浅谈建筑中智能系统的防雷接地技术

　　摘要：我国南方是雷电高发地区，每年由于雷击所造成的损失不可估计，智能系统中昂贵的网络设备、前段设施由于一夜雷击，损失可达几百万甚至上千万。雷电作为一种壮观而又令人生畏的自然现象，它已对人们的工作生活、财产造成巨大的破坏。做好智能建筑中电气设备的防雷接地保护措施，对于保障智能建筑的正常运行意义重大。
　　关键词：雷电；智能化系统；设备；防雷；接地
　　一、概述
　　雷电是一种自然放电现象。由于雷电放电电压高、放电时间短，它的产生人类目前无法控制。雷云的生成、移动、放电的整个过程伴随多种物理效应，如：静电感应、高温高热、电磁辐射、光辐射等；这些物理效应的共同作用已严重危害室内智能系统设备的安全运行，甚至危及工作人员的安全。雷电灾害严重性还表现在波及面广，主要有两个方面的因素，首先积聚大量电荷的雷云有较大的活动范围及其放电过程的辐射范围可覆盖达几十公里的范围，其次地面各种网络（电力、通信等网络）的相互渗透、错综复杂，使雷电灾害的范围进一步扩大。在雷击中心数公里范围内都可能产生危险过电压，损害线路上的设备。当雷电直接击中电力线路之时，雷电流需经过电力线路泄入大地。此时，雷电即便未曾击中电力线路，当雷击发生之后，导线上感应的异号电荷就会失掉束缚，从而向导线两端流动，电流通过线路袭击电气设备继而在设备上形成过电压。当过电压高于设备雷电冲击耐受最高电压时，设备会受到损坏。加强电气设备的防雷措施，能够有效保护电气设备运行安全，也是维持电力系统可靠和持续供电的重要一环。
　　二、防雷接地要求
　　智能化接地系统建议采用联合接地，由于采用专用接地系统时必须与防雷接地分开，两者在地下的接地极和引出的线路均要求相距15米以上，以免雷击时通过接地系统对弱电设备产生危险的影响和干扰。这在现代化的建筑密集型城市几乎是不可能实现的，要将各类接地线分开，会造成地线过多过长，易于接收干扰，现代的弱电设备大都具有高数据率，因此其信号频率较高，通过电容耦合，即使分开而彼此间隔相近时，同样会造成回路间的干扰。由于这些原因，最好采用环式接地系统，即将电子设备的机壳连接到一个同一的弱电接地环，弱电接地环再与防雷接地环多点连接，进行联合接地；为了防止雷电反击，所以与防雷接地网进行多点连接，为了减少干扰，尽可能消除各接地点间的电位差，
　　另外，计算机机房或智能化设备间的接地，按其不同的作用分为直流工作接地、交流工作接地、安全保护接地。智能化工程综合布线接地要与设备间、配线间放置的应用设备接地系统一并考虑，符合应用设备要求的接地系统也一定满足综合布线接地的要求。在接地装置中，用接地电阻来表示与大地结合好坏的指标。各种接地的接地电阻值必须参照国家标准GB/T2887-2000《计算站场地技术要求》中的规定。接地就以接地电流易于流动为目标，因此接地电阻越低电流越容易流动。智能建筑中的综合布线系统接地希望尽量减少成为干扰原因的电位变动，所以接地电阻越低越好。
　　三、防雷接地设备构成及安装
　　实际碰到的雷击分为直击雷与感应雷，防雷系统的接地主要有2种方式：一种是分散接地，就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地分别接入相互分离的接地系统当中。另一种是联合接地，它是目前所普通采用的接地方式，即将工作接地、保护接地、防雷接地统一与电子设备所在建筑物地基下铺设的接地网连接，继而有效地避免接地体和系统之间出现耦合影响。
　　防雷的装置分为接闪器、引下线和接地极三个部分。接闪器是防直击雷保护中接受雷电流的金属导体，就具体形式可分为避雷针、避雷网和避雷带。引下线又称作引流器，主要作用是把接闪器承受的雷电流引到接地装置。防雷的接地装置有将直击雷电流发散到大地去的防直击雷接地，有把引下线引流过程中对于周围大型金属物体的产生感应电势的防感应雷接地，还有为防止高电位沿架空线侵入的放电间隙以及避雷器接地。
　　防雷接地引下线安装应该利用自然导体，除非有特殊要求之外，建筑物本身的防火梯、金属柱子、钢筋等都可用以作为接地引下线。建筑物上的避雷针应和建筑物顶部的其他金属物体连接成一个整体。作为接地引下线的自然导体如与大的连接，引下线与接地装置紧固件都要使用镀锌制品。独立避雷针应设置独立的集中在接地装置。安装避雷针及其接地装置时，要用自下而上的程序进行施工。避雷针的引线安装要牢固可靠，避雷针可安装在木杆或用角钢、钢筋混疑土电杆或者圆钢焊接成的金属杆塔之上，还要用接地引下线将其与接地体相接。引下线的下端务秘要同接地装置焊靠，当装在钢筋混凝土杆上时，也可采用基钢筋作为接地引下线；若装在金属杆上时，也可采用金属杆本身作接地引下线而不用另外安装接地引线。
　　四、智能化专用接地系统组成
　　健全的大楼整体防雷系统是基础，而建筑中的智能系统，为能保障其正常、高效运行，在做好专用信号、电源防雷的同时，还应建立完善的接地系统，其具体接地系统组成要求如下：
　　1.接地线：地线网由矩形铜（40×4）排连接成。走线方向按大楼的布线系统。各需要防静电干扰的仪器设备通过铜芯导线与网可靠的连接，使整个系统形成一个独立的防静电抗干扰体系。
　　2.接地体：人工接地体可采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等制成同时，为了增加其导电性、进步其防腐能力，可采用外表镀锌材料。
　　（1）接地体长度为2.5m镀锌角钢（45×45）数目3根。
　　（2）垂直做水平或耙形埋设。
　　（3）角钢间距为2.5m-3m。
　　（4）埋设深度≥0.6m。
　　（5）垂直接地体可用镀锌扁钢焊接而连成一体，接地体引出线与地线网若做锣钉连接需牢固可靠，接点作防腐处理。
　　（6）为了增加接地体的导电性，可对接地体的封环境进行降阻处理。可用石灰、盐、水、木碳酸、金属屑等材料按比例配制进行浇灌。
　　3.防静电、抗干扰接地方案：
　　（1）在建筑结构四周设置四个接地体。
　　（2）在每个接地体与地网线相连处设置一个检测点。
　　（3）四个接地体与地线网可靠连接，使整个接地系统连成一个系统网。
　　4.抗干扰地线是设备系统的低电平信号，同时为了安全起见，需设置一条安全地线，以防外壳感应电对人体的伤害，但要留意其接线方法：（1）内壳与外壳用金属件连成一体，外壳与接地体用金属件连接，须可靠耐用；（2）抗干扰信号地、包括屏蔽线须单独与接地体相连。
　　五、防雷接地带来的问题
　　防雷同接地是统一而不可缺一的。如果只有防雷措施而没有接地，就无法立即放电，相反，如果只有接地而没有防雷措施，设备将正面遭受到电流的强大冲击，任何一种情况的发生，系统都会受到损坏以致报废。除此之外，防电接地在施工过程中也会带来一系列其他的问题。在设计防雷系统时考虑如何通过合理配置，避开能够避免的问题，并且将不可避免的问题所带来的问题损失最小化，从而有效确保系统的稳定工作，发挥出系统防护工作最佳效果。就存在问题来说，主要体现在如下几个方面：
　　1、损坏变压器。以两种情况举例来说：第一，逆变换过电压。过电压首先是由高压进波引起的，再从低压电磁感应到高压绕组，叫做逆变换。冲击电流只在低压绕组中流通，高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡。因此，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很大的零序磁通，使高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定，此种感应电势会沿绕组分布，在中性点幅值最大。层间和匝间的电位梯度也会增大，可能会发生层间和匝间绝缘击穿，而中性点绝缘也容易被击穿。第二，正变换过电压。由于低压进波在高压线路侵入时，配电变压器低压绕组就有冲击电流通过，冲击电流按匝数比在高压绕组上产生感应电动势，使高压侧中性点电位大大提高，它们层间和匝间的梯度电压也相应增加，当高压绕组上的层间梯度电压有的超过配电变压器的层间绝缘全波冲击强度1倍以上，变压器层间绝缘就会很容易被击穿。
　　2、干扰信号系统。信号防雷器主要由陶瓷气体放电管和4个快恢复二极管及1个双相瞬态电压抑制二极管组成。气体放电管具有高绝缘电阻和低电容，瞬态管也有较高的工作阻抗，因此均不会对系统造成干扰。问题在于4个快恢复二极管组成的高速桥，快恢复二极管是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，其正向压降很低，一般视频或网络线路电压为几伏至几十伏，因此尽管有分压电阻，二极管仍很容易导通，与地网相连，这样必然造成视频或网络线路工作电流的分流，使信号衰减。因此，在智能化工程监控系统防雷的施工过程中，当在网络线路上安装防雷器并且再接地之后发现监视器无法显示或出现雪花点，网络则出现数据丢包或失常。在线路上装上防雷器件但不接地时，对系统无干扰或者干扰甚微，而当接地后，系统出现上面的一系列问题，由此可知，问题是由于防雷器件接地而引起的。该现象与视频或网络信号防雷器的构造有关。
　　六、结束语
　　随着建筑智能化的建设投入越来越大，智能技术所发挥的作用越来越强，如何保证建筑物内电气设备不受雷电的侵害，对于保障国民经济发展和人民生命财产都有非常重要的意义。防雷是一种系统性工程，要求从多方面进行综合考虑，才能达到理想的防雷效果，但防雷接地保护是其中一种十分重要有效的且不可缺少的手段。
　　参考文献：
　　1.《智能建筑技术与设计》阎俊爱清华大学出版社2005-10-29
　　2.《智能建筑电气设计手册》陈一才中国建材工业出版社1999-08-01
　　3.《电子信息系统防雷接地技术》周志敏等人民邮电出版社2004-7-1
　　4..《建筑防雷设计规范（2000年版）》GB50057-94

《浅谈建筑中智能系统的防雷接地技术》

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