智能建筑电气防雷设计相关策略研究

智能建筑电气防雷设计相关策略研究

徐凯华

中国石化镇海炼化分公司浙江省宁波市315207

摘要：针对智能建筑施工与设计，主要探讨了防雷设计这一环节。首先介绍了电气设计需要注意的问题，其次阐述了雷电可能对智能建筑带来的影响，以此明确防雷设计重要性，最后提出了5点建议，目的在于提高电气防雷水平，推动智能建筑发展。

关键词：智能建筑；电气防雷设计；接闪器；引下线

随着人们生活水平的越来越高，雷击现象对智能建筑产生的危害也愈发受到人们的重视。所以这是相关工作人员在建设智能建筑时不可忽视的一项工作任务，只有做好相应的准备工作，进行有效的设计，才能在今后的发展与建设中避免对人们的生命财产产生严重的威胁，使人们更加健康的生活下去。希望在本文的论述中相关工作人员能够获得一些防雷设计的灵感。

1智能建筑电气设计中应注意的相关问题

1.1合理提升电气设计的整体性

我国智能建筑电气设计整体水平和美国、德国等发达国家相比还有一定的差距，虽然近年来，智能化理念在建筑设计领域中的应用取得了一定成果，但在二者结合中还存在一系列问题亟待解决。比如，在智能建筑电气设计研究中，实际工程设计中，设计人员正在有意识的在考虑雷电防护问题，但是整体性、综合性的防雷方案还不完善，很大程度上限制了我国智能建筑事业的持续发展。因此，在具体设计中，要切实提升电气设计的整体性，才能为智能建筑各项功能的发挥奠定坚实基础。

1.2注重创新思想的应用

我国智能建筑电气设计研究和应用起步比较晚，各项技术和理念还不够成熟，为更好地满足人们智能建筑功能的需求，就需要不断创新，研究出更多的智能化电气电子产品和设计思路。但就目前发展现状而言，比较缺乏创新精神，雷击发生的概率无法进行准确预测，目前防雷设计不到位和不考虑经济性。智能建设电气设计产品都是根据国外产品模仿出来的，并没有进行独自创新，使得我国智能建筑电气设计发展比较缓慢。因此，在实际设计中，要立足智能化理念进行不断创新，并积极应用到电气设计中，才能促使我国智能建筑电气设计事业持续发展，为人们营造一个更加先进、更加现代化的生活环境。

2智能建筑内雷电灾害

由于雷击和内部活动产生的瞬时过电压对电子设备的影响是很大的，它会影响到电子设备上信号的运输、传递、储存等，会导致另一端的设备收到错误的信息而引起设备的误动作，长期的干扰还会让设备失去灵敏性并遭到破坏。

一般情况下，信息系统的线路都是铺设在电缆沟中，很难受到直击雷的影响，所以主要预防的也是感应雷的入侵（雷电侵入波），其防护措施主要是内部防雷，采用屏蔽，接地等电位，装设SPD电涌保护器等措施配合使用。

3提高智能建筑电气设计内容

关于供配电系统设计常规标准主要是可靠稳定、安全。稳定可靠，主要是相同电压等级的电气系统变换配电级数最好不要超过两级，而且尽量降低变电级数频率过高所的电能消耗。确保在各种运载形式下持续带来电流，保障安全稳定，可控。电气设计的主导电路要求简洁、显著、毫无多余的电气设施或装备；选择或减少各种装备、设施或电路的操作简单便捷。这么做一方面能够减少错误操作，另一方面还能将运行的可靠性能发挥到极致，还能轻松快速的处理事故，维修起来不繁琐。

再来说一下安全性的问题，主要是确保所有操作切换工作时，操作人员和使用电气设备的安全运行一定要可靠，还要能在非常安全的环境下对其检查维修。一般情况下，设计过程中能达到规范的标准，就达到以上三方面的要求就不成问题。但设计电气整个设计系统还要考虑重要的一点那就是经济性。考虑经济性时，一定要从宏观着眼于智能建筑的整体，分析只能根据建筑自身的特性，即经济合理又科学安全地设计电气每一个系统和构成。但是，有时候可靠性与经济性之间，有和谐统一的一面，也有矛盾排斥的一面。

4加强智能建筑防雷设计的策略

4.1与建筑的实际情况相契合

在进行防雷施工前，首先要制定出一个合理并且与实际情况相契合的设计方案，这样才能顺利的开展防雷施工，充分考虑到防雷设计中可能产生的问题，并且将其体现在方案中，结合建筑物结构制订系统、科学、经济的雷击防护设计原则。为了做到防雷方案的科学化以及完整性，需要在防雷方案中体现出以下几点内容，也就是要对直击雷进行防护，以及对感应雷进行防护。在具体的设计中，前者需要设计一个"鼠笼"型金属框架，在这一框架中主要包含了接闪杆、接闪网、导体以及引下线等基础设施。首先，在建筑顶点的位置上安装一个金属网格，注意网格的连接方式一定要可靠，这样才能够达到防雷设计的要求。智能建筑中之所以会受到感应雷的破坏就是因为没有对电气设备产生保护的作用，使感应电直接侵入其中，所以金属网格的作用就是为了防止感应雷对建筑造成的破坏。

4.2采取有效的防雷措施

4.2.1外部防雷系统

智能建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，我们通过建筑物"鼠笼"型金属框架结构以及共用接地系统和泄流通路设计来保护建筑物自身不遭受雷击。

①智能建筑需要建立综合的共用接地系统。因为在智能楼宇内存在着许多交流、直流设备，其中线路纵横交错，因此应该将智能楼宇建筑里的直流工作地、安全保护地、交流工作地与建筑施工过程中为防雷所用作的"鼠笼"型金属框架钢筋紧密连接，形成一个完整的共用接地体。这样就大大减少了在接地线之间存在着电位差的可能性，也消除了感应过电位的反击现象，从而保证了高科技设备的正常工作。

②足够的泄流通路和均压措施。通过在建筑物钢筋混凝土的钢筋来制作防雷引下线，并且从屋顶的部位就开始增多分路，用来分散各个导体上的雷电流的数量。而由于智能楼宇大多数为高层，还应该采取防侧击雷措施，在智能楼宇中间的部位将建筑的外圈梁钢筋焊接连通形成均压环，同时与防雷引下线相连。通过充分利用建筑物自身的柱钢筋、桩基钢筋、屋顶楼面钢筋、各圈梁钢筋等，将它们细致的焊接，构成的"鼠笼"型金属框架，形成良好的雷电流泄流通路以阻止侧击雷造成危害。

4.2.2内部防雷系统

内部防雷包括防雷电感应，防反击以及防雷电波侵入。良好的内部防雷能减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电磁脉冲所造成的危害。内部防雷主要采取屏蔽、等电位连接等措施。

（1）合理的屏蔽

在智能建筑内，电磁兼容措施是非常重要的，为了避免所用设备的功能障碍，避免甚至会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导干扰和外来干扰。这些干扰的产生有的是因为导线之间的耦合现象，有的是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率辐射电磁场，自然雷击放电。这些现象会对用来发送或接收很高传输效率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各种方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。

对于智能建筑，屏蔽的效果取决于初级屏蔽网的衰减程度、屏蔽层的厚度（接近电磁波的波长）、网孔密度（密度大）、屏蔽材料（低频时用高导磁材料，高频时用Cu、Pb为主的导磁材料[1]）。为保证电子电路在雷击电流等强感应情况下的正常运行，建议采用双层屏蔽的方法来完成数字信息安全传输，将外屏蔽层两端接地，内屏蔽层单端接地或通过压敏电阻接地[2]。

（2）等电位连接

为保证智能建筑内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压，应当使建筑物地面、墙板和金属管、线路等都处于同一电位，为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。智能建筑中的等电位连接包括总等位连结和局部等电位连结。

①总等电位连结

一般设在地下室或靠近地平面处，将进出建筑物的金属管道、建筑物钢筋接地网、所有强弱电电源线、信号线的接地线进行连结。

智能建筑做总等电位连接后，可防止系统电源线路中的PE或PEN线传导引入故障电压导致电击事故，同时可减少电位差、电弧、电火花发生的机率，避免接地故障引起的电气火灾事故和人身电击事故。

②局部等电位连接

智能建筑物各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间及卫生间应采取局部等电位连接。因为这些地方发生电气事故时的危险性较大，要求接触电压更低。一般局部等电位连接也有一个端子板或者在局部等电位范围内构成环形连接。

4.3加强对信号系统的雷电保护

在智能建筑中，信号受到破坏也是常见的问题之一，这对智能建筑的通信效果可以说是百害无一利。因此，加强信号的防雷保护工作就显得十分重要了。这就需要从以下方面进行考虑，如果信号传输的方式为有线传输，那么可以在线路电缆以及信号接收器之问安装一个保护器，并且在发射以及接受设备上也要安装这样的保护装置，电话线的外部由金属管保护。如果电气设备所使用的线路类型为双绞线或者为同轴电缆，那么可以在设备上安装保护器，这样才能更加有效的保护电气设备不受影响，确保安全运行。

4.4电源系统的分级保护

在电源系统的保护工作中，主要采取了保护策略，智能建筑的供电系统可能与一般建筑的供电系统有所不同，将保护器作为一级保护装置进行接入，SPD的最大冲击容量每相应在25kA以上，限制电压应控制在2400V以内，属于1级电源防浪涌保护器[3]。其次，在智能建筑中敏感或者重要的用电设备的分路配电设备处的SPD位置安装第二级保护。这些SPD能够将智能建筑供电浪涌防护器所剩余的浪涌量吸收。就目前的保护效果来看，其对瞬态过电压有良好的抑制作用。一般建筑供电系统做好雷电二级保护就可以了。但对于智能建筑而言，还要对其进行第三级保护，即在智能建筑用电设备的内部电源部分安装一个内置式的电源浪涌保护器，从而将智能建筑中存在的微小瞬态过电压完全消除。第三级保护中所使用的电源浪涌保护器最大冲击容量每相应不大于20kA，限制电压应控制在1000V以内[4]。

4.5建筑内信息网络系统的防雷保护

建筑群子系统：建筑物间网络连接线最好采用光缆。光缆加强芯要与光电转换器外壳连接并可靠接地。若采用铜缆双绞线，则必须穿金属管埋地敷设[5]。在进入智能建筑大楼的LPZO与LPZI区交界处安装符合通讯网络设备耐压水平要求的电涌保护器。设备间子系统由进线设备，程控交换机，计算机服务器等各种主机设备及其配线设备组成。是整个布线系统的核心区域。连接进出智能建筑的通信线应采用光缆[6]。

若采用铜缆双绞线，则必须穿金属管埋地敷设并接地。在设备间各设备前端要采取二级防雷措施，最好安装通信避雷柜设备。各设备之间要进行等电位连接。设置在各层配线间，由配线设备，输入输出设备等组成了管理子系统[7]。管理子系统各设备的物理连接往往是采用双绞线，需要采取二级防雷措施，安装通讯网络类SPD。垂直干线子系统、水平干线子系统。主要是由各楼层间、同一层的插座、配线组成的[8]。对于较高层的智能建筑垂直干线子系统的布线最好采用光缆。无论是垂直干线子系统，还是水平干线子系，若采用铜缆双绞线，要做好屏蔽保护，走线都要穿金属管或电缆桥架中布设并接地。工作区内的终端设备连接到信息插座的连接线缆组成了工作区子系统[9]。工作区一般有电话机、数据终端、微型计算机、电视机等设备，由于从源头上对智能建筑内信息网络系统的防雷保护进行了层层设防和屏蔽，感应雷通过信息网络线再侵入工作区子系统干扰和破坏终端设备的可能性是极小的[10]。

4.6新一代智能防雷新技术

（1）新一代避雷针技术

随着建筑物智能程度的提升，防雷技术也日益受到重视，一种提前放电避雷针渐成为避雷针的主流。它解决了传统避雷针被动接闪、二次雷击效应严重的局限，在我国逐步应用。

新一代的避雷针无源、无辐射，其能量来自闪电发生前地而和云层之间的电势差。它在雷击发生临界点提前产生一个向上先导，形成雷电优先通路，克服了传统避雷针被动接闪的不足，大幅提高了防雷保护范围。

新一代避雷针的主要特点：（1）精确的提前放电，完全主动式引雷；（2）同等条件下，比普通避雷针保护范围大。避雷针提前产生向上先导，相当于将避雷针增长了数lOm，因而增大了保护范围；（3）减小了二次雷击效应影响。由于在远离建筑物的高空处接闪，地面场强大幅度降低；（4）安全可靠，免维护。新一代避雷针无放射元素，耐腐蚀，抗风能力强。无源、无耗能元件，本身不会受浪涌冲击影响，寿命长。

（2）新型网络防雷器

智能建筑中的网络电子设备多采用了超大规模集成电路，其本身很容易在高电压、高电流情况下烧毁。因此早期的避雷针防雷、电源防雷等已经不能适应需求。在雷击发生时会产生很强的电场，导致这个区域内的电位大大高于其它区域，而作为电的良导体--双绞线很容易在电位不相等时对雷电形成感应，从而遭遇雷害。

新型网络防雷器是安装在需要保护设备的前端，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，与避雷针、电源防雷器两者共同形成一个全方位的防雷整体，确保后接设备的安全。网络防雷器与其它防雷器相比具备电容小、残压低、通流大、响应快的特点。

结束语：

综上所述，若智能建筑受到雷击，会对智能建筑造成极为严重的影响，甚至还会带来人身安全、财产安全方面的威胁，可见智能建筑防雷设计必要性。一方面，需要重视对建筑内所有线路以及智能设备等进行立体的、综合、经济的防护，另一方面，设计人员应选用有效的防雷装置，确保建筑内电气智能设备安全运行的同时，提升智能建筑可靠性。

参考文献

[1]余斌.智能楼宇建筑防雷SPD设计[J].江西建材，2018（13）：136-137.

[2]林英鉴，董冰.智能建筑与综合布线防雷设计探讨[J].科技视界，2017（8）：234-234.

[3]唐浩.论述电气工程及其自动化技术在智能建筑中的应用[J].建材与装饰，2018（47）：177-178.

[4]刘德远，管培福.智能建筑电气设计中应注意的相关问题探究[J].住宅与房地产，2018（31）：74.

[5]董育明.电气工程自动化技术在建筑电气中的作用[J].住宅与房地产，2018（31）：146-147.

[6]马倩，于春利.关于建筑电气防雷接地设计要点的探究[J].智能建筑与城市信息，2017（10）：33-34.

[7]尹峰.智能建筑电气防雷设计相关策略研究[J].门窗，2017（1）：125-125.

[8]陆龙虎.试论建筑电气与智能化建筑的发展和应用[J].佳木斯职业学院学报，2018（10）：494.

[9]苏晓霞.高层智能建筑电气设计的要点分析[J].智能建筑与智慧城市，2018（2）：33-34.

[10]孙石磊.探讨智能建筑电气防雷设计相关策略[J].民营科技，2016（5）：193-193.