智能建筑防雷系统的设计.docx
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智能建筑防雷系统的设计
（等电位连接）
1m10010
50
13
20
过2根以上主钢筋与接地体和接地网格连接辅助等电位铜排：
在每个楼层弱电井内或配电箱内设置辅助等电位铜排，其截面积按照保护接地干线选择，辅助等电位铜排上钻一些孔。
各个房间的设备及其附近的金属管道和构件保护接地可以接到辅助等电位铜排。
4．防雷击电磁脉冲在避雷针、避雷带和防雷接地情况良好时，还应该注意防止雷击电磁脉冲（,）对电子设备的危害。
雷击电磁脉冲的入侵途径主要通过避雷针及其引下线或电子设备的供电线路，此外还可通过天线及其馈线、计算机或电话网络线路。
因此，应该注意采取全面而有效的措施，防雷击电磁脉冲可以采取屏蔽、接地和电涌保护器。
（1）屏蔽（）屏蔽的主要目的是减少电磁干扰，对各种通信设备、电子计算机，精密仪器和各种微电子设备进行防护。
建筑物内部的这些设备，不仅当防雷装置接闪时设备受到电磁干扰，而且由于本身性能的灵敏度，打雷时雷电波的电磁辐射，甚至其他建筑物接闪传来的电磁波也会对其发生影响。
因此，在建筑物和房间外部设屏蔽，屏蔽可以用建筑物钢筋和金属支架或金属框架。
对重要机房，如大型计算机房或重要电子设备的机房，应该采取屏蔽措施。
可以利用建筑物钢筋混凝土内的钢筋连接起来，
⑵（）
（）
（45m）
）352
进入建筑物时，电缆的金属护套或光缆的金属构件应有良好的接地。
综合布线系统有源设备的正极或外壳，与配线设备的机架应绝缘，并用单独导线引到接地汇流排，与配线设备、电缆屏蔽层等接地，采用联合接地方式。
此外，综合布线时还要注意：
电源线不要与网络线同槽架设，数据插座与电源插座保持一定距离。
广域网线缆不要与局域网线缆同槽架设。
网线在墙壁布置时，有条件时应远距离安装。
屏蔽槽有厚度要求，要求两点接地。
二、高层建筑防雷系统设计
1.设计原则
可靠性原则设计雷电防护工程应最先考虑的问题就是可靠性。
在工程的设计中不一定要求最先进，但一定要用最成熟、可靠的产品和技术。
有些新技术确实在某些方面具有优势，但还需用更多的时间去考验。
在网络系统的雷电防护中应当选择被广泛应用和证实的可靠产品和技术。
提高系统可靠性首先要选用备份回路，出现故障时能够迅速恢复且有适当的应急措施；其次采用热插拔及声光报警功能，故障处理无须停机且便于用户及时发现处理。
实用性原则配置防雷保护系统不是给用户花钱，而是保护用户的投资，保证网络系统的正确运行；实用性最大限度地满足实际工作要求，从实际应用的角度来看，这个性能更加重要。
开放性、可扩充性与可维护性原则雷电防护技术是不断发展变化的。
为了保证用户的投资，所选产品必须符合国际标准及流行的工业标准，结构应当是先进的、开放的、可扩充的，能够满足日益扩充的需要。
这样，才能对网络的未来发展提供保证。
2.高层建筑弱电系统的接地弱电系统的接地对于信息传输质量、系统工作稳定性、设备和人员的安全都具有重要的保证作用。
不正确的接地方式，可能会造成系统不能正常工作。
弱电系统的接地可以分为单独接地和共同接地两种方式，目前国内外都采用共同接地方式。
当采用共同接地时，接地体以采用自然接地体为主。
当自然接地体接地电阻满足规定值要求且基础的外表面无绝缘防水层，基础内钢筋连接成电气通路，形成闭合环（闭合环距地面不小于0.7m）时，可不再另设人工接地体。
其设计原则如下：
建筑物弱电系统防雷是一个系统工程，必须综合考虑，将智能大厦外部防雷措施和内部防雷措施等各种因素作为整体，统一考虑。
3.安装防雷接地线的注意事项如下：
（1）接地线、引下线固定点间的距离，水平直线部分一般为1m~1.5m，垂直部分为1.5m~2m，转弯
部分为0.5m。
接地装置采用焊接，所有外露焊接点应进行防腐处理。
（2）扁钢接地线、引下线搭接长度为扁钢宽度的两倍，且最少三面焊接。
（3）圆钢接地线、引下线搭接长度为圆钢直径的六倍，且两面焊接。
（4）明装接地线、引下线在地面以上1.7m长的一段，用角钢或钢管保护。
（5）接地体不宜埋设在污水排放和土壤腐蚀性强的区段；当难以避开时，其接地体截面应适当增大，镀层不宜小于100gm。
4.电子设备的接地
（1）
（2）
（3）
（4）
（2）安全保护接地为保障人身安全的接地，将具有机柜的机壳，用一根根绝缘导线串联起来，再用接地线将其接地或者接到配电框的中线上。
（3）直流工作接地计算机系统的直流地对不同的计算机系统有不同的处理方法，一般分为直流地悬浮和直流地直接接大地两种，从安全角度而言，直流地应直接接大地。
直流地的接法一般有串联接地，并联接地和信号基准电位网三种类型。
其中信号基准电位网，即网格地方法较好。
直流网格地是用一定截面积的铜带，在活动地板下面交叉排成600X600的方格，其交叉点与活动地板支撑的位置交错排列。
为使直流网格地和大地绝缘，在铜带下应垫2〜3厚的聚氯乙烯板或绝缘强
度高、吸水性差的材料，作为直流网格地的绝缘体。
（4）防雷接地防雷接地应按国家标准《建筑防雷设计规范》执行。
电子计算机的三种接地装置可分开设置，如采用共同接地方式，其接地系统的接地电阻应以各种接地装置中最小一种接地电阻为依据。
若与防雷接地系统共用，则接地电阻应W1Q,并且采取防止反击措施，如防雷装置与其他接地物体之
间保持足够的安全距离。
直流工作接地的引下线一般宜采用截面不小于352的多芯铜线，直流工作接
地与交流工作接地装置之间的电位差应小于0.5V。
应采用总等电位连接，各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间等的接地应采用局部等电位连接。
接地极当采用联合接地体时，接地电
阻不应大于1Q,当采用单独接地体时，接地电阻不应大于4Q。
三、雷电对电子设备的影响
1．电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道雷电远点袭击电力线电力线输电方式是由发电厂通过升压变压器升压后，输电至低压变压器，经低压变压器的输出供应用户。
由于我国的电压基本波形是50
的正弦波形，在电力线上形成每秒50次的交变磁场，如果遭遇雷害，在雷电未击穿大气时，将呈现出高压电场形式。
根据电学基本原理，磁场与电场之间是相互共存可逆变化的，那么雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。
假设电力线杆高5m，那么在相对湿度25％时，击穿5m空气，需要15X106雷击高压（3000V/）。
如果在相对湿度95%时（下雨时）,击穿5m空气需要5X106雷电击高压（1000V／）。
电力线上的交变磁场对雷云的吸引，小于大地的静电吸引。
如果雷云击穿5m空气入地，需要很高的电压，所以雷电首先击在电力线上，且从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。
在高压线上的表现为击穿变压器的绝缘，在变压器低压端与负载的连线上遭雷击，损失的是用电设备。
由于变压器低压输出端是三条相线，雷电击在火线与大地放电，就等于火线与零线放电通过电力线直接击穿用电设备的电子元件。
一般电子设备线与外壳的耐压为每分钟l500V，火线与零线耐压为工业级550V〜650V。
这么低的耐压一旦遭受远点雷击，必将击坏用电设备。
为此，在选择防雷器时，首先考虑远点雷击。
雷电近点袭击电力线所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击用电设备所在的建筑物避雷针，从而引起雷电电磁脉冲的保护问题。
雷电打在建筑物避雷装置上，按照5005794《建筑物防雷设计规范》规定，定义大楼接闪电能力为波形10X350g三角波，雷击电流为150。
避雷针引下线由于线路电感的作用，312定义最多只能将50%的电流引入大地。
100余米高的大楼，它的引下线电感为155田左右（1.55田/m）,312定义电感大于37.5田，则发生侧闪雷击。
也就是说，10X350必直击雷引下线只能引下50%的雷击电流，余下的电流将通过电力线屏蔽槽、水管、暖气管、金属门窗等与地面有连接的金属物质联合引雷，但只引下少部分雷电流，余下总电流的25%在大楼流窜至输入输出负载的电源线、局域网线等，击穿小型机局域网端，最终由逻辑地线处下泄入地。
对设备而言，部分雷电
流将由输入电源线对交流地线进行，泄放，输出/（逻辑地），/泄放，小型机/，局域网线对逻辑地线等进
行泄放。
最终结果，将击穿输出对地线和输入对地线端，小型网电源对逻辑地线，网口对逻辑地线。
为此，必须对输入输出火线零线对交流地和直流逻辑地进行保护，必须对小型机、服务器及其他重要
终端进行等电位保护，对网口进行保护，只有堵死一切雷电导入的端口，才能有效地保护设备免受雷电的侵害。
错相位雷害如果描述雷电发生时用肉眼可识别闪电为一组雷击，每次不少于26个雷，它有大小和发生先后的区别。
如果一个高能量雷打在一条火线上，而另一个低能量雷打在另一条火线上，线—线之间就会产生一个电压差，侵入设备。
这种侵害齐备的现象，称错相位雷击，又称雷电的二次破坏。
对三相而言，它的输入和输出端，应当安装线与线之间的保护，才能更全面、更立体地保护电子设备。
堵死雷电由电力线入侵电子设备，应该从远点雷击、近点雷击和错相位雷击三种雷击现象入手，实施全方位的保护，才能在发生雷击时，有效地保护设备。
2.雷电作用下建筑物内感应雷害雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地。
引下线自上而下产生一个变化
旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络等相对切割磁力线，产生感应高压且沿线路传输击毁设备。
由此可知，雷电产生的感应电压无孔不入，它可危及机房内所有的电器。
上海一座邮电智能大厦一次雷击，4台服务器遭受雷击，80多条广域网络线端口及4台网络交换机的45端口全部损坏；广东省1996年计算机系统遭受雷击损失五亿元人民币。
感应雷的能量虽小，但电压较高。
所以，对感应雷害的防护应该是全面的防护。
3.雷电作用下的网络雷害
（1）广域网络一般讲，广域网络通常不遭受直击雷的破坏，2的铜线遭受10的雷电袭击，它自身就断了。
所以，广域网的雷害主要是感应雷害，击穿方式为线对线和线对机壳（地）。
在73—1988《计算机
信息系统防雷保安器》标准中，广域网保护的最大雷电流为5。
连接广域网一般有以下三类：
一类是
租用专线；一类是专线；一类是帧中继以及微波通信方式。
对于专线的接收端口，它的耐压应为5倍工作电压，即25V，传输速率W2，插入保安器，使之在雷电作用下，短路保护5电流，而端口残压小
于25V；而对于话线备份来说，它的工作电压为48V加上振铃电压共计175V。
插入保安器，保安器的启动电压185V，残留电压小于330V，因为调制解调器的耐压为330V。
保护模式为线对地、线对线，广域网遭受雷击的概率较大，一般在28％左右。
（2）局域网在局域网的传输电缆中，常常采用电缆。
电缆的4对线中两对线（1-2；3-6线对），一对线
接收、一对线发送，采用45接口方式。
既然局域网电缆采用45型是—收一发，那么应按两对线进行雷电保护。
我们做过一次试验，在一条连接服务器的网线旁边，约距网线0.5m处，采用雷击发生器对网线0.5m处一条金属线发射雷电流。
由小到大，发射电流为10，周边磁场污染了网线，瞬间服务器端口、芯片被击穿。
这时，示波器记忆感应高压为100V。
在机房的综合布线中，施工人员为了布线工程的美观漂亮，把很多网线放在墙壁内，没有考虑对电缆的屏蔽处理，一旦大楼某些钢筋泄放雷击电流，都将引起感应高压，从而击毁设备。
另外，对于网络系统，由于雷电引起的电磁脉冲，在机房内产生3X10—4T的变化电磁场，必然引起
网卡端口芯片的烧毁。
4.雷电作用下的二次效应—雷电高压反击雷雷电袭击建筑物避雷针，由引下线将雷电流引入大地。
由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部地与大地负电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，输出、输入端被击穿，小型机及其他网络设备连接端口被击穿。
这种反击电压少则数千伏，多则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。
5.雷击引起的人身安全问题雷电泄放大地，由于地电阻较大，不能马上泄放，从而引起地电位升高。
由于机房直流逻辑地线和交流配电保护地线不在一点入地，将两个电位值引入机房。
这时，一个操作人员的一只手摸在输出负载外壳上（即小型机），而另一只手（或身体）摸在交流配电地线上（如空调），两个电位值将通过操作人员的身体短路，造成操作人员伤亡。
美国1996年为此而死亡198人，南方某省在报导雷击死亡的170人中，有相当一部分是为此而伤亡的。
所以防雷保护设备的确很重要，但是保护人身安全更重要。
依据《建筑物防雷设计规范》（50057—94）的规定，对建筑物大楼安装提前接闪避雷针，以保护建筑物免遭雷击。
由于雷电具有极大的破坏性，其电压可达几十万伏，甚至数百万伏，瞬间电流高达数十万安培，每年世界各地因雷电造成人畜伤亡，各类建筑物、高压输电线路、易燃易爆场所等各类设施受破坏的重大事故不计其数。
随着高科技的发展，在电子设备、计算机网络、供电设备、通信广播、气象观测、卫星接收、雷达导航等领域，雷击危害日益严重。
因此，防雷问题越来越受到人们的重视。
防雷主要考虑建筑物的重要性和特殊地理位置，以及内部人员和设施的重要性。
四、防雷系统工程的施工
1．系统防雷技术概念根据国际电工委员会81防雷专业委员会颁布的雷电防护的基本标准024—1《建筑物防雷》和312—1《雷电电磁脉冲的防护通则》，雷电分为直接雷击和感应雷击两种。
雷电直接打在建筑物的避雷针上，由引下线将雷电流引入大地的同时，引下线上由于雷电流的通过，产生快速的运动磁场，用电设备相对切割磁力线产生感应高压，从而破坏用电设备。
雷电流的脉冲宽度为10／350PS（微秒）。
直接雷击是雷电直接打在各种电力线、信号线上，由此直接将雷电高压引入机房，直接破坏机房内的设备。
雷电流由于直击雷脉冲较宽（10/350us），雷电流较大，所以破坏力巨大，属于相对毁灭性破
坏。
直接雷击的防护是312标准的重点规范和防雷规定。
因为，直接雷击引起感应雷击，直接雷击的能量是感应雷击能量的数十倍。
根据国家50057—94《建筑物防雷设计规范》的规定，对国民经济有重要意义的智能大厦属于2类防护单位，应该执行针对10/350us的标准，且要防护雷电流150对建筑物的破坏。
建筑物内部的计算机机房用电设备也必须承受10/350us75的雷电流的冲击。
所以，在考虑机房系统雷电防护时，应首先考虑机房内10/350us75的直接雷击防护，其次考虑8/20us感应雷击的防护。
2．防雷产品及其技术指标在具体的保护设计及设备装调试过程中，良好的防雷产品、配套的实施方案、装置组装生产过程以及雷电过压的冲击检测试验，也是十分重要的。
（1）插入式电网过电压保护器
是单相导轨密闭式过电压放电器（阀门式放电器），根据不同的应用场合分别作为初保护和中间保护。
为保护在许多电线上产生的过电压，可以并行地安装在一起且在接地端通过桥接件连接在一起。
根据目前技术准则的要求，中装有热敏分离装置。
当太频繁或能量极大的过电压造成的过载出现时，热敏分离装置将电网与保护元件—高效率的压敏电阻分开，在插头正面的故障显示器将会提供信号。
当保护元件与电网分离时，使用带有标记的插座元件可做远程报警。
远程报警在模块中是转换触点，通过附带的三针与外部连接。
由插头和插座两部分组成。
其优点是：
做绝缘试验时带保护元件的插头可拔出，或当保护元件超载后无需中断供电即可更换保护元件。
插头具有五种工作电压的类型，通过机械编码系统使得插头与插座工作电压相配。
供用户选择还有另—种整体化的放电器，它的两端都有双层接线端子。
这种端子保证在每端同时接入导线及叉型的短接桥。
新的桥接系统为安装放电器的接线提供可能性，也可用于自动保险器及（保护开关），用于单相或多相
供电电压。
中级保护／的安装位置根据不同的应用，分别在建筑物或工业装置的主配电或二次配电处。
为了实现全面的电网保护，应当安装雷击电流放电器及仪器保护元件。
（2）雷击电流放电器雷击电流放电器（00—，60—400）拥有高技术新材料专利和外形专利，材料采用稀有金属合金材料，利用钛系金属达到7000°C的熔点，利用强抗氧化材料防止氧化，用负膨胀系数材料达到膨胀系数为零，
采用半导体材料做稳定材料，寿命可达10万次以上。
外形采用专利的角形放电间隙，可以自动熄灭最大为100的雷击电流（或20的浪涌电流）及最大20的工频短路电流（或称工频故障电流，通常配电站是小电阻接地，当电网的正弦波为正向30度时发生雷击时，极易引起工频短路）。
（3）雷击电流放电器—雷击电流放电器—是为在低阻抗电源网中的应用设计的，其特性是具有极大的消除电网后续电流的能力。
因此，可以直接应用于低压变压器的附近。
它的显著的“电流制动器”的特征使得即使具有较小标称值的保险丝，但由于在中电网后续电流较小，所以也不会被熔断。
这使它广泛地应用于具有较小的电流值及较小的输入端保险丝的设备中。
由角型火花隙和撞击板组成，在壳体中装有灭弧金属片。
这些金属片将在放电过程后产生的电弧分成
它使被保护
许多极小的分电弧，由此产生的燃烧电压可以消除极大的电网后续电流。
这是基本的优点设备的安全性和无中断的运行得到显著的提高。
（4）12
采用火花隙2，可在电网的放电器应用中提高人身安全性。
以前，无论何种电网类型，所有接在L1，
L2，L3和N线上的过电压放电器都直接与地及相连接。
尽管具有较高的放电功效，超载并不能完全排除。
其后果是产生在L至间漏电流，直至热敏断开装置动作。
根据工作原理，要求过电压放电器接在故障电流保护开关的前面，因此无法断开这种故障电流。
由于在网中较高的接地电阻的存在，故障电流并不会强制达到足以使前置保险丝断开的数值。
这个问题的解决办法是使用2的网方案。
为了保护相线，首先在L1，l2，13与N之间分别接入一个过电压放电器／。
在N和之间接入总和电流火花隙2。
人身安全系统的提高是这样实现的。
当在／中的压敏电阻超载时，入地的漏电流在L和N间产生一个工作电流，经过一个短暂的时间热敏断开装置切断这个电流。
由于组合电流是由全部过电压放电器的分冲击电流组成的。
火花隙必须具有很大的放电功效。
2可驾驭来自L1，L2，L3和N的全部冲击电流。
鉴于其功能特点，2仅可作为总和电流火花隙接于N和之间
12的外形轮廓与“模块化放电器系列”中的其他产品相同，因此可用现有桥接件与其他产品连接。
3.防雷装置的设计安装防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成。
避雷针及引下线及接地装置，采取自下而上的施工程序，先安装接地装置，再安装引下线，最后安装接闪器。
（1）接闪器安装在屋面上安装避雷针，在混凝土支座内预埋好地脚螺栓，在避雷针支座底板上相应位置，焊上一块肋板，再将避雷针立起，找直；找正后进行点焊，然后加以校正，焊上其他三块肋板。
引下线焊接牢固，屋面上若有避雷带（网）还要与其焊成一个整体。
明装避雷网是在屋顶上部以较疏的明装金属网格作为接闪器，适用于建筑物的屋脊、屋檐或屋顶边缘，对建筑物的易受雷击部位进行重点保护。
明装避雷带（网）采用镀锌圆钢或扁钢制成，镀锌圆钢直径12；镀锌扁钢25X4或40X4。
圆钢或扁钢在使用前，应进行调直加工。
暗装避雷网是利用V形折板内钢筋作为避雷网。
折板插筋与吊环和网筋绑扎通长钢筋应和插筋、吊环绑扎。
折板接头部位的通长钢筋在端部预留钢筋头l00，便于与引下线连接。
利用压顶板内的通长钢筋作为建筑物的暗装防雷接闪器；当压顶为预制混凝土板时，应在顶板上预埋支架，设置接闪带，防雷引下线采用不小于直径10的圆钢。
引下线的数量和位置可由工程设计决定，一般设在建筑物伸缩缝的两侧以及每隔间距不大于18m处。
暗装避雷网是利用建筑物屋面板内钢筋作为接闪装置，而将避雷网、引下线和接地装置三部分组成一个整体较密的笼式避雷网。
建筑物高度超过30m时，30m及以上部分建筑物内钢构架和钢筋混凝土的钢筋互相连接，利用钢柱或钢筋混凝土柱内钢筋作为防雷装置引下线，并将30m及以上部分外墙上的栏杆、金属门窗等较大金属物直接与防雷装置连接。
每樘金属门、窗至少应有两点与防雷装置相连。
高层建筑物防雷装置施工时，须使建筑物内部的所有金属物体，构成统一的电气导通系统。
除了建筑本身的梁、柱、墙及楼板内的钢筋需要互相连接外，建筑物内部的金属机械设备，电气设备及其互相连通的金属管路，都必须构成电气的连接。
（2）防雷引下线的敷设防雷引下线是将接闪器接收的雷电流引到接地装置，引下线有明敷设和暗敷设两种。
引下线采用圆钢或扁钢，圆钢直径为8；扁钢截面积482，厚度为4，安装在烟囱上的引下线，圆钢直径为12;扁钢截面积2，厚度为4。
一级防雷建筑物专设引下线时，其根数不应少于两根，间距不应
大于18m;二级防雷建筑引下线的数量不应少于两根，间距不应大于20m;三级防雷建筑引下线的数量不应少于两根，间距不应大于25m。
当引下线位置确定后，明装引下线应随建筑主体施工预埋支持卡子，将圆钢或扁钢固定在支持卡子上，作为引下线。
一般在距室外护坡2m高处，预埋第一个支持卡子，在距第一个卡子正上方1.5m~2m处，用线坠吊直第一个卡子的中心点，埋设第二个卡子，依次向上逐个埋设，其间距应均匀相等，支持卡子应突出外墙装饰面15以上，露出长度应一致。
暗敷设引下线一般使用截面不小于直径12镀锌圆钢或25X4镀锌扁钢。
引下线沿砖墙或混凝土构造柱内暗设，配合土建主体外墙施工。
将钢筋调直后先与接地体连接，由下至上层放钢筋，敷设路径应尽量短而直，直接通过挑檐板与避雷带焊接。
明敷设引下线必须调直后方可进行敷设，建筑物外墙装饰工程完成后，将调直的引下线材料运到安装地点，用绳子提拉到建筑物的最高度，由上而下逐点使其与埋设在墙体的支持卡子套环卡固，用螺栓或焊接固定。
防直击雷装置的引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土中的钢筋，既节约钢材，关键是比较安全。
接地装置由多个分接地装置组成时，应按设计要求设置便于分开的断接卡子，自然接地体与人工接地
体连接处应有便于分开的断接卡。
断接卡有明装和暗装两种，断接卡子可用小于40X4或25X4的镀
锌扁钢制作，断接卡应当使用两根镀锌螺栓拧紧。
引下线的扁钢与断接卡的扁钢应采用搭接焊，搭接的长度不应小于圆钢直径6倍，且应在两面焊接。
明装引下线不应套钢管，以免接闪时感应涡流和增加引下线的电感，影响雷电流的顺利导通。
明装引下线在断接卡子下部，应外套竹管、硬塑料管、角铁和开口钢管保护，以防止机械损坏。
保护管深入地下部分不应小于300。
当引下线长度不足，需要在中间接头时，引下线应进行搭接焊，扁钢引下线搭接长度不应小于宽度的
2倍，最少在三个棱边处焊接；引下线为圆钢时，搭接长度不应小于圆钢直径的6倍，且应在两面焊
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