物品均會產生感應電壓,這些感應電壓的高低隨著金屬形狀、距地線的距離和雷擊大小而變(根據IEC 61312標準,當雷擊擊中建筑物時,即使裝有避雷針,直擊雷電流50%的通過引下線和接地系統入地,仍然會有大約50%的雷擊能量仍會分配到各線路系統)一旦電源輸入線、電話線、網絡線或其它電子設備的金屬引出、引入線感應到瞬間高壓,避雷針就無能為力了。感應雷擊破壞的主要對象是電子電氣設備。避雷針安裝

     注意防雷方式的系統性。

      以前建筑物防雷就想到裝避雷針,現在注意到雷電的各種引入渠道。雷電防護區(LPZ)的劃分是從多級保護發展而來,采用了系統論的方法。其界面的劃分是以電氣節點分段的。GB 50057-942000版)《建筑物防雷設計規范》第六章《防雷擊電磁脈沖》按電磁兼容的原理把信息系統所在建筑物或構筑物按需要保護的空間由外到內分為不同的雷電防護區 (LPZ),以確定各LPZ空間的雷擊電磁脈沖的強度及應采取的防護措施。雷電防護區可分為:

     直擊雷非防護區(LPZ OA):本區內的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流;本區內的電磁場強度沒有衰減。本區內的各類物體完全暴露在外部防雷裝置的保護范圍之外,都可能遭到直接雷擊;本區內的電磁場未得到任何屏蔽衰減,屬完全暴露的不設防區。天空、沒有避雷針保護的大樓外部、面沒有頂棚等覆蓋物的地面... 等等雷電可能會直接擊中的的空間。如大樓頂部避雷針保護范圍之外的空間。

     直擊雷防護區(LPZ 0B):本區內的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應的雷電流直接雷擊,但本區內的電磁場強度沒有衰減。本區內的各類物體處在外部防雷裝置保護范圍之內,應不可能遭到大于所選滾球半徑雷電流直接雷擊;但本區內的電磁場未得到任何屏蔽衰減,屬充分暴露的直擊雷防護區。沒有避雷針保護的非屏蔽大樓內部、有避雷針保護的大樓天臺受保護部分、避雷線下的電纜等等雷電不易直接擊中的LEMP沒有衰減空間。如大樓頂部避雷針保護范圍之內的空間和沒有屏蔽的大樓內部或有屏蔽大樓內部的窗口附近。

     第一屏蔽防護區(LPZ1): 本區內的各物體不可能遭到直接雷擊,流經各類導體的電流比LPZ 0B區進一步減??;且由于建筑物的屏蔽措施,本區內的電磁場強度也已得到了初步的衰減。雷電不易直接擊中,但LEMP因屏蔽而衰減的空間。如上述屏蔽大樓內部(不包含窗口附近)。

     后續防護區:為進一步減小所導引的電流或電磁場,以保護敏感設備而增設的后續防護區。如上述屏蔽大樓的另外設立的屏蔽網絡中心。屏蔽網絡中心內的機器金屬外殼內部,或接地的機柜內部。

     接地結構、等電位聯結與電氣接線的關聯變化。避雷針安裝

      以前接地是否合格以接地電阻值為準,現在則側重接地結構兼顧接地電阻值。由于建筑物內電氣設備的頻率增高,其接地結構、等電位聯結和電氣接線的方法都發生了變。設計者必須有電磁容的理論和實踐知識。主要內容有:共地才是合理的選擇;電源接地系統的制式;電氣設備工作頻率對接地結構的要求和對等電位聯結式的選擇。
     現在的城市,在一座建筑物內有許多不同性質的電氣設備,需要多種接地裝置,如避雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計算機系統接地(也叫直流接地,在數字邏輯系統中叫邏輯接地)等,這么多系統的接地到底采用哪重好呢?現一一解釋如下:根據實踐證明,共用接地是應用最為廣泛的接地方式。

    獨立接地:如上面所談到的需要接地的部分,都分別獨立地建立自己的接地系統,這種接地方式稱為獨立接地。它的好處是各系統之間不會造成互相干擾,這對通信系統尤其重要。但網絡容易被雷擊壞,故除有防爆炸要求的危險環境必須要采用獨立的避雷方式外,一般不主張采用獨立接地的方式。這種獨立接地在六、七十年代以前采用比較多,現在多被共用接地所取代。

     共用接地:也叫統一接地。它是把需要接地的各個系統統一接到一個接地裝置上,或者把各系統原來的接地裝置通過地下或者地上用金屬導體連接起來,使它們之間成為暢通的電氣接地統一地網,這樣的接地方式為共用接地。共用接地是目前應用最廣泛的接地方式。

    一點接地:把各系統的接地線接到接地母線同一點或同一金屬平面上,這樣的方法叫一點接地法。一點接地法能解決各系統接地線的等電位問題,所以能夠降低各系統之間的干擾程度,尤其是50Hz工頻信號對系統的干擾基本上得以消除,所以一點接地法在工程上得到廣泛應用。

 

  一點接地消除了公共阻抗耦合和低頻接地環路引起的干擾。能很好地工作于1MHZ及以上的額頻率,當整個系統的連接點尺寸較小時(最大尺寸小于L /20,L為干擾信號的波長)可以應用到10MHz。

      多點接地:各系統的接地線采用多點短連線的接地方式,稱作多點接地。

       當信號或電磁干擾的頻率相當高或采用快速邏輯時,電容耦合效應將會產生某種干擾耦合,這時引線長度成為主要矛盾,必須采用多點接地使串聯阻抗減至最小,并將駐波減至最小。多點接地方式應用于高頻電路(f>10MHz)。

      在二三十年以前,干擾被稱為無線電頻率干擾,因為絕大多數的噪音和干擾信號出自無線電頻率?,F今電子計算機、數字技術和邏輯電路不斷擴大應用領域,現在的干擾被稱為電磁干擾。電磁干擾包括導電性電磁干擾,其干擾能量通過導線或電纜從一電路傳送到另一電路。減少導電性電磁干擾是通過電路的合理設計,采用濾波器和電路的合理接地來實現的;輻射性電磁干擾其能量是通過空氣中的電磁場傳送的。在設計外殼和箱體時,通過選用合理的屏蔽材料,構造技術和設備布置以及采用合理的接地技術等等來減少輻射性電磁干擾。其中處理好接地工程是防電磁干擾最重要的技術措施。

      低頻率干擾絕大部分是通過線路互相耦合而來的,即前面所提到的共阻抗耦合。當兩個電路電流流經同一個公共阻抗時一個電路上的電流在這個阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路,這就是共阻抗耦合。如果一個公用的接地網在不同的地方分別接上連線。由于共阻抗耦合關系,各連線之間將有Vg1Vgz的電壓,各連線的接地點電壓不會一樣。Vg1Vgz就是干擾電壓,經放大后就可能直接影響通信或控制信號。

      多點接地的優點允許存在許多接地環路,這時同時使用低頻率的電路是有害的,如有上述情況時,可考慮采用混合接地的方法。

      E.混合接地:所謂混合接地是在一部設備內的各電路板以最短的導線與機殼連接,或者信號電路相關的幾部設備,以最短的導線與同一個金屬體連接接地,然后多臺設備分別用金屬線接到地網的同一點上。像這樣的接地方式稱為混合接地。避雷針安裝

      混合接地在工程上最簡單的辦法,是在交流電源送進房屋的總開關處,把零線重復接地(或把零線接到房屋的結構主鋼筋上),然后在電源的零線處引出一條PE線連接所有應該接地的點。

      智能建筑信息系統的防雷

      智能建筑信息系統一般由建筑物自動化、遠程通信和辦公自動化三個系統構成,這3 個系統中又包含各自的子系統。依據GB50057-942000版)《建筑物防雷設計規范》的規定,智能建筑屬于重要的人員密集的公共建筑物,因此通常按照二類防雷建筑設計要求進行考慮?! ?/span>  

建筑物自動化系統(BAS

      建筑物自動化系統是采用計算機建筑物內所有機電設施進行自動控制。建筑物自動化系統一般有如下幾個子系統:避雷針安裝

     環境控制管理子系統
      主要包括:暖通空調(HVAC)系統控制,如對各種冷熱源機組,空調機組、新風機組控制給排水系統控制,如各種水泵、水箱水位控制報警。運輸系統控制,如各個電梯、自動扶梯的控制。電氣系統控制,如對變配電設備、自備發電機、直流電源、照明、動力設備控制等。

      按照GB50057-94《建筑物防雷設計規范》標準第3.3.7條的要求,應該將建筑物內的設備、管道、構架等主要金屬物就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上,不用另設接地裝置。對于控制系統用的12VRS2326VRS485、RS422數據控制線,由于通常此類控制線的線路較長,布線比較復雜,容易感應到雷電和工頻過電壓,而數據線連接的控制主機耐壓又比較低,所以需要在主機的各數據線輸入端安裝相應的數據信號浪涌保護器。比如:RS232數據控制線可使用OAO S-SD09的數據信號浪涌保護器,RS485、RS422數據控制線可使用OAO S-FLD的數據信號浪涌保護器。此系列一般用于控制回路額定的負載電流小于500mA的功率比較小的控制系統。如果控制回路的功率比較大,比如長距離的RS232數據控制線或者24V、48V雙絞線,則可以選用額定負載電流1.5AOAO S-FLD12V、OAO S-FLD24V、OAO S-FLD48V的數據信號浪涌保護器。這一點需要注意一下。

      一般在電梯、自動扶梯、變配電設備、自備發電機、動力設備控制中,都需要選用額定負載電流1.5A的數據信號浪涌保護器。額定的負載電流小的數據信號浪涌保護器插入損耗比較?。?/span><0.1dB),因此數據傳輸的損耗比較小,其浪涌保護器(SPD)內部使用電阻元件(resistor),選型不正確的時候容易燒掉這個電阻元件。而額定的負載電流大的數據信號浪涌保護器插入損耗比較大(<0.2dB),因此數據傳輸的損耗稍微大,其浪涌保護器(SPD)內部使用電感元件(inductor),所以安全性比較高。

     火災與保安子系統

      主要有火災報警及消防聯動控制系統(FAS)。在建筑物內部裝置感煙探測器、感溫探測器及模擬顯示盤。當發生火災時,它能自動噴灑水或其他滅火液體氣體。防排煙系統排除火災時產生的煙霧并防止其漫延。保安系統(SCS)包括閉路電視(CCTV)監控、電子出入口控制(Access Control System)、身份識別、防盜防搶、保安巡邏、結構、地震監視與報警、煤氣泄漏報警、水災報警等。

      火災報警及消防聯動控制系統一般使用RS232數據控制線,從安全性和成本考慮,通常只需要在主機的數據采集端安裝數據信號浪涌保護器,而無須在感煙探測器、感溫探測器探頭處安裝數據信號浪涌保護器。避雷針安裝

      安全監控系統的防雷保護比較復雜,首先需要明確監控系統遭受雷擊損害的主要原因以及雷電可能的侵入途徑,尤其是雷擊損壞較為嚴重的室外監控設備,在分析其損壞原因的基礎上,以及研究和探討信號、電源線路的布放、屏蔽及接地方式等,方可以正確選擇和使用監控系統設備的防雷保護裝置。

 

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