智能建筑電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
近年來(lái)，由于高層建筑的不斷興建以及建筑向智能化方向快速發(fā)展，信息技術(shù)日益普及，各種先進(jìn)的電子設(shè)備廣泛配備于各類(lèi)建筑中。智能建筑的最大特點(diǎn)是內(nèi)部配備了大量的電子信息系統(tǒng)。 由于電子設(shè)備普遍存在著絕緣程度低，過(guò)電壓和過(guò)電流耐受能力差，對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦建筑物受到直接雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過(guò)電壓、過(guò)電流和脈沖電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)供電線路、信號(hào)線路、接收天線、金屬管道和空間輻射等多種途徑侵入建筑物內(nèi)，威脅室內(nèi)電子設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行。如果保護(hù)措施不當(dāng)，就可能導(dǎo)致電子設(shè)備受損，輕則工作失靈，重則永久性損壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及人身安全。因此，現(xiàn)代建筑防雷設(shè)計(jì)除考慮建筑物本身的直擊雷防護(hù)外，還必須高度重視雷電電磁兼容性。本文在總結(jié)大量防雷工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)室內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)措施存在的不足，提出以下幾點(diǎn)應(yīng)注意的問(wèn)題： 一、應(yīng)注意建筑物常規(guī)防雷方法的特點(diǎn)與存在的不足 常規(guī)防雷方法主要是防直擊雷的危害，其保護(hù)措施主要是設(shè)置接閃器、引下線和接地裝置，利用接閃器的引雷效應(yīng)，把雷電引向自身來(lái)完成在其保護(hù)范圍內(nèi)的被保護(hù)對(duì)象免遭或減少直接雷擊。美國(guó)國(guó)家雷電安全研究所（NLSI）主任兼首席執(zhí)行官Richard Kithi通過(guò)大量雷擊實(shí)例分析指出[1]：富蘭克林1752年發(fā)明的避雷針在今天看來(lái)，當(dāng)雷電直擊普通建筑物時(shí)這種“傳統(tǒng)智慧”對(duì)防火是有幫助的，而對(duì)于內(nèi)部存放有電氣、電子設(shè)備或易燃易爆物質(zhì)的綜合性設(shè)施，這種有248年歷史的發(fā)明設(shè)計(jì)則引起人們的質(zhì)疑。實(shí)踐證明這種常規(guī)防雷方法在有效保護(hù)建、構(gòu)筑物的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生二次效應(yīng)，尤其是產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖過(guò)電壓（感應(yīng)雷）和增加雷擊概率對(duì)建筑物內(nèi)的電子信息系統(tǒng)是有害的。 當(dāng)一個(gè)30kA的雷點(diǎn)擊中接閃器并在與其距離為a的平行導(dǎo)體上感應(yīng)出的脈沖電壓uj見(jiàn)下表:
從表中不難看出，接閃器周?chē)?00m范圍內(nèi)的電子信息設(shè)備都受感應(yīng)過(guò)電壓的危害，距接閃器越近，uj值越大，電子信息設(shè)備遭受破壞的可能性越大。另外，雷擊概率N與避雷針高度h2成正比。 二、應(yīng)注意建筑環(huán)境內(nèi)電子信息系統(tǒng)各項(xiàng)防雷措施的相互配合 室內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷能力的優(yōu)劣可以用電磁兼容（EMC）指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。要提高室內(nèi)電子信息系統(tǒng)的電磁兼容能力，既要在等電位、接地、屏蔽等防雷措施上下功夫，還應(yīng)注意彼此間的相互配合。通過(guò)審核一些建筑電氣設(shè)計(jì)與施工圖紙以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下問(wèn)題： 1. 設(shè)計(jì)與施工人員對(duì)等電位概念理解有偏差，缺乏系統(tǒng)性思路 等電位措施是將室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼或構(gòu)架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體，這樣可以在發(fā)生雷擊時(shí)避免或減小不同金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差。許多新建建筑物一般只對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的各種金屬管道，如水管、供熱、供氣管以及通訊信號(hào)和電源等電纜金屬（屏蔽）護(hù)套進(jìn)行等電位連接，忽略了從室內(nèi)引出的各類(lèi)管線也應(yīng)采取同樣的措施。為提高等電位質(zhì)量，應(yīng)注意盡量采用導(dǎo)電性能良好的金屬薄板做等電位連接帶，其寄生電感及與金屬面之間的接觸電阻應(yīng)盡可能小，形狀應(yīng)盡量短而寬，并要有足夠的通流容量。值得指出的是，電源、信號(hào)、數(shù)據(jù)、通訊等屏蔽纜線除應(yīng)另加專(zhuān)門(mén)的保護(hù)裝置外，還應(yīng)與保護(hù)裝置一并接入等電位連接帶。 2. 應(yīng)注意共用接地裝置給電子設(shè)備所帶來(lái)的副作用 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范都推行共用接地裝置的做法，但實(shí)踐證明“共地”也會(huì)帶來(lái)一些副作用。共地時(shí)雷擊暫態(tài)大電流可以通過(guò)電路的耦合對(duì)電子設(shè)備形成干擾或產(chǎn)生過(guò)電壓；雷電流流過(guò)接地系統(tǒng)所造成的暫態(tài)高電位也能通過(guò)各種電源線、信號(hào)線或金屬管道傳播到距離接地系統(tǒng)很遠(yuǎn)且原來(lái)為零電位的地方，又對(duì)這里的設(shè)備和操作人員產(chǎn)生安全威脅。為了克服這些缺點(diǎn)，有些地方采用將強(qiáng)弱電設(shè)備分開(kāi)接地，并采取許多復(fù)雜的隔離和絕緣措施將電子設(shè)備的接地線引出離強(qiáng)電設(shè)備接地系統(tǒng)較遠(yuǎn)（>20m）的地方單獨(dú)接地，受環(huán)境因素制約，實(shí)際上這種做法不可行。解決的辦法是，在信息系統(tǒng)獨(dú)立地線入戶(hù)處用一個(gè)低壓避雷器或放電間隙與建筑物的總接地網(wǎng)連接，雷擊發(fā)生時(shí)使信號(hào)地與建筑接地網(wǎng)達(dá)到大致相等的電位水平。正常情況下，避雷器和放電間隙將兩者分開(kāi)，有利于抗干擾，而在雷擊時(shí)能實(shí)現(xiàn)兩者之間均壓，避免發(fā)生擊穿放電。從雷電暫態(tài)過(guò)電壓抑制的角度來(lái)看，這種“暫態(tài)共地”與均壓措施配合得當(dāng)，效果會(huì)更好。 3. 屏蔽措施考慮不周全，容易造成施工時(shí)忽略一些細(xì)節(jié)問(wèn)題 電子信息設(shè)備大量采用半導(dǎo)體元件和集成電路，對(duì)電磁噪聲干擾十分敏感，由雷擊產(chǎn)生的暫態(tài)電磁脈沖很容易直接輻射到元器件上，電源或信號(hào)線上也可以感應(yīng)出暫態(tài)過(guò)電壓波，沿線路侵入電子設(shè)備，使設(shè)備失靈或損壞。對(duì)其周?chē)h(huán)境及設(shè)備本身實(shí)行屏蔽并形成統(tǒng)一的屏蔽體，是一種有效防護(hù)LEMP影響的手段。屏蔽體在實(shí)際施工時(shí)，容易忽視如下問(wèn)題： a．隔離變壓器或穩(wěn)壓裝置（UPS）到機(jī)房配電盒的電源線沒(méi)有采用屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽； b．空調(diào)設(shè)備電源線和控制線不穿金屬管屏蔽； c．在下層的屏蔽室的門(mén)、窗沒(méi)有與結(jié)構(gòu)鋼筋作電氣連接，初級(jí)屏蔽不完整； d．在未屏蔽的信號(hào)線上不加裝短路環(huán)，兩端也沒(méi)有與設(shè)備外殼、保護(hù)接地線連接； e．未注意暫態(tài)過(guò)電壓防護(hù)措施與屏蔽體配合。 f．在建筑物進(jìn)行電子信息系統(tǒng)的布線時(shí)，容易出現(xiàn)較大的線路回路。 三、應(yīng)加強(qiáng)LEMP風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估和防護(hù)管理工作 為將雷電電磁脈沖對(duì)建筑環(huán)境內(nèi)電子信息設(shè)備的影響減少到最低程度，應(yīng)加強(qiáng)LEMP風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估和防護(hù)管理工作，為此引入國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)這項(xiàng)工作的建議（IEC61312—1，1995.2 第一版）: a．在新建或現(xiàn)有建筑物內(nèi)安裝新信息系統(tǒng)的早期規(guī)劃階段就應(yīng)提出LEMP防護(hù)問(wèn)題。 b．建筑設(shè)計(jì)師與工程師有職責(zé)吸收防雷專(zhuān)家參與防雷設(shè)計(jì)與施工，并做好相互協(xié)調(diào)工作。 c．為建立并維持技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的LEMP防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，防護(hù)管理是必要的，而且LEMP的防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)與LPS的設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。 四、結(jié)論和建議 1. 建筑物常規(guī)防雷方法存在二次效應(yīng)。 2. 室內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)具有系統(tǒng)性、綜合性特點(diǎn)，應(yīng)注意各項(xiàng)防雷措施的相互配合。 3. 為解決防雷設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，建議加強(qiáng)弱電設(shè)備的防雷監(jiān)審工作。 （泰興市防雷安全管理中心 王偉） |