智能楼宇电子系统防雷

一、概述
　　随着信息技术的迅速发展，智能建筑物的建设向自动化、信息化和节能化方向发展，微电子应用技术为代表的新技术已渗透到智能建筑的各个应用领域，并且不断增大。建筑物内微电子设备繁多而且复杂，这些微电子设备通常属于耐过电压等级低，防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击。遭受雷击时，一部分能量（约50%）通过建筑物外部防雷装置泄入大地，另一部分能量则通过雷电流感应或耦合在金属管线上进入建筑物内破坏设备，因此，智能建筑的防雷保护越来越重要。
二、智能楼宇综合防雷的主要技术措施
　　1拦截
　　信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针（避雷带、避雷网）法。尽管避雷针对于电子信息设备有很多负作用，对其应抱趋利避害、积极、稳妥的态度，采取有效的技术措施予以抑制。
　　2屏蔽
　　屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。由于电场、磁场及电磁场的性质不同，因而屏蔽的机理也不同。按屏蔽的要求不同可分别采用屏蔽室（盒、管）的完整屏蔽体，或金属网、波导管及蜂窝结构的非完整屏蔽体。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。
　　①静电屏蔽（电场屏蔽）——为了消除和抑制静电电场的干扰。
　　②磁场屏蔽——为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。
　　③电磁场屏蔽——一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的，干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。
　　④信号传输电缆的全屏蔽——电缆的屏蔽是一项很重要的技术措施，它要求对机房内、外所有架空、埋地的电缆都用金属层屏蔽起来，以防雷电电磁脉冲的干扰，这称作全屏蔽。当全屏蔽电缆接触或穿过另一金属部分时，还要采用中间接地点。因此，全屏蔽电缆要求多点接地。
　　3等电位连接
　　等电位连接就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。该电位补偿系统的作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里，通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起五个等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不能存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的。
　　需要等电位连接的物体主要有：a、不带电金属物体。如各种金属管道，线缆屏蔽层，设备的金属底座、金属外壳等。b、带电金属物体。如电源线、各种信号传输线等。
　　4分流
　　是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能多、尽可能迅速将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。由于雷电过电压的能量很大，单一的措施或一道防线都无法消除雷电过电压的侵害，必须采取多级防护措施才能将侵入的雷电过电压限制在安全的、设备能够承受的范围之内。
　　5接地
　　接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统的基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。没有良好的接地系统或者接地不良的避雷设施会成为引雷入室的祸患；避雷装置接地不好，还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。
三、智能楼宇综合防雷设计方案
　　1直击雷防护
　　对于直击雷的防护，可采取分流的措施，利用接闪杆、接闪带、接闪网将雷电流沿引下线导入大地，防止直击雷击中建筑物或设备上。
　　建筑物屋面应采用接闪带、接闪网或接闪杆作为接闪器。接闪网(带)应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不应大于10m×10m或12m×8m的接闪网格。利用建筑物钢筋混凝土屋顶、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线，使整个大楼为一框架笼式结构。接闪网(带)应采用Φ12镀锌圆钢或—40×4mm镀锌扁钢。专设引下线不应少于两根，应沿建筑物四周均匀或对称布置，其平均间距不应大于18m。
　　2供电系统的防雷
　　由于雷电产生了强大的过电压、过电流，无法一次性在瞬间完成泄流和限压，所以电源系统必须采取多级的防雷保护，至少必须采取泄流和限压前后两级防雷保护。按照我国现行的相关规范要求规定，电源系统应该采取多级雷电防护。即在电源线路由LPZ0B区入户进入LPZ1区处加装一级防雷器，以及在电源线路由LPZ1区进入LPZ2区处安装第二级防雷器,在需要保护的设备电源及UPS电源输入端安装第三级防雷器，并设置电源精密保护。通过使用多级电源防雷措施，彻底泄放雷电过电流、限制过电压，从而尽可能地防止雷电通过电力线路窜入电子信息系统，损害系统设备。
　　①在电源线路由LPZ0B区入户进入LPZ1区的电源总配电柜处可选用PB25-385/B+C/4(limp=25kA,ln=25KA,Up=1.8KV,Uc=385V)电源三相电涌保护器，试验类别为Ⅰ类试验。前端串接63A电源断路器，作为电源系统的第一级防雷保护。
　　②在电源分配电柜处可选用PC40-385/4(ln=20KA,Up=1.7KV,Uc=385V)电源三相电涌保护器，试验类别为Ⅱ类试验，前端串接32A电源断路器，作为电源系统的第二级防雷保护。
　　③在需要保护设备电源配电箱及UPS电源进线端处可选用PD20-275/4(ln=10KA,Up=1.2KV,Uc=275V)电源三相电涌保护器，试验类别为Ⅱ类试验。前端串接32A电源断路器，作为电源系统的第三级防雷保护。
　　④在直流屏处可选用PC40-85VDC(ln=20KA,Up=0.5KV,Uc=85VDC)直流电源电涌保护器，试验类别为Ⅱ类试验，作为直流电源系统的防雷保护。
　　⑤在机房设备电源处可采用PDU1-J1G08/16(ln=5KA,Up=1.2KV,Uc=275V)型电源分配单元电涌保护器，试验类别为Ⅱ类试验，作为电源系统的末端防雷保护。
　　3信号线的防雷
　　现代建筑物内的信息网络不再是一个信息孤岛，它必须是一个互连互通的开放性网络，来满足人们信息交换的需求。各建筑物之间以及建筑物与外部网络之间都需要物理介质的连接，内网与外网连接的通信方式有多种，有通过普通电话双绞线为通信介质实现互连的，如PSTN（拨号接入）、ISDN技术、DDN技术、ADSL技术等等；有通过5类非屏蔽双绞线、光纤为介质实现通信连接的。
　　在上述几种通信方式中，除光纤介质外（光纤内部金属在入户处也应做等电位连接），其它介质都可能因遭受直接雷或感应雷而侵害两端连接的网络系统，。
　　为了避免因通信电缆引入雷电侵害的可能性，通常采用的技术是在电缆接入网络通信设备前首先接入信号避雷器（信号SPD），即在链路中串入一个瞬态过电压保护器，它可以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压，阻断过电压及雷电波的侵入，尽可能降低雷电对系统设备的冲击。由于信号避雷器串接在通信线路中，所以信号避雷器除了满足防雷性能特征外，还必须满足信号传输带宽等网络性能指标的要求。因而选择相关产品时，应充分考虑防雷性能指标及网络带宽、传输损耗、接口类型等网络性能指标。
信号线路防雷可选用SNH-RJ45/16(ln=3KA,Up≤25V,Uc=6V)型网络信号电涌保护器，试验类别为Ⅱ类试验。作为网络信号系统上的防雷保护。
　　4天馈系统的防雷
　　天馈系统是微波中继通信的重要组成部分之一，天线起着将馈线中传输的电磁波转换为自由空间传播的电磁波，或将自由空间传播的电磁波转换为馈线中传输的电磁波的作用。而馈线则是电磁波的传输通道。当馈线采用同轴电缆时，应在同轴电缆引进机房入口处安装标称放电电流不小于5KA的同轴SPD，同轴SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、接闪带或地网引接。
　　天馈线的防雷器根据接口形式可采用PR-F、PR-N等天馈线路防雷器，标称放电电流ln=10KA,电压保护水平Up≤600V，插入损耗≤3dB，驻波比≤1.2，作为天馈线路上的防雷保护。
　　5监控系统防雷
　　监控系统前端设备有室外和室内两种，安装在室内的设备一般不会遭受直击雷，而安装于室外的设备，多数处于相对的开阔地带，直击雷风险较大，则必须考虑直击雷防护问题。安防监控系统前端设备，如摄像头等，应置于接闪器（接闪杆或其它接闪导体）有效保护范围之内。对于已经处于其它接闪器或高层建筑原有接闪系统保护范围之内的前端设备，一般可以不再另行考虑直击雷防护；对于未处于任何接闪系统保护范围之内的前端设备，则均应考虑直击雷防护问题。从技术经济的角度考虑，前端设备直击雷防护安装独立接闪杆不具备可行性，一般都采用将接闪杆架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身（也可采用Φ8的镀锌圆钢或30×3mm镀锌扁钢），但为了防止电磁感应，沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管敷设，金属管应可靠接地。
　　统计数据资料表明，安防监控系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的线路上感应的雷电侵入波过电压造成的。因此，做好与系统相连的线路防护是整体防雷中不容忽视的一环。在入户端将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接。所有传输线路的两端均应安装相应的防雷器。
在监控主机前端安装SV-BNC(ln=3KA,Up≤40V,Uc=12V)视频信号防雷器，试验类别为Ⅱ类试验。作为监控系统传输线路上的雷电防护；
　　在摄像机前安装OP-SV3/24三合一电涌保护器，电源部分参数为(ln=5KA,Up≤900V,Uc=275V)，控制信号部分参数为(ln=3KA,Up≤40V,Uc=12V)，试验类别为Ⅱ类试验，作为对摄像机的电源线路、信号线路及控制线路防雷保护。
　　6等电位连接
　　所有进入建筑物的水管或其他金属管道在进入建筑物时进行有效接地并与每层的等电位预留接头电气连通。连接采用16mm2多股铜线。建筑物内的所有金属构件和不带电金属外壳必须用6mm2铜线相互连通，并与接地汇流排可靠连接。按照GB50057-2010的要求，一个电子系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件与建筑物接地系统的等电位连接网络做功能性等电位连接应采用S型星形结构或M型网形结构连接，因此在机房采用40mm×4mm紫铜排沿机房四周敷设，并将机房外侧大楼八个构造柱的主钢筋一一与接地汇流排电气连通。机房内的所有金属部件一一就近与接地汇流排连接。
　　7屏蔽
　　建筑物内的所有金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线和穿金属管屏蔽，在机房地墙壁上，金属门、窗等应和接地预留件进行有效的焊接，使整个机房形成一个法拉第笼，用来防止外来的电磁脉冲干扰机房内设备。
　　8合理的布线设计
　　防御雷电电磁脉冲对室内布线的要求非常严格。由于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处，雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上，所以外墙处的电流密度大，电磁场强。机房内的电源和通信等线路的主干线应设置在中心部位的电梯井的近旁，并且建筑物内的各种电气馈线都穿金属管保护或采用双层屏蔽电缆（或同轴电缆）。
　　9接地系统设计
　　根据掌握的土壤电阻和土质分布等基本资料，按科学合理，经济节约的原则，应按均压、等电位的原理，采用联合接地系统，防雷接地、低压配电系统（保护）接地、工作接地、屏蔽接地、等电位接地等共用一个接地系统。建筑物宜利用其钢筋混凝土基础作为地网。其工频接地电阻不应大于1欧姆。如果土壤电阻率较高，接地电阻难以满足要求，可以通过增加人工接地体并使用降阻材料来降阻。
　　在建筑物入户处设置总等电位端子，并与接地装置相连。将所有进入建筑物的金属管道及缆线的接地与之相连，如天馈线接地、光缆加强芯的接地、供电线屏蔽管道的接地等。
　　接地装置材料选择，金属接地体应采用热镀锌材料，在各个焊接点由于已破坏了原来的热镀锌层，因此一定要做防腐蚀处理。垂直接地体长度为1.5～2.5m，垂直接地体间隔为其自身长度的1.5～2倍。接地体上端距地面不小于0.7m，且应在冻土层之下。垂直接地体可采用∟50*50*5mm的角钢或接地铜棒等材料，水平接地体和接地引入线可采用—40*4mm扁钢以及接地模块，并添加降阻剂等材料降低接地电阻。