智能建筑雷電防護技術的應用研究

瞿明，萬瑞霞

(蘭州資源環境職業技術學院機電工程系)

智能建筑雷電防護技術的應用研究

瞿明，萬瑞霞

(蘭州資源環境職業技術學院機電工程系)

對智能建筑防雷技術的實際應用進行了研究。智能建筑融合了計算機、通信和控制技術，建筑內部應用了大量的微電子設備，容易受到雷擊而損壞，建立和完善智能建筑的綜合防雷體系是非常必要的。防雷的措施主要包括建筑外部防護措施和內部措施，合理選擇雷電防護技術以形成建筑物的雷電防護體系。

智能建筑；雷電防護；外部措施；內部措施

1 引言

雷電作為一種大氣放電的自然現象，會對建筑物造成破壞，給社會帶來直接或間接的經濟損失。隨著與傳統建筑物不同的智能建筑物不斷增多，如何建立起有效的智能建筑防雷體系，是智能建筑領域中備受關注的問題[1]。

2 雷電發生的種類

在雷雨時節，常常會出現伴有巨大響聲的放電和閃光現象，這便是直觀感受到的雷電。雷電現象是由帶有異種電荷的云層之間、或帶有大量電荷的云層與大地之間形成的強烈放電而產生的。

云層與大地之間的放電，會對建筑物以及人、畜造成危害。雷擊通常有三種形式：

1）具有大量電荷的云層與地面物體某點間出現強烈放電現象，稱為“直擊雷”；

2）直擊雷發生后，云層中的電荷快速消失，但在地面中散流電阻較大的范圍內產生局部高壓放電；或者當直擊雷發生時，較大的脈沖電流對周圍的金屬物體發生電磁感應生成高壓，造成閃擊，稱為“二次雷”或“雷電感應”。

3）暫態的高電位引起的反擊，造成閃擊。

3 智能建筑防雷的必要性

在我國智能建筑于90年代起步發展，至今已經形成龐大規模。智能建筑的主要標志是4C技術：（construction）建筑技術、（control）控制技術、（computer）計算機技術、（communication）通信技術。將計算機、 控制和通信技術融合于高大和功能性明確的建筑物，使得建筑內部形成計算機控制網絡，這樣的建筑物智能程度高，將會為人們舒適的生活提供硬件平臺。

智能建筑的內部其實是由計算機網絡來進行控制和管理的系統。建筑的內部應用了大量的計算機和通信等微電子設備。在雷電活動的區域內，建筑物的供電電源、計算機、通信等設備會因不明原因造成損壞或死機。這些故障極有可能是雷電活動影響所致。這說明建筑物中的傳統防雷系統很難阻止電磁脈沖、雷電感應等雷電活動的影響。

大量微電子器件在智能建筑內部的使用，使雷擊的對象不僅是建筑物本身，還包括建筑物內的計算機和控制設備。這些設備通常工作電壓低、絕緣水平低，非常容易受到雷電感應的影響。智能建筑的出現對防雷技術和標準規范的制定提出了新的要求，只有在防雷設計施工中結合智能化子系統的特點，完成相關的防雷設計，才能真正對智能建筑起到有效的防護作用。

4 智能建筑的雷電防護等級

參照不同的建筑雷電防護標準[3]，可認定智能建筑物應根據建筑本身的重要性、智能化設備的使用和集成情況、發生雷擊后可能產生的影響等多方面因素，將智能建筑的雷電防護水平的劃分為三個等級。

智能建筑物的雷電防護等級也可按表1確定。

表1 智能建筑的雷電防護等級劃分

5 防雷的技術措施

5.1 防雷的外部措施

防雷的外部裝置主要由接閃器、引下線、接地裝置等部分共同構成。通常外部防雷裝置都裝設在被保護建筑上。

5.1.1 接閃器

接閃器主要有避雷針、避雷網、避雷線等幾種形式。在使用中，對接閃器的高度、寬窄、長短等尺寸都進行了規定，需要按照要求選擇不同的接閃器?，F代建筑在設計時可以利用屋頂的建筑裝飾構成接閃器，能起到裝飾和防雷的雙重作用。接閃器的外觀樣式并不重要，它的耐流、耐壓的能力是最重要參數。另外，接閃器的連續接閃能力也是衡量接閃器的重要指標。智能建筑的屋檐、陰陽角、屋脊等部位都應當設置避雷接閃器，以保證智能建筑的正常運行。

5.1.2 引下線

引下線是接閃器導體的中間部分，也是接閃器的延續，通常由若干并聯的電路通路構成。常見做法是利用建筑物自身的主體結構中主要鋼筋或者剪力墻中的鋼筋作為隱蔽在建筑內部的引下線，也可以利用建筑中的一些金屬構件作為建筑的引下線。引下線是連接接閃器、接地裝置的中間導體，可以通過多條并聯的電路實現對雷電流的分流、分壓作用。在引下線的安裝中，需要注意它的長度、線徑、數量和線間間距等，避免安裝的引下線起不到應有的保護作用。

5.1.3 接地體

接地體的安裝應當具有適當的組成形式，這樣可以避免出現接觸電壓或跨步電壓，為確保不產生危險，接地裝置的形狀和尺寸都非常重要。從防護雷擊的角度來看，建筑物采用單一的共用接地裝置是比較好的，可以適應于不同的用途。

在智能建筑的設計中，最好能夠將建筑的柱子或者樁基中的鋼筋作為接地裝置，或者用底板基礎中的鋼筋網做接地裝置，從而形成一個接地裝置體。防雷接地裝置盡量選用建筑的基礎，但采用防水水泥等人造材料水泥制作基礎時，一般不采用基礎內的鋼筋來作為接地裝置，應當采用其他辦法制作接地裝置。接地裝置的作用是否能夠達到預期效果，還與接地電阻有關，接地電阻選用時阻值應當滿足設計規范，電阻的阻值越小越好[2]。

5.1.4 等電位連接措施

在智能建筑物內部應裝設均壓環，均壓環間的垂直距離不應大于12m，所有的引下線、建筑物的金屬構件、金屬設備都應該連接到均壓環。如果是高度超過30m的智能建筑，應裝設避雷帶或者將欄桿等金屬物與防雷裝置相連接。

5.2 防雷的內部措施

建筑物的內部防雷設施的作用主要是防止雷電感應和雷電波侵入等，這不僅可以減少侵入建筑物內部的雷電流和由雷電產生的電磁效應，還可以防止建筑物對雷電的反擊、雷電壓和跨步電壓形成的二次雷擊損害[4]。

5.2.1 屏蔽

為減小電磁感應的損害，可采取外部屏蔽、合理的布線和線路的屏蔽措施來實現防護。對于屏蔽的措施，目前頒布的《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》（GB /T 50311-2000）中做了詳細規定。屏蔽主要針對電場和磁場進行，對于智能建筑中的大量微電子設備，可以使用設備屏蔽、線纜和管道屏蔽等措施。還可以對電子電氣設備采用金屬管線包裹來增強電磁脈沖屏蔽的效果。

5.2.2 等電位連接

在現代的防雷理論中，最重要的是采用均壓等電位的連接。根據設備的所處空間，需要對內部和對穿越界面的金屬部件在各區界面進行等電位的連接。

等電位的連接可以有效減小防雷空間中各個金屬部件與各個子系統之間的電位差，避免電位差導致電子信息系統的損壞。等電位連接的主體有：建筑物內的金屬構件和管道、供電線路、防雷裝置、電子信息子系統。采用連接排或浪涌保護器進行等電位連接，如圖1所示。

5.2.3 電涌保護器（SPD）的設置

當建筑物中電氣線路會穿過不同防雷區域的交界面時，需要安裝（SPD）浪涌保護器。安裝在不同位置的浪涌保護器需要協調配合，可以根據各個浪涌保護區的能量耐受能力進行合理的承載值分配，最終將雷擊威脅減小至設備可以承受的浪涌能力之內[5]。

5.3 智能建筑中的新技術應用

5.3.1 提前放電避雷針

為加強智能建筑的防雷效果，可以使用提前放電避雷針，該避雷針可以解決傳統避雷針被動接受雷電閃擊的不足，還能降低二次雷擊的損害。其工作原理為：來自閃電發生之前地面與云層間的電勢差能量，可以在雷擊產生之前形成先導，擴大了雷電保護的范圍[6]。

新的提前放電避雷針可以精確地接受雷電閃擊，實現放電，實現主動式引雷。提前產生的向上先導，使得避雷針相當于增加了長度，擴大了避雷針的保護范圍，其內部結構如圖2所示。

5.3.2 網絡防雷器

新型的網絡避雷器具有電容量小、通流量大、殘壓低等優點，能夠將電力電子設備、信號線路和大地構成等電位體，雷電流可以阻擋在建筑外或導入大地，保證建筑內部設備的安全。

6 結束語

今后，智能建筑的數量會逐漸增多，鋼筋混凝土的建筑結構也會廣泛應用，建筑物受到雷擊的概率會大量增加，制定出與之匹配的防雷體系是非常必要的。對建筑物的雷電保護是一個復雜的系統工程，涉及氣象、電氣、建筑等多個領域的技術，需要各行各業的技術人員共同努力，為智能建筑的安全可靠運行提供技術保障。

【1】陳軍兵.高層智能建筑及其弱電系統防雷論述[J].門窗，2012(5)：80-82.

【2】毛予暉，沈叢軍，劉瑛.防雷接地引起的問題探討[J].現代農業科技，2011，6.

【3】中國機械工業聯合會.GB 50057-2010 建筑物防雷設計規范[S]，2010.

【4】中國氣象局雷電防護管理辦公室.1998-2004 年《全國雷電災害典型實例匯編》.

【5】馬宏達 .建筑物防雷的變與不變[J].建筑電氣，2002，21（2）：26-28.

【6】曾山佰.智能建筑綜合雷電防護技術探索與研究[D].南京信息工程大學，2006.

Application Research of Intelligent Building Lightning Protection Technology

QU Ming，WAN Rui-xia
（Mechanical and Electrical Engineering Department of Lanzhou Re sources and Environment Voc-Tech College）

The application of intelligent building lightning protection technology is studied. Intelligent building integration of comp uter,communication and control technology, the construction of inter nal application have a large microelectronic equipment, vulnera ble to lightning damage. Establish and perfect the comprehensive light ning protection system of intelligent building is very necessar y, lightning protection measures mainly include building external protective measures and internal measures of lightning protection system, a reasonable choice of lightning protection technology to form a building.

intelligent building; lightning protection; external measures; internal measures

10.13655/j.cnki.ibci.2015.04.031