智能防雷(「电力电气」现代智能建筑防雷技术应用研究)

Posted 2023-05-29

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智能防雷(「电力电气」现代智能建筑防雷技术应用研究)

　　随着城市化进程的加快，建筑高度不断增加，使得现代城市建筑更容易遭受雷击。现代智能建筑同样是以高层建筑为主，在保持建筑高度特征的同时，在建筑内设置了大量的智能化设备，如网络系统、电梯系统、火灾自动报警系统、光电系统、自动化控制系统等，结构复杂，过电压能力低，一旦遭遇雷击，带来的事故将会是灾难性的。对此，应该切实做好现代智能建筑的防雷工作。

　　1.智能建筑中雷击的作用形式

　　雷击会对智能建筑中的设备、线路、人员等产生不良影响，引发设备损坏、数据丢失乃至人员伤亡问题，需要切实做好预防工作。在现代智能建筑中，雷击的作用形式体现在3个方面：

　　①直击雷。即雷电直接作用在智能建筑表面，给智能建筑带来的损伤表现为电热效应和机械效应。不过因为高层建筑一般都设置有相应的避雷针、避雷网等防雷装置，因此直击雷很少会直接对建筑内部的电子设备产生作用；

　　②雷电感应。首先是弱电设备雷电感应，在雷电作用下，智能建筑中的导体会产生感应电荷，雷云放电之后，电荷会被中和，在无法及时释放的情况下，将会在导体上产生很强的电动势，这也是雷电放电现象产生的前提；其次是电磁感应，雷电电流在传输的过程中，若遇到不同物质，会引发电流的变化，并且于周围空间产生顺变强电磁场，使得建筑导体上出现极高的电动势；然后是雷电波入侵，当智能建筑中的电源线或者其他金属管线遭到雷击时，雷电波会沿管线入侵电子设备，引发电位差，导致设备的损坏；

　　③雷击电磁脉冲。其表现形式同样可以分为3种：首先是空间电磁脉冲，智能建筑在遭遇雷击时，会产生相应的空间电磁脉冲干扰，其会对智能建筑中所有的电子设备产生干扰；其次是浪涌过电压，包括缆线感应和缆线传导过电压，建筑在遭遇雷击时，雷电电流会沿线路侵入到建筑内部，而其在泄放的过程中，会经由电磁感应，在线缆中衍生出相应的浪涌过电压；然后是楼层低地电位抬高，现代智能建筑一般都会设置较长的接地引下线，这种情况容易造成雷电流在泄放通道阻抗上形成实际压降，继而提高建筑地电位，引发反击现象。

　　2.现代智能建筑中的防雷技术应用

　　2.1避雷装置设置

　　避雷装置是最为传统的建筑防雷技术，一般设置在建筑外部，包括接闪器、接地体和引下线，其中避雷针和避雷带是接闪器的主要构成元素。在实际应用中，避雷带是优先选择，能够发挥出引雷以及闪雷截获的作用，以此来避免雷电直击的情况。接闪器可以通过引下线实现与接地体的有效连接，可以将截获的雷电流传输到大地中，实现对于雷电危害性的有效规避。以接闪器的设置为例，一般都是选择热镀锌圆钢或者热镀锌扁钢带，直径应该超过12mm，对照建筑防雷工艺的相关要求，依据规范设置在屋顶位置，如果采用的是避雷网的形式，应该将其设计为外墙表面与屋檐面保持垂直。接地体在避雷装置中同样十分关键，现代智能建筑中有着大量的电子设备，而多数电子设备和相关线路的耐压程度低，一旦遭遇雷击，就可能出现严重损坏。因此，技术人员在对智能建筑接地体进行设计和选择时，需要做好严密计算，利用专业的接地设备来确保雷电流能够被有效地导入到大地中。

　　2.2内部防雷系统

　　内部防雷系统的主要作用是对雷电感应、伏击以及雷电波等进行防范，可以显著降低雷电流引发的电磁效应，也可以避免智能建筑反击或者跨步电压带来的二次损害。在实际操作中，可以使用金属制造成网、壳等结构，对需要保护的设备进行包围，这样能够更好地阻隔雷电脉冲磁场对于建筑通道的入侵，也可以降低乃至消除设备电磁干扰以及过电压。

　　2.3等电位连接

　　在智能建筑中，可以借助等电位导体或者电涌保护器，将相互独立的设备和导电体连接在一起，减少雷电流在不同设备之间传输引发的电位差。通过合理的等电位连接，能够显著降低建筑引下线中的雷电流以及周围空间电磁场的强度，保证智能化设备的运行安全。在建筑智能化系统中，存在各种各样的框架、箱体和壳体，其相互之间的等电位连接以及与接地系统之间的等电位连接方式有两种，一是M型网型结构，适用于大型智能化设备或者具备较大延伸性的开环系统；二是S型星型结构，适用于小型设备或者局部系统，所有设备的管线和电缆都应该从接地基准点位置进入到系统中。

　　2.4接地系统设置

　　现代智能建筑中的接地系统可以采用共用接地系统的方式，强调系统中存在的所有设备共用接地，能够将系统中分散设备的接地最大限度地连接在一起，若因为特殊因素无法连接，则需要采取其他措施来避免雷电地电位反击问题，例如，可以将建筑基础钢筋、金属框架、接地引下线等全部连接在一起，形成闭合式的法拉第笼式接地，并且将之与建筑不同区域不同部门的节点连接起来，实现对于不同接地线之间电位差的有效规避，也能够将感应过电压消除。共用接地系统的基本原理如图1所示。

图1　共用接地系统原理图

　　2.5防雷新技术

　　一是电离防雷。主要结构包括设置在建筑顶部的电离装置、设置在地下的地电流收集装置以及连接线。电离防雷的基本原理是借助雷云的感应作用，或者利用放射型元素，在电力装置周边产生强电场，对空气形成电流，得到能够向雷云移动的离子流，使得雷云附带的电荷能够得到缓慢中和，将空气电场强度减低到不足以击穿空气的强度，以减少或者避免雷击现象的发生。在对电离防雷装置进行设置时，应该确保其高度不低于被保护建筑的高度，同时应该超过30m；二是新的网络避雷器。现代智能建筑中，网络电子设备得到了大规模使用，其采用的是集成电路，本身精密度较高，即便是在正常使用的情况下，一旦电压或者电流较高，就可能烧毁。在这种情况下，传统的避雷器和避雷设备无法很好地满足实际需求，研究人员提出了一种新的网络避雷器。对比常规避雷器，新的网络避雷器响应速度更快、电容量更小、残压更低，可以将智能设备、线路和大地连接成等电位体，确保雷电流能够被完全阻挡在建筑外，保障设备的使用安全。

　　3.结语

　　综上所述，雷电对智能建筑的危害性极大，一旦建筑遭遇雷击，内部各种智能化设备的运行就会受到影响，轻则导致数据的丢失，重则带来设备的损坏乃至系统的瘫痪。基于此，在智能建筑规划设计中，应该重视对于防雷技术的合理应用，提升智能建筑对于雷击的防护能力，降低乃至消除雷击带来的危害，推动智能建筑的稳定运行和健康发展。

　　作者：潘忠

　　本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第22期

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