智能建筑物電子設備的防雷保護
2005/7/20 15:46:38
江蘇鼎級博力特科技發(fā)展有限公司 供稿
智能建筑內(nèi)包含有大量的電子設備與計算機系統(tǒng)，這些電子設備與計算機系統(tǒng)通常屬于耐電壓等級低，防干擾要求高的弱電設備，最怕受到雷擊。普通建筑物防雷保護的避雷裝置將雷電流通過引下線入地，在引下線附近空間產(chǎn)生了強大的電磁場變化，此時會在相鄰的導線（包括電源線和信號線）上感應出雷電過電壓，因此普通建筑物防雷系統(tǒng)不但不能保護這些電子設備與計算機系統(tǒng)，反而可能會引入雷電。
雷電波入侵智能建筑的形式有兩種，一種是直擊雷，另一種是感應雷。一般來說，直擊雷擊中智能樓宇內(nèi)的電子設備的可能性很小。感應雷即是由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓，過電流形成雷擊。感應雷入侵電子設備及計算機系統(tǒng)主要有以下三條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵。（2）由交流供電電源線路入侵。（3）由通信信號線路入侵。不管理通過哪種形式，哪種途徑入侵，都會使電子設備及計算機系統(tǒng)受到不同程度的損壞或嚴重干擾。
智能大廈一般應建立綜合接地系統(tǒng)，接地電阻不大于1Ω。在樓頂設計由避雷帶，避雷針或混合組成的接閃器，利用鋼柱或立柱內(nèi)鋼筋作為防雷引下線，并與建筑物基礎鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架連接起來，形成閉合良好的法拉第籠，建筑內(nèi)豎向金屬管道應每三層與圈梁的均壓環(huán)相連，均壓環(huán)應與防雷裝置專設引下線相連。當建筑物超過30m高時，應將30m及墻上的欄桿，金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門窗埋鐵與防雷裝置連接。智能大廈內(nèi)各種交流、直流設備眾多，線路縱橫交錯，應將建筑物內(nèi)的交流工作地、安全保護地、直流工作地、防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接，形成一個等電位體，避免接地線之間存在電位差，以消除感應過電壓產(chǎn)生的原因。
為了避免雷電由交流供電電源線路入侵，可在大廈的變配電所的高壓柜內(nèi)的各相安裝避雷器一級保護，在低壓柜內(nèi)安裝閥門式防雷裝置作為第二級保護，以防止雷電侵入大廈的配電系統(tǒng)。為謹慎起見，可在大廈各層的供電配電箱中安裝電源避雷器三級保護，并將配電箱的金屬外殼與大廈的地系統(tǒng)可靠連接。
智能大廈的通信線路多由綜合布線系統(tǒng)擔當。綜合布線系統(tǒng)由六個子系統(tǒng)組成：
�。�1）建筑群子系統(tǒng)：由連接兩個及以上建筑物之間的纜線和配電設備組成。若采用光纜作為建筑物間網(wǎng)絡連接介質(zhì)，不需要安裝避雷器，甚至可以架空鋪設。若采用雙絞線，則必須穿管埋地敷設。進入建筑后，采用雙絞線敷設時，導線必須敷設在弱電金屬橋架或金屬管道內(nèi)。金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)良好連接，充當導線的屏蔽層，不能與強電導線共用強電金屬橋架或強電金屬管道。
�。�2）設備間子系統(tǒng)：由進線設備，程控交換機、計算機等各種主機設備及其配線設備組成。它是布線系統(tǒng)最主要的管理區(qū)域，通常分為語音管理和數(shù)字管理兩部分。子系統(tǒng)連接大樓外的各種線路，經(jīng)與垂直干線子系統(tǒng)跳接后，連通各語音管理子系統(tǒng)，為防雷電破壞應安裝防雷器作為通信線路的防雷措施。數(shù)據(jù)設備管理子系統(tǒng)即是計算機網(wǎng)絡核心設備，是采用大對數(shù)雙絞電纜作為傳輸主干纜。需要在機柜中安裝計算機網(wǎng)絡防雷器。作為計算機網(wǎng)絡的第一級防雷措施。若采用光纜作為計算機網(wǎng)絡主干線。則避免了雷電影響，是最好的防雷措施。
�。�3）管理子系統(tǒng)：設置在各層配線間，由配線設備，輸入/輸出設備等組成。管理子系統(tǒng)也分為數(shù)據(jù)和語音兩部分。語音部分采用BIX安裝架固定在墻面上。由接線板，繞線環(huán)等組成，需要安裝信號避雷器作為通信線路的第二級防雷措施。數(shù)據(jù)部分雙絞線作為垂直主干線，也需要在機柜中安裝信號避雷器作為計算機網(wǎng)絡的第二級防雷措施，防護由于引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變所產(chǎn)生的感應雷。
�。�4）垂直干線子系統(tǒng)：由設備間的配線設備和跳線設備以及設備間至各樓層配線間的連接電纜組成。分為語音主干線和數(shù) 據(jù)主干線兩部分。語音主干線按照程控交換機和電信系統(tǒng)的標準和做法，采用屏蔽大對數(shù)雙絞電纜，因為管理區(qū)子系統(tǒng)安裝了信號避雷器，所以這部分一般不需要再裝防雷設備。數(shù)據(jù)主干線如采用大對數(shù)雙絞電纜作為數(shù)據(jù)傳輸主干線，因為已在管理區(qū)子系統(tǒng)安 裝了信號避雷器，所以一般也不需要在這部分再安裝防雷設備。如采用光纜作為計算機網(wǎng)絡主干線，則絕對避免了由于引下線泄放 雷電流而形成的電磁場突變產(chǎn)生的感應雷，是最好的防雷措施。
�。�5）水平干線子系統(tǒng)：由連接管理子系統(tǒng)至工作區(qū)子系統(tǒng)的水平布線及信息插座組成。數(shù)據(jù)點和語音點均采用雙絞線敷設 在金屬橋架和金屬管道內(nèi)。由于金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)相連，形成了信號線路的屏蔽層。并且在管理子系統(tǒng)中，已設備防雷保護裝置，所以在水平干線子系統(tǒng)中不必再加裝防雷裝置。
�。�6）工作區(qū)子系統(tǒng)：由連接在信息插座上的各種設備組成。連接計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)點由于在管理子系統(tǒng)中已采取了防雷措施，所以在工作區(qū)子系統(tǒng)一般不需要加裝防雷器，若需要利用調(diào)制解調(diào)器通過語音點連接計算機，由于語音線路與外線連接，則有必要安裝信號避雷器。
計算機機房網(wǎng)絡通信系統(tǒng)雷電防護包括廣域網(wǎng)雷電防護、局域網(wǎng)雷電防護、無線通信系統(tǒng)雷電防護、光纜通信雷電防護和機房內(nèi)部設備之間的串口雷電防護等。
廣域網(wǎng)遠距離傳輸數(shù)據(jù)通信，在進入機房設備（調(diào)制解調(diào)器或其它設備）前端應安裝具備二級保護的防雷保護器，第一級一般為惰性氣體火花間隙放電器，通過RLC解偶后，進入第二級半導體過電壓保護器。需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵，保護器的損耗指標應該適應計算機設備的IEEE標準通信的有關要求。數(shù)據(jù)傳輸線路（X.25、ISDN、DDN等）的防雷保護器必須能夠抵御和吸收（8/20uS感應雷擊）5KA雷電流，須具備線路與大地之間及線與線之間的雷電保護。
局域網(wǎng)雷電防護的重點是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線的屏蔽，同時加強終端設備局域網(wǎng)端口的雷電防護。局域網(wǎng)絡通常以雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，無屏蔽保護，布線也往往不盡規(guī)范，除了有可能遭受感應雷擊的襲擊外，交流線路的干擾也會對網(wǎng)絡系統(tǒng)造成影響。在局域網(wǎng)絡的兩端安裝避雷器，可有效地防止各種過電壓對設備造成的破壞。局域網(wǎng)的網(wǎng)口應該采取雷電防護措施，服務器、網(wǎng)絡交換機、集線器等端口應加設專用防雷器。出戶的局域網(wǎng)線及BNC遠程局域網(wǎng)也須安裝防雷器。485數(shù)據(jù)線接口、422數(shù)據(jù)線并口、RS232數(shù)據(jù)串口、TTY傳感器數(shù)據(jù)接口等，均應安裝匹配的防雷器，匹配原則應參照防雷標準和計算機通信協(xié)議。
無線通訊經(jīng)常在建筑物上架設天線，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險途徑。饋線進入設備前應加裝防雷器。防雷器的插入損耗要求較小，所以一般只能使用間隙放電器件進行有效防護。光纜一般不會傳導雷電，但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設備，必須在進入設備之前，使芯線和護套接地，以達到避雷的目的。
綜上所述，智能建筑物電子設備的防雷保護包括：配電系統(tǒng)防雷、計算機外設防雷、通訊系統(tǒng)防雷、防雷接地及均壓等電位等。
雷電波入侵智能建筑的形式有兩種，一種是直擊雷，另一種是感應雷。一般來說，直擊雷擊中智能樓宇內(nèi)的電子設備的可能性很小。感應雷即是由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓，過電流形成雷擊。感應雷入侵電子設備及計算機系統(tǒng)主要有以下三條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵。（2）由交流供電電源線路入侵。（3）由通信信號線路入侵。不管理通過哪種形式，哪種途徑入侵，都會使電子設備及計算機系統(tǒng)受到不同程度的損壞或嚴重干擾。
智能大廈一般應建立綜合接地系統(tǒng)，接地電阻不大于1Ω。在樓頂設計由避雷帶，避雷針或混合組成的接閃器，利用鋼柱或立柱內(nèi)鋼筋作為防雷引下線，并與建筑物基礎鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架連接起來，形成閉合良好的法拉第籠，建筑內(nèi)豎向金屬管道應每三層與圈梁的均壓環(huán)相連，均壓環(huán)應與防雷裝置專設引下線相連。當建筑物超過30m高時，應將30m及墻上的欄桿，金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門窗埋鐵與防雷裝置連接。智能大廈內(nèi)各種交流、直流設備眾多，線路縱橫交錯，應將建筑物內(nèi)的交流工作地、安全保護地、直流工作地、防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接，形成一個等電位體，避免接地線之間存在電位差，以消除感應過電壓產(chǎn)生的原因。
為了避免雷電由交流供電電源線路入侵，可在大廈的變配電所的高壓柜內(nèi)的各相安裝避雷器一級保護，在低壓柜內(nèi)安裝閥門式防雷裝置作為第二級保護，以防止雷電侵入大廈的配電系統(tǒng)。為謹慎起見，可在大廈各層的供電配電箱中安裝電源避雷器三級保護，并將配電箱的金屬外殼與大廈的地系統(tǒng)可靠連接。
智能大廈的通信線路多由綜合布線系統(tǒng)擔當。綜合布線系統(tǒng)由六個子系統(tǒng)組成：
�。�1）建筑群子系統(tǒng)：由連接兩個及以上建筑物之間的纜線和配電設備組成。若采用光纜作為建筑物間網(wǎng)絡連接介質(zhì)，不需要安裝避雷器，甚至可以架空鋪設。若采用雙絞線，則必須穿管埋地敷設。進入建筑后，采用雙絞線敷設時，導線必須敷設在弱電金屬橋架或金屬管道內(nèi)。金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)良好連接，充當導線的屏蔽層，不能與強電導線共用強電金屬橋架或強電金屬管道。
�。�2）設備間子系統(tǒng)：由進線設備，程控交換機、計算機等各種主機設備及其配線設備組成。它是布線系統(tǒng)最主要的管理區(qū)域，通常分為語音管理和數(shù)字管理兩部分。子系統(tǒng)連接大樓外的各種線路，經(jīng)與垂直干線子系統(tǒng)跳接后，連通各語音管理子系統(tǒng)，為防雷電破壞應安裝防雷器作為通信線路的防雷措施。數(shù)據(jù)設備管理子系統(tǒng)即是計算機網(wǎng)絡核心設備，是采用大對數(shù)雙絞電纜作為傳輸主干纜。需要在機柜中安裝計算機網(wǎng)絡防雷器。作為計算機網(wǎng)絡的第一級防雷措施。若采用光纜作為計算機網(wǎng)絡主干線。則避免了雷電影響，是最好的防雷措施。
�。�3）管理子系統(tǒng)：設置在各層配線間，由配線設備，輸入/輸出設備等組成。管理子系統(tǒng)也分為數(shù)據(jù)和語音兩部分。語音部分采用BIX安裝架固定在墻面上。由接線板，繞線環(huán)等組成，需要安裝信號避雷器作為通信線路的第二級防雷措施。數(shù)據(jù)部分雙絞線作為垂直主干線，也需要在機柜中安裝信號避雷器作為計算機網(wǎng)絡的第二級防雷措施，防護由于引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變所產(chǎn)生的感應雷。
�。�4）垂直干線子系統(tǒng)：由設備間的配線設備和跳線設備以及設備間至各樓層配線間的連接電纜組成。分為語音主干線和數(shù) 據(jù)主干線兩部分。語音主干線按照程控交換機和電信系統(tǒng)的標準和做法，采用屏蔽大對數(shù)雙絞電纜，因為管理區(qū)子系統(tǒng)安裝了信號避雷器，所以這部分一般不需要再裝防雷設備。數(shù)據(jù)主干線如采用大對數(shù)雙絞電纜作為數(shù)據(jù)傳輸主干線，因為已在管理區(qū)子系統(tǒng)安 裝了信號避雷器，所以一般也不需要在這部分再安裝防雷設備。如采用光纜作為計算機網(wǎng)絡主干線，則絕對避免了由于引下線泄放 雷電流而形成的電磁場突變產(chǎn)生的感應雷，是最好的防雷措施。
�。�5）水平干線子系統(tǒng)：由連接管理子系統(tǒng)至工作區(qū)子系統(tǒng)的水平布線及信息插座組成。數(shù)據(jù)點和語音點均采用雙絞線敷設 在金屬橋架和金屬管道內(nèi)。由于金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)相連，形成了信號線路的屏蔽層。并且在管理子系統(tǒng)中，已設備防雷保護裝置，所以在水平干線子系統(tǒng)中不必再加裝防雷裝置。
�。�6）工作區(qū)子系統(tǒng)：由連接在信息插座上的各種設備組成。連接計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)點由于在管理子系統(tǒng)中已采取了防雷措施，所以在工作區(qū)子系統(tǒng)一般不需要加裝防雷器，若需要利用調(diào)制解調(diào)器通過語音點連接計算機，由于語音線路與外線連接，則有必要安裝信號避雷器。
計算機機房網(wǎng)絡通信系統(tǒng)雷電防護包括廣域網(wǎng)雷電防護、局域網(wǎng)雷電防護、無線通信系統(tǒng)雷電防護、光纜通信雷電防護和機房內(nèi)部設備之間的串口雷電防護等。
廣域網(wǎng)遠距離傳輸數(shù)據(jù)通信，在進入機房設備（調(diào)制解調(diào)器或其它設備）前端應安裝具備二級保護的防雷保護器，第一級一般為惰性氣體火花間隙放電器，通過RLC解偶后，進入第二級半導體過電壓保護器。需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵，保護器的損耗指標應該適應計算機設備的IEEE標準通信的有關要求。數(shù)據(jù)傳輸線路（X.25、ISDN、DDN等）的防雷保護器必須能夠抵御和吸收（8/20uS感應雷擊）5KA雷電流，須具備線路與大地之間及線與線之間的雷電保護。
局域網(wǎng)雷電防護的重點是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線的屏蔽，同時加強終端設備局域網(wǎng)端口的雷電防護。局域網(wǎng)絡通常以雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，無屏蔽保護，布線也往往不盡規(guī)范，除了有可能遭受感應雷擊的襲擊外，交流線路的干擾也會對網(wǎng)絡系統(tǒng)造成影響。在局域網(wǎng)絡的兩端安裝避雷器，可有效地防止各種過電壓對設備造成的破壞。局域網(wǎng)的網(wǎng)口應該采取雷電防護措施，服務器、網(wǎng)絡交換機、集線器等端口應加設專用防雷器。出戶的局域網(wǎng)線及BNC遠程局域網(wǎng)也須安裝防雷器。485數(shù)據(jù)線接口、422數(shù)據(jù)線并口、RS232數(shù)據(jù)串口、TTY傳感器數(shù)據(jù)接口等，均應安裝匹配的防雷器，匹配原則應參照防雷標準和計算機通信協(xié)議。
無線通訊經(jīng)常在建筑物上架設天線，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險途徑。饋線進入設備前應加裝防雷器。防雷器的插入損耗要求較小，所以一般只能使用間隙放電器件進行有效防護。光纜一般不會傳導雷電，但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設備，必須在進入設備之前，使芯線和護套接地，以達到避雷的目的。
綜上所述，智能建筑物電子設備的防雷保護包括：配電系統(tǒng)防雷、計算機外設防雷、通訊系統(tǒng)防雷、防雷接地及均壓等電位等。
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