智能建筑電子信息系統防雷保護應注意的幾個問題
近年來，由于高層建筑的不斷興建以及建筑向智能化方向快速發展，信息技術日益普及，各種先進的電子設備廣泛配備于各類建筑中。智能建筑的最大特點是內部配備了大量的電子信息系統。 由于電子設備普遍存在著絕緣程度低，過電壓和過電流耐受能力差，對電磁干擾敏感等弱點，一旦建筑物受到直接雷擊或其附近區域發生雷擊，雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場會通過供電線路、信號線路、接收天線、金屬管道和空間輻射等多種途徑侵入建筑物內，威脅室內電子設備的正常工作和安全運行。如果保護措施不當，就可能導致電子設備受損，輕則工作失靈，重則永久性損壞，嚴重時還會危及人身安全。因此，現代建筑防雷設計除考慮建筑物本身的直擊雷防護外，還必須高度重視雷電電磁兼容性。本文在總結大量防雷工程實踐經驗的基礎上，針對室內電子信息系統防雷保護措施存在的不足，提出以下幾點應注意的問題： 一、應注意建筑物常規防雷方法的特點與存在的不足 常規防雷方法主要是防直擊雷的危害，其保護措施主要是設置接閃器、引下線和接地裝置，利用接閃器的引雷效應，把雷電引向自身來完成在其保護范圍內的被保護對象免遭或減少直接雷擊。美國國家雷電安全研究所（NLSI）主任兼首席執行官Richard Kithi通過大量雷擊實例分析指出[1]：富蘭克林1752年發明的避雷針在今天看來，當雷電直擊普通建筑物時這種“傳統智慧”對防火是有幫助的，而對于內部存放有電氣、電子設備或易燃易爆物質的綜合性設施，這種有248年歷史的發明設計則引起人們的質疑。實踐證明這種常規防雷方法在有效保護建、構筑物的同時還會產生二次效應，尤其是產生的感應脈沖過電壓（感應雷）和增加雷擊概率對建筑物內的電子信息系統是有害的。 當一個30kA的雷點擊中接閃器并在與其距離為a的平行導體上感應出的脈沖電壓uj見下表:
從表中不難看出，接閃器周圍500m范圍內的電子信息設備都受感應過電壓的危害，距接閃器越近，uj值越大，電子信息設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、應注意建筑環境內電子信息系統各項防雷措施的相互配合 室內電子信息系統防雷能力的優劣可以用電磁兼容（EMC）指標綜合評價。電磁兼容是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。要提高室內電子信息系統的電磁兼容能力，既要在等電位、接地、屏蔽等防雷措施上下功夫，還應注意彼此間的相互配合。通過審核一些建筑電氣設計與施工圖紙以及現場檢測，發現普遍存在以下問題： 1. 設計與施工人員對等電位概念理解有偏差，缺乏系統性思路 等電位措施是將室內的設備、組件和元件的金屬外殼或構架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統相連接，形成一個電氣上連續的整體，這樣可以在發生雷擊時避免或減小不同金屬外殼或構架之間出現暫態電位差。許多新建建筑物一般只對進入室內的各種金屬管道，如水管、供熱、供氣管以及通訊信號和電源等電纜金屬（屏蔽）護套進行等電位連接，忽略了從室內引出的各類管線也應采取同樣的措施。為提高等電位質量，應注意盡量采用導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盡可能小，形狀應盡量短而寬，并要有足夠的通流容量。值得指出的是，電源、信號、數據、通訊等屏蔽纜線除應另加專門的保護裝置外，還應與保護裝置一并接入等電位連接帶。 2. 應注意共用接地裝置給電子設備所帶來的副作用 國內外現行許多技術標準或規范都推行共用接地裝置的做法，但實踐證明“共地”也會帶來一些副作用。共地時雷擊暫態大電流可以通過電路的耦合對電子設備形成干擾或產生過電壓；雷電流流過接地系統所造成的暫態高電位也能通過各種電源線、信號線或金屬管道傳播到距離接地系統很遠且原來為零電位的地方，又對這里的設備和操作人員產生安全威脅。為了克服這些缺點，有些地方采用將強弱電設備分開接地，并采取許多復雜的隔離和絕緣措施將電子設備的接地線引出離強電設備接地系統較遠（>20m）的地方單獨接地，受環境因素制約，實際上這種做法不可行。解決的辦法是，在信息系統獨立地線入戶處用一個低壓避雷器或放電間隙與建筑物的總接地網連接，雷擊發生時使信號地與建筑接地網達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，有利于抗干擾，而在雷擊時能實現兩者之間均壓，避免發生擊穿放電。從雷電暫態過電壓抑制的角度來看，這種“暫態共地”與均壓措施配合得當，效果會更好。 3. 屏蔽措施考慮不周全，容易造成施工時忽略一些細節問題 電子信息設備大量采用半導體元件和集成電路，對電磁噪聲干擾十分敏感，由雷擊產生的暫態電磁脈沖很容易直接輻射到元器件上，電源或信號線上也可以感應出暫態過電壓波，沿線路侵入電子設備，使設備失靈或損壞。對其周圍環境及設備本身實行屏蔽并形成統一的屏蔽體，是一種有效防護LEMP影響的手段。屏蔽體在實際施工時，容易忽視如下問題： a．隔離變壓器或穩壓裝置（UPS）到機房配電盒的電源線沒有采用屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽； b．空調設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、窗沒有與結構鋼筋作電氣連接，初級屏蔽不完整； d．在未屏蔽的信號線上不加裝短路環，兩端也沒有與設備外殼、保護接地線連接； e．未注意暫態過電壓防護措施與屏蔽體配合。 f．在建筑物進行電子信息系統的布線時，容易出現較大的線路回路。 三、應加強LEMP風險綜合評估和防護管理工作 為將雷電電磁脈沖對建筑環境內電子信息設備的影響減少到最低程度，應加強LEMP風險綜合評估和防護管理工作，為此引入國際電工委員會對這項工作的建議（IEC61312—1，1995.2 第一版）: a．在新建或現有建筑物內安裝新信息系統的早期規劃階段就應提出LEMP防護問題。 b．建筑設計師與工程師有職責吸收防雷專家參與防雷設計與施工，并做好相互協調工作。 c．為建立并維持技術上、經濟上最優的LEMP防護系統設計，防護管理是必要的，而且LEMP的防護設計應與LPS的設計同步進行。 四、結論和建議 1. 建筑物常規防雷方法存在二次效應。 2. 室內電子信息系統的防雷保護具有系統性、綜合性特點，應注意各項防雷措施的相互配合。 3. 為解決防雷設計與施工過程中普遍存在的問題，建議加強弱電設備的防雷監審工作。 （泰興市防雷安全管理中心 王偉） |