智能防雷系統/CORE BUSINESS
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智能建筑的防雷系統

現代化的智能建筑主要由三部分組成:建筑物自動化系統(BAS)、辦公自動化系統(OAS)和信息通信系統(CAS)。利用計算機網絡技術和通信技術將這三個系統集成于智能建筑中,形成統一的管理系統,對語音、數據、視頻、監控等不同信號的配線進行統一的規劃設計,將其綜合在標準的布線系統中,作為建筑物之間、建筑群內部以及智能建筑與外界通信的傳輸網絡。

智能建筑中線纜密布、各種設備繁多、微電子設備復雜,并且它們自身的防護能力薄弱。因此,為保證各子系統和眾多的設備安全、正常、可靠地運行,必須采取專門的措施對它們加以保護,防雷、接地和抗干擾是常用的、必要的和有效的保護方法。

一、智能建筑的防雷

1.智能建筑的防雷措施

智能建筑的防雷主要是防止感應雷和直擊雷對它的破壞。雷電能使周圍的金屬物產生感應電勢和感應電流,嚴重干擾無線通信和有線通信,一旦這種干擾侵入微電子設備的信號入口端,將使這些微電子設備中的器件被擊穿、燒毀,從而使網絡癱瘓、設備報廢。因雷擊而造成設備損壞的例子不勝枚舉,某高校就曾發生因雷擊損壞校園網絡設備而使校園網中斷一個多月的事件。

根據智能建筑的功能、發生雷擊的可能性大小及后果、建筑物本身的重要性,通常智能建筑都應具備以下幾種防雷措施。

(1)天線的防雷保護天線通常裝設在建筑物頂部,要求天線與屋頂上的防雷裝置連接在一起,且連接點不能少于兩點。如果天線超出大樓的雷電防護范圍時,則應裝設單獨的避雷針對天線進行防雷保護,并且避雷針的引下線要與天線防雷接地裝置可靠地連接在一起。

(2)供電系統的防雷保護可對供電系統采用避雷器進行分級保護。從高壓柜、低壓柜、主配電箱到各分配電箱進行分級保護,把雷電過電壓降到設備能夠承受的水平。

(3)對進出建筑物的金屬管、電線、線纜的防雷保護進出建筑物的各種金屬管道、電纜以及引入、引出線,要求在進出口處與建筑物的防雷接地裝置相連接。如電纜的金屬外皮和鋼套管等要與電氣設備的接地裝置相連接。在電纜線轉換成架空線的地方還要裝設避雷器加以防護。

(4)對信息及傳輸網絡的防雷保護應根據雷電對電子信息設備不同的干擾、襲擊途徑來采取相應的措施。如雷電引起的雷電波、感應過電壓會沿導線(配電線、信號線和天線等)侵入各電子設備。雷電能量還有可能直接作用在電子設備上損壞元器件或是導致其誤動作;雷電還可能通過地電位反擊來損壞電子元器件、導線及器件的絕緣。

針對以上可能出現的情況,可以采取以下的應對措施加以防護:對系統設備進行等電位連接;將纜線裝入金屬管道后再進行敷設,用以加強屏蔽,減小雷電感應的干擾;有條件的可對設備、機房和建筑物也采用屏蔽措施;加裝避雷器以限制進入設備的雷電壓幅值。另外,還可以根據電子信息設備的不同特點采用分組保護。

據相關的統計資料顯示,雷擊損壞電子信息設備的事故70%以上是雷電由供電線路侵人后造成的。因此,應重點加強對供電系統的防雷保護工作。

2.智能建筑的接地

建筑物的接地按連接方式可以分為單獨接地和聯合接地兩大類。

單獨接地將直流接地、保護接地和防雷接地分開設置。單獨接地的優點是可以消除來自地線的干擾源,是因為智能建筑中的有些設備如通信系統、計算機設備等要求單獨接地而采取的接地措施、為了防止不同的接地系統之間引入不同電位而導致人身和設備事故,根據接地規范的要求,各接地系統間的距離必須大于2Om,且接地極與接地線間要保持絕緣,絕緣電阻要求在2MΩ以上,接地電阻應小于4Ω。

聯合接地是指將各種接地通過接地線全部連接在一起所構成的接地方式。除特殊情況外,一棟建筑物中只能存在一個接地系統,以防止引入不同電位而導致人身和設備事故。所以,智能建筑中的智能系統設備的接地如無特殊要求,均采用聯合接地方式。

(1)聯合接地的優點智能建筑采用聯合接地的優點是很明顯的,具體有以下幾點。

①聯合接地的總接地電阻比較小(一般在1Ω以下,有的只有0.2Ω甚至更小),這是因為各接地極是并聯的。

②在同樣的接地電阻值大小要求下,采用聯合接地可以減少接地極數量,簡化接地系統,節約投資。

③采用聯合接地時,即便有一個接地體發生故障不起作用,對接地的影響也不大,可由其他接地體來完成接地工作,提高了接地的可靠性。

④利用智能建筑的基礎鋼筋作接地極用時,可以得到比人工接地極小得多的接地電阻,有利于減小接觸電壓,便于接地電流的散流。

(2)聯合接地的缺點

①因為聯合接地的接地電阻很小,接地電流可能會很大,如果接地線(截面)選擇不當,則很容易燒毀接地線,使一些設備失去可靠的接地。

②聯合接地時,接地線和所有外部導電部分和外露金屬部分相連。當發生故障并在接地線上呈現很高的電壓時,此高電壓將加到電氣設備的金屬外殼和外部導電部分上,有可能損壞設備的絕緣,造成觸電事故傷害人身。

③防雷接地、保護接地、電氣設備的工作接地和電子信息設備采取聯合接地時,雷電流或是電力設備接地故障電流可能會引起電子信息設備的性能不穩、誤動作或是拒動作等故障的發生。

(3)智能建筑聯合接地的原則智能建筑中各種接地先按下列原則進行連接后,再全部接到由基部鋼筋等做成的聯合接地網上。

①保護接地和系統接地可采取聯合接地。

②計算機設備接地和電醫療氣設備接地可以和電子信息設備接地、計算機線路濾波器接地、計算機機殼接地采用聯合接地。

③防雷接地必須單獨和接地網連接。

④保護接地和電子信息設備的接地可采用聯合接地。

⑤聯合接地時,通常情況下其接地電阻不超過lΩ;在接觸電壓和跨步電壓不超過安全值時,總接地電阻也可以超過lΩ。

(4)智能建筑采用聯合接地的特點

①提供基準電位值。聯合接地為建筑物內的通信和電子信息設備提供了基準電位,從而消除各電路流經公共接地線阻抗時糯合所產生的干擾,避免了電路受電磁和“地電位差”的影響。

②足夠的熱穩定性。智能建筑內的鋼筋很多,總的截面積很大,不管是雷電流或是故障電流均不會使其熔斷,因此,聯合接地是安全的。

③減小相對電位差。智能建筑的鋼筋混凝土結構和鋼筋網基礎,具有很高的導電性能,各部分緊密地連接在一起形成導電性非常好的“法拉第籠”。當雷電流從頂部鋼筋沿引下線流入基礎鋼筋進入大地時,建筑物的電位上升,如圖7-1所示。對地而言,建筑物內的相關設備的電位上升了U,但對建筑物而言,它們的電位只上升了ΔU。ΔU稱為雷擊時對地現在電位,一般不超過真正對地電位U的1%。大接地電流系統中,如果接地電阻按2000/I選用,則接地電阻所產生的對地電位U不超過20OOV,人和設備的承受的電位不超過2000V的1%,即20V,顯然這個電壓對人而言是安全的。其他系統發生接地故障時,聯合接地極所呈現的電壓都小于2000V,所以,智能建筑采用聯合接地時,對人、設備都是安全的。因為電壓值比較小,所以不會造成通信設備和電子信息等弱電設備的性能不穩或誤動、拒動等故障的發生。

④接地電阻低。智能建筑基礎下面的鋼筋很多,只要形成連續牢靠的電氣連接,即使在土壤電阻率很高的地方,根據對多個建筑物基礎接地網的實際測量,聯合接地的電阻一般均在lΩ以下,有的甚至低于0.2Ω。如此低的接地電阻,即使高壓系統采用聯合接地也是安全的,接地電流的散流方便,產生的電位差不會超過允許的范圍。

二、智能建筑的抗干擾

電磁干擾無處不在。電磁干擾能使智能建筑中的電圖7-1智能建筑遭雷擊子信息設備產生誤碼、誤動作,使信號系統產生噪聲污后電位變化情況染。電磁干擾嚴重的,會導致電子元器件和設備的損壞,影響設備的正常工作或便其工作性能下降。因此,凈化建筑物中的電磁環境,防止雜散電磁波的干擾,提高智能建筑內電子侶息系統和設備的抗干擾能力就顯得非常必要??垢蓴_正成為智能建筑必不可少的技術措施。

首先了解一下對智能建筑內設備造成干擾的干擾源。

1.干擾源

智能建筑系統的干擾源主要有以下幾點。

(1)廣播、通信、雷達和導航設備的信號頻譜。這些設備的發射功率大,通常會產生有用信號和無用信號干擾。

(2)工業、科學、醫療以及感應式加熱設備的輻射磁場。這些設備的發射功率大,屏蔽不嚴時造成功率泄漏,發生高次諧波干擾。

(3)架空電力線及電氣牽引系統的電磁干擾。如城市電車在滑動受電時偶爾產生的火花或電弧。

(4)汽車及日光燈照明設備的電磁干擾。汽車的干擾主要來自點火系統、發電機、風扇以及電動機等。日光燈啟動時會產生電擊脈沖,由此可造成射頻干擾及傳導干擾。日光燈工作時鎮流器會產生工頻諧波干擾造成供電質量下降。

(5)公用電源、靜電放電和電磁脈沖的干擾。

2.干擾的傳播路徑

上述各種干擾信號在智能建筑系統中傳播的方式主要有電容耦合、電感耦合、電磁波輻射以及通過接地系統、電源線、信號線和控制線等來傳播。

各種干擾信號以傳導和輻射的方式對設備和系統產生干擾。消除和抑制各種干擾信號的主要方法和措施有電場屏蔽、電磁屏蔽、磁場屏蔽、電子設備接地、等電位接地和濾波等。

3.抗干擾措施

(1)為防止供電電壓在受雷擊時或其他原因所產生的波動,電子設備應采取穩壓電源供電。

(2)選擇智能化機房的位置時應考慮遠離強功率發射源及電梯的機房。

(3)盡量采用屏蔽線纜,并對其屏蔽層進行可靠的接地。

(4)建筑物內的鋼筋要全部焊接連通,保證電氣上的連通。

(5)對容易被干擾的電路或容易產生干擾的電路進行屏蔽或隔離。

(6)在電源端采用低通濾波器,消除電網中的高頻干擾。

(7)防止各種接地之間的相互干擾。

(8)根據環境申的電磁干擾情況來采用有效的屏蔽方法

(9)采用隔離和光纖數字傳輸技術。

(10)使用電源線路濾波器對照明裝置電源接線端子進行屏蔽。

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