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智能建筑弱電工程的防雷接地 一、概述 雷電是一種自然放電現(xiàn)象。由于雷電放電電壓高、放電時間短，它的產(chǎn)生人類目前無法控制。雷云的生成、移動、放電的整個過程伴隨多種物理效應，如：靜電感應、高溫高熱、電磁輻射、光輻射等；這些物理效應的共同作用已嚴重危害室內(nèi)弱電設備的安全運行，甚至危及工作人員的安全。雷電災害嚴重性還表現(xiàn)在波及面廣，主要有兩個方面的因素，首先積聚大量電荷的雷云有較大的活動范圍及其放電過程的輻射范圍可覆蓋達幾十公里的范圍，其次地面各種網(wǎng)絡（電力、通信等網(wǎng)絡）的相互滲透、錯綜復雜，使雷電災害的范圍進一步擴大。 在雷擊中心數(shù)公里范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險過電壓，損害線路上的設備。 隨著現(xiàn)代電子技術的蓬勃發(fā)展，大量的微電子設備（系統(tǒng)）得以在工業(yè)控制中應用和聯(lián)網(wǎng)。由于其元器件的集成度愈來愈高，信息存儲量愈來愈大，速度和精度不斷提高，但工作電壓僅有幾伏，信息電流僅有微安級，因而對外界干擾極其敏感，對雷電等電磁脈沖和過電壓的承受能力相對脆弱，同時網(wǎng)絡廣域化又增大了系統(tǒng)（設備）受干擾的可能性。當雷電等引起的過電壓和伴隨的電磁場強度達到某一閥值時，輕則引起系統(tǒng)失靈（誤動、信息丟失、特性變壞、運行不穩(wěn)定等），重則導致整個電子系統(tǒng)或其元器件永久性損壞。據(jù)統(tǒng)計，雷電其中又以雷擊電磁脈沖為電子系統(tǒng)事故的主要禍害，且有逐年上升的趨勢。因而，電子系統(tǒng)（設備）特別是網(wǎng)絡信息系統(tǒng)（設備）必須實行雷電過電壓防護。鑒于上述原因，在智能建筑弱電工程中必須考慮過電壓防護。 二、防雷接地要求 機房或設備間的接地，按其不同的作用分為直流工作接地、交流工作接地、安全保護接地。此外，為了防止雷電的危害而進行的接地，叫做防雷保護接地；為了防止可能產(chǎn)生聚集靜電荷而對用電設備等所進行的接地，叫做防靜電接地；為了實現(xiàn)屏蔽作用而進行的接地，叫做屏蔽接地或隔離接地。智能建筑弱電工程綜合布線接地要與設備間、配線間放置的應用設備接地系統(tǒng)一并考慮。符合應用設備要求的接地系統(tǒng)也一定滿足綜合布線接地的要求。埋入土壤中或混凝土基礎中作散流用的導體稱為接地體。從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導體稱為接地線。接地體和接地線統(tǒng)稱為接地裝置。在接地裝置中，用接地電阻來表示與大地結合好壞的指標。上列各種接地的接地電阻值必須參照國家標準2887-89《計算站場地技術要求》中的規(guī)定。接地就以接地電流易于流動為目標，因此接地電阻越低地電流越容易流動。綜合布線的接地希望盡量減少成為干擾原因的電位變動，所以接地電阻越低越好。 在處理微電子設備的接地時要注意下述兩點： 1.信號電路和電源電路，高電平電路和低電平電路不應使用共地回路。 2.靈敏電路的接地，應各自隔離或屏蔽，以防地回流或靜電感應而產(chǎn)生干擾。 三、電纜接地 在建筑物入口區(qū)，高層建筑物的每個樓層配線間，以及每個二級交接間都應設置接地裝置，并且建筑物的入口區(qū)的接地裝置必須位于保護器處或盡量接近保護器。干線電纜的屏蔽層必須用4mm2多股銅線焊接到干線所過的配線間或二級交換間的接地裝置上，而且干線電纜的屏蔽層必須保持連續(xù)。建筑物引入電纜的屏蔽層必須焊接到建筑物入口區(qū)的接地裝置上。各配線間或二級交接間的接地線應用一根多股銅芯接地母線焊起來，再接到接地體。接地用線應盡可能位于建筑物的中心部位。面積比較大的配線間、設備間放置的應用設備又比較多，接地線這應采取格柵方式，盡可能使配線間或設備間內(nèi)等電位。非屏蔽干線電纜應放在金屬線槽或金屬管內(nèi)。金屬線槽（管）接頭應連接牢固，保持電氣連通，所經(jīng)過的配線間用6mm2辮式銅帶連接到接地裝置上。接地電阻值應根據(jù)應用系統(tǒng)的設備接地要求來定。通常，電阻值不宜大于1Ω。當綜合布線連接的應用設備或鄰近有強電磁場干擾，而對接地電阻提出更高的要求時，應取其中的最小值作為設計依據(jù)。 接地裝置的設計可參照國家標準GB50174-93《電子計算機機房設計規(guī)定》有關條款執(zhí)行。高層建筑物的每個二級交接間都應設置接地裝置。在建筑物入口處的接地裝置上用直徑5mm多股銅芯線把入口電纜的屏蔽層與保護器地片焊接在一起。在樓層配線間必須把電纜的屏蔽層連至合格的配線架（柜）接地端。屏蔽層在配線間接地時，在進入或離開屏蔽的電纜之處，采用直徑為4mm的多股銅芯線把電纜的屏蔽層焊接到合格的配線間接地端。各樓層配線間或二級交接間的接地線分別焊接到接地母線上。由接地母線用一根接地線單點與接地體相連接的單點接地方式。各樓層配線間至接地母線的連接導線應采用多股編織的銅芯線，且應盡量縮短連接距離。高層建筑物的接地母線應盡可能位于建筑物的中心部分。 四、配線架（柜）接地 每個樓層配線架接地端子應當可靠地接到配線間的接地裝置上。從樓層配線架至接地極接地導線的直流電阻不得超過1Ω，并且要永久性地保持其連通。每個樓層配線架（柜）應該并聯(lián)連接到接地極上，不應串聯(lián)。如果應用系統(tǒng)內(nèi)有多個不同的接地裝置，這些接地極應該相互連接，以減小接地裝置之間的電位差。布線的金屬線槽或金屬管應該接地，以減少阻抗。五、接地體連接電纜的要求 在距接地體30m以內(nèi)，接地導線用直徑為4mm的外包絕緣套的多股銅線纜。若距接地體超過30m時，接地電纜的直徑應參考下表的數(shù)值。配線間中的每個配線架（柜）均要可靠地接到配線架（柜）的接地排上，其接地導線應大于2.5mm2,接地電阻要小于1Ω。 六、弱電專用接地系統(tǒng)組成 1.接地線：地線網(wǎng)由矩形銅（404）排連接成。走線方向按大樓的布線系統(tǒng)。各需要防靜電干擾的儀器設備通過銅芯導線與網(wǎng)可靠的連接，使整個系統(tǒng)形成一個獨立的防靜電抗干擾體系。 2.接地體：人工接地體可采用鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼等制成同時，為了增加其導電性、提高其防腐能力，可采用外表鍍鋅材料。 （1）接地體長度為2.5m鍍鋅角鋼（4545）數(shù)量3根。 （2）垂直做水平或耙形埋設。 （3）角鋼間距為2.5m-3m。 （4）埋設深度≥0.6m。 （5）垂直接地體可用鍍鋅扁鋼焊接而連成一體，接地體引出線與地線網(wǎng)若做鑼釘連接需牢固可靠，接點作防腐處理。 （6）為了增加接地體的導電性，可對接地體的封環(huán)境進行降阻處理?？捎檬?、鹽、水、木碳酸、金屬屑等材料按比例配制進行澆灌。 3.防靜電、抗干擾接地方案： （1）在建筑結構四周設置四個接地體。 （2）在每個接地體與地網(wǎng)線相連處設置一個檢測點。 （3）四個接地體與地線網(wǎng)可靠連接，使整個接地系統(tǒng)連成一個系統(tǒng)網(wǎng)。 4.抗干擾地線是設備系統(tǒng)的低電平信號，同時為了安全起見，需設置一條安全地線，以防外殼感應電對人體的傷害，但要注意其接線方法： （1）內(nèi)殼與外殼用金屬件連成一體，外殼與接地體用金屬件連接，須可靠耐用。 （2）抗干擾信號地、包括屏蔽線須單獨與接地體相連。七、弱電接地系統(tǒng)建議采用聯(lián)合接地 現(xiàn)代的城市建筑物都是鋼筋混凝土或金屬結構，只要將建筑物的基礎、柱、梁內(nèi)的鋼筋通過焊接或綁扎，就能形成多個閉合的電氣通路；由于建筑結構中的鋼筋或金屬件很多，彼此又非常接近，因此形成一個完善的法拉第籠，在這個籠內(nèi)的電氣線路和設備不會因外界的雷電流而造成危險的電位，因為多個閉合的電氣通路將阻止雷電流進入建筑物內(nèi)部。當雷電直接擊到作為接閃器的建筑物的頂部金屬件或鋼筋網(wǎng)時，擊電流經(jīng)過建筑物外圍柱內(nèi)的鋼筋或金屬柱向下流入大地，并在建筑物的表面形成電氣屏幕。當沖擊電流流向建筑物中心時，被由屏幕在閉合金屬導電框架中產(chǎn)生的感應電流所抑制，電氣屏幕所產(chǎn)生的感應電壓降將伴生一個圍繞整個建筑物的磁場，這個磁場包圍著建筑物內(nèi)部的其他垂直導體，并在每個柱子的頂部和底部感應出等量的電壓，因此電氣屏幕上任何一個垂直導體與建筑物內(nèi)部的垂直導體的電位差很小，不會超過不允許的接觸電壓，因此建立安全的法拉第籠是防雷的最好措施；而現(xiàn)代城市建筑本身在建筑設計時就是設計的這樣一個安全的法拉第籠。 弱電接地系統(tǒng)由于采用專用接地系統(tǒng)時必須與防雷接地分開，兩者在地下的接地極和引出的線路均要求相距15米以上，以免雷擊時通過接地系統(tǒng)對弱電設備產(chǎn)生危險的影響和干擾；這在現(xiàn)代化的建筑密集型城市幾乎是不可能實現(xiàn)的，要將各類接地線分開，會造成地線過多過長，易于接收干擾，現(xiàn)代的弱電設備大都具有高數(shù)據(jù)率，因此其信號頻率較高，通過電容耦合，即使分開而彼此距離相近時，同樣會造成回路間的干擾。由于這些原因，最好采用環(huán)式接地系統(tǒng)，即將電子設備的機殼連接到一個統(tǒng)一的弱電接地環(huán)，弱電接地環(huán)再與防雷接地環(huán)多點連接，進行聯(lián)合接地；為了防止雷電反擊，所以與防雷接地網(wǎng)進行多點連接，為了減少干擾，盡可能消除各接地點間的電位差，應做到以下幾點： 1.電源設備的中性線要用絕緣線，不應與其他金屬設備接觸； 2.弱電設備接地環(huán)采用120mm0.35mm或80mm0.35mm銅箔； 3.接地線采用最短路徑，并用截面足夠的銅導體； 4.防雷接地環(huán)與弱電設備接地環(huán)多點連接,使電子設備在雷擊時處于等電位，同時可以減少跨步電壓和接觸電壓； 5.屏蔽線對電纜和同軸電纜的屏蔽層都采用兩端接地。 八、設備接地 應該說明的是，防雷工程不能阻止雷電發(fā)生，只能將由雷電引起的危害降低到最低程度。 1.金屬構件：將防護區(qū)域內(nèi)所有金屬構件連接是出于增加分流途徑和均衡途徑，使雷電電磁脈沖的作用減弱，使均衡電壓更低，并使系統(tǒng)結構趨于防護的優(yōu)化。不過連接時必須考慮金屬的電化次序，以防止產(chǎn)生腐蝕。 2.電源線：利用屏蔽接地引入的方式將衰減70%的雷電流能量引入后第一級防護必須考慮使用放電能力強的防雷器，因為在此產(chǎn)生的雷電流較強。在通過單獨供電時由于布線與接閃鐵塔可能平行，由此而耦合進的能量只要用過電壓保護器對地進行限壓即可。 3.信號線：有線電視、監(jiān)控系統(tǒng)、消控系統(tǒng)、網(wǎng)絡信號線等沒有采用均衡措施。 基本程序完成后，等電位連接措施將為一個防護區(qū)域內(nèi)的所有金屬導體提供一個完善的電位補償系統(tǒng)。當瞬態(tài)現(xiàn)象無論從何處侵入，電補償系統(tǒng)都能使該區(qū)域內(nèi)所有導電物體電位處于基本相等或絕對相等，盡管這個電位相對于遠處有很大的電壓差，重要的是，該區(qū)域內(nèi)部不存在足以損壞設備的電位差。 4.末端信號傳輸、控制、處理設備：設備防感應雷、防浪涌保護系統(tǒng)是圍繞著以設備為保護目標的一種安全防范措施，它對系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行起著至關重要的作用，通常人們把防浪涌保護只作為一種防止雷擊及雷擊感應的一種防范措施，這種觀點是狹隘的，其實防雷僅為抗浪涌保護功能中的一小部分。它絕大部分的工作在于防止大樓整體供電系統(tǒng)中的多種浪涌現(xiàn)象、高頻現(xiàn)象、非諧波現(xiàn)象的產(chǎn)生和緩解以上現(xiàn)象對設備的干擾，通過地線系統(tǒng)釋放多余的不符合運行標準的殘余電流、電壓、頻率。例如：大樓中的空調(diào)、電梯設備等大功率電器設備總是處于一種待機狀態(tài)，當一臺或多臺大型電器設備同時起動時樓內(nèi)電壓會明顯下降，當這些設備同時暫停時樓內(nèi)電壓又會明顯升高，當這些變化因素超出UPS主機適應范圍時就會造成計算機系統(tǒng)的癱瘓，我們很難從管理上控制大樓內(nèi)所有的用戶不帶入或不使用某些高頻或超高頻設備，這些設備在使用中不僅向空間釋放超頻率輻射，更會通過此類應用設備的頻率反擊在電網(wǎng)中產(chǎn)生非諧波現(xiàn)象，為防止此三類主要計算機隱患的產(chǎn)生，真正確保計算機系統(tǒng)的安全，在進入機房的市電配線柜里安裝雷電浪涌保護器，對機房所有用電設備予與第一級防雷防浪涌保護，在機房區(qū)UPS電源處安裝雷電浪涌保護器予以二級防浪涌保護，并建議對幾臺最重要的弱電設備以予三級防浪涌保護；例如，在核心骨干交換機處安裝RJ45信號避雷器，如須保護的數(shù)據(jù)設備較多，可采用19英寸集中式安裝支架。 5.前端信號采集設備：在室內(nèi)監(jiān)控機房的視頻線進線端安裝信號避雷器；在室內(nèi)監(jiān)控機房的控制線進線端安裝信號避雷器；在室外不帶云臺攝像機處安裝組合信號避雷器；在室外帶云臺攝像機處安裝組合信號避雷器；在室內(nèi)有線電視信號線進線處安裝信號避雷器；在室內(nèi)網(wǎng)絡信號線進線處安裝信號避雷器；在消控系統(tǒng)集中報警控制器輸出端和區(qū)域報警控制器輸入端分別安裝信號避雷器。 6.電源防護：在機房弱電配電輸出端安裝電源避雷器；在機房UPS輸入端安裝電源避雷器；在機房弱電井道處安裝電源避雷器；在電梯機房電源進線處安裝電源避雷器。 第 8 頁 共 8 頁