智能建筑弱電工程的防雷接地.doc

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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(shí)間短，它的產(chǎn)生人類(lèi)目前無(wú)法控制。雷云的生成、移動(dòng)、放電的整個(gè)過(guò)程伴隨多種物理效應(yīng)，如：靜電感應(yīng)、高溫高熱、電磁輻射、光輻射等；這些物理效應(yīng)的共同作用已嚴(yán)重危害室內(nèi)弱電設(shè)備的安全運(yùn)行，甚至危及工作人員的安全。雷電災(zāi)害嚴(yán)重性還表現(xiàn)在波及面廣，主要有兩個(gè)方面的因素，首先積聚大量電荷的雷云有較大的活動(dòng)范圍及其放電過(guò)程的輻射范圍可覆蓋達(dá)幾十公里的范圍，其次地面各種網(wǎng)絡(luò)（電力、通信等網(wǎng)絡(luò)）的相互滲透、錯(cuò)綜復(fù)雜，使雷電災(zāi)害的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。 在雷擊中心數(shù)公里范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)過(guò)電壓，損害線(xiàn)路上的設(shè)備。 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大量的微電子設(shè)備（系統(tǒng)）得以在工業(yè)控制中應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)。由于其元器件的集成度愈來(lái)愈高，信息存儲(chǔ)量愈來(lái)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(jí)，因而對(duì)外界干擾極其敏感，對(duì)雷電等電磁脈沖和過(guò)電壓的承受能力相對(duì)脆弱，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)廣域化又增大了系統(tǒng)（設(shè)備）受干擾的可能性。當(dāng)雷電等引起的過(guò)電壓和伴隨的電磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一閥值時(shí)，輕則引起系統(tǒng)失靈（誤動(dòng)、信息丟失、特性變壞、運(yùn)行不穩(wěn)定等），重則導(dǎo)致整個(gè)電子系統(tǒng)或其元器件永久性損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shì)。因而，電子系統(tǒng)（設(shè)備）特別是網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（設(shè)備）必須實(shí)行雷電過(guò)電壓防護(hù)。鑒于上述原因，在智能建筑弱電工程中必須考慮過(guò)電壓防護(hù)。 二、防雷接地要求 機(jī)房或設(shè)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(hù)接地。此外，為了防止雷電的危害而進(jìn)行的接地，叫做防雷保護(hù)接地；為了防止可能產(chǎn)生聚集靜電荷而對(duì)用電設(shè)備等所進(jìn)行的接地，叫做防靜電接地；為了實(shí)現(xiàn)屏蔽作用而進(jìn)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(xiàn)接地要與設(shè)備間、配線(xiàn)間放置的應(yīng)用設(shè)備接地系統(tǒng)一并考慮。符合應(yīng)用設(shè)備要求的接地系統(tǒng)也一定滿(mǎn)足綜合布線(xiàn)接地的要求。埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中作散流用的導(dǎo)體稱(chēng)為接地體。從引下線(xiàn)斷接卡或換線(xiàn)處至接地體的連接導(dǎo)體稱(chēng)為接地線(xiàn)。接地體和接地線(xiàn)統(tǒng)稱(chēng)為接地裝置。在接地裝置中，用接地電阻來(lái)表示與大地結(jié)合好壞的指標(biāo)。上列各種接地的接地電阻值必須參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2887-89《計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求》中的規(guī)定。接地就以接地電流易于流動(dòng)為目標(biāo)，因此接地電阻越低地電流越容易流動(dòng)。綜合布線(xiàn)的接地希望盡量減少成為干擾原因的電位變動(dòng)，所以接地電阻越低越好。 在處理微電子設(shè)備的接地時(shí)要注意下述兩點(diǎn)： 1.信號(hào)電路和電源電路，高電平電路和低電平電路不應(yīng)使用共地回路。 2.靈敏電路的接地，應(yīng)各自隔離或屏蔽，以防地回流或靜電感應(yīng)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(gè)樓層配線(xiàn)間，以及每個(gè)二級(jí)交接間都應(yīng)設(shè)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(hù)器處或盡量接近保護(hù)器。干線(xiàn)電纜的屏蔽層必須用4mm2多股銅線(xiàn)焊接到干線(xiàn)所過(guò)的配線(xiàn)間或二級(jí)交換間的接地裝置上，而且干線(xiàn)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(xiàn)間或二級(jí)交接間的接地線(xiàn)應(yīng)用一根多股銅芯接地母線(xiàn)焊起來(lái)，再接到接地體。接地用線(xiàn)應(yīng)盡可能位于建筑物的中心部位。面積比較大的配線(xiàn)間、設(shè)備間放置的應(yīng)用設(shè)備又比較多，接地線(xiàn)這應(yīng)采取格柵方式，盡可能使配線(xiàn)間或設(shè)備間內(nèi)等電位。非屏蔽干線(xiàn)電纜應(yīng)放在金屬線(xiàn)槽或金屬管內(nèi)。金屬線(xiàn)槽（管）接頭應(yīng)連接牢固，保持電氣連通，所經(jīng)過(guò)的配線(xiàn)間用6mm2辮式銅帶連接到接地裝置上。接地電阻值應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)備接地要求來(lái)定。通常，電阻值不宜大于1Ω。當(dāng)綜合布線(xiàn)連接的應(yīng)用設(shè)備或鄰近有強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，而對(duì)接地電阻提出更高的要求時(shí)，應(yīng)取其中的最小值作為設(shè)計(jì)依據(jù)。 接地裝置的設(shè)計(jì)可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-93《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)定》有關(guān)條款執(zhí)行。高層建筑物的每個(gè)二級(jí)交接間都應(yīng)設(shè)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(xiàn)把入口電纜的屏蔽層與保護(hù)器地片焊接在一起。在樓層配線(xiàn)間必須把電纜的屏蔽層連至合格的配線(xiàn)架（柜）接地端。屏蔽層在配線(xiàn)間接地時(shí)，在進(jìn)入或離開(kāi)屏蔽的電纜之處，采用直徑為4mm的多股銅芯線(xiàn)把電纜的屏蔽層焊接到合格的配線(xiàn)間接地端。各樓層配線(xiàn)間或二級(jí)交接間的接地線(xiàn)分別焊接到接地母線(xiàn)上。由接地母線(xiàn)用一根接地線(xiàn)單點(diǎn)與接地體相連接的單點(diǎn)接地方式。各樓層配線(xiàn)間至接地母線(xiàn)的連接導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)采用多股編織的銅芯線(xiàn)，且應(yīng)盡量縮短連接距離。高層建筑物的接地母線(xiàn)應(yīng)盡可能位于建筑物的中心部分。 四、配線(xiàn)架（柜）接地 每個(gè)樓層配線(xiàn)架接地端子應(yīng)當(dāng)可靠地接到配線(xiàn)間的接地裝置上。從樓層配線(xiàn)架至接地極接地導(dǎo)線(xiàn)的直流電阻不得超過(guò)1Ω，并且要永久性地保持其連通。每個(gè)樓層配線(xiàn)架（柜）應(yīng)該并聯(lián)連接到接地極上，不應(yīng)串聯(lián)。如果應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)不同的接地裝置，這些接地極應(yīng)該相互連接，以減小接地裝置之間的電位差。布線(xiàn)的金屬線(xiàn)槽或金屬管應(yīng)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?xún)?nèi)，接地導(dǎo)線(xiàn)用直徑為4mm的外包絕緣套的多股銅線(xiàn)纜。若距接地體超過(guò)30m時(shí)，接地電纜的直徑應(yīng)參考下表的數(shù)值。配線(xiàn)間中的每個(gè)配線(xiàn)架（柜）均要可靠地接到配線(xiàn)架（柜）的接地排上，其接地導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)大于2.5mm2,接地電阻要小于1Ω。 六、弱電專(zhuān)用接地系統(tǒng)組成 1.接地線(xiàn)：地線(xiàn)網(wǎng)由矩形銅（404）排連接成。走線(xiàn)方向按大樓的布線(xiàn)系統(tǒng)。各需要防靜電干擾的儀器設(shè)備通過(guò)銅芯導(dǎo)線(xiàn)與網(wǎng)可靠的連接，使整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)獨(dú)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(shí)，為了增加其導(dǎo)電性、提高其防腐能力，可采用外表鍍鋅材料。 （1）接地體長(zhǎng)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(shè)。 （3）角鋼間距為2.5m-3m。 （4）埋設(shè)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(xiàn)與地線(xiàn)網(wǎng)若做鑼釘連接需牢固可靠，接點(diǎn)作防腐處理。 （6）為了增加接地體的導(dǎo)電性，可對(duì)接地體的封環(huán)境進(jìn)行降阻處理?？捎檬?、鹽、水、木碳酸、金屬屑等材料按比例配制進(jìn)行澆灌。 3.防靜電、抗干擾接地方案： （1）在建筑結(jié)構(gòu)四周設(shè)置四個(gè)接地體。 （2）在每個(gè)接地體與地網(wǎng)線(xiàn)相連處設(shè)置一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。 （3）四個(gè)接地體與地線(xiàn)網(wǎng)可靠連接，使整個(gè)接地系統(tǒng)連成一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)。 4.抗干擾地線(xiàn)是設(shè)備系統(tǒng)的低電平信號(hào)，同時(shí)為了安全起見(jiàn)，需設(shè)置一條安全地線(xiàn)，以防外殼感應(yīng)電對(duì)人體的傷害，但要注意其接線(xiàn)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(hào)地、包括屏蔽線(xiàn)須單獨(dú)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(jié)構(gòu)，只要將建筑物的基礎(chǔ)、柱、梁內(nèi)的鋼筋通過(guò)焊接或綁扎，就能形成多個(gè)閉合的電氣通路；由于建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋或金屬件很多，彼此又非常接近，因此形成一個(gè)完善的法拉第籠，在這個(gè)籠內(nèi)的電氣線(xiàn)路和設(shè)備不會(huì)因外界的雷電流而造成危險(xiǎn)的電位，因?yàn)槎鄠€(gè)閉合的電氣通路將阻止雷電流進(jìn)入建筑物內(nèi)部。當(dāng)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(shí)，擊電流經(jīng)過(guò)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(dāng)沖擊電流流向建筑物中心時(shí)，被由屏幕在閉合金屬導(dǎo)電框架中產(chǎn)生的感應(yīng)電流所抑制，電氣屏幕所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓降將伴生一個(gè)圍繞整個(gè)建筑物的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)包圍著建筑物內(nèi)部的其他垂直導(dǎo)體，并在每個(gè)柱子的頂部和底部感應(yīng)出等量的電壓，因此電氣屏幕上任何一個(gè)垂直導(dǎo)體與建筑物內(nèi)部的垂直導(dǎo)體的電位差很小，不會(huì)超過(guò)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(shè)計(jì)時(shí)就是設(shè)計(jì)的這樣一個(gè)安全的法拉第籠。 弱電接地系統(tǒng)由于采用專(zhuān)用接地系統(tǒng)時(shí)必須與防雷接地分開(kāi)，兩者在地下的接地極和引出的線(xiàn)路均要求相距15米以上，以免雷擊時(shí)通過(guò)接地系統(tǒng)對(duì)弱電設(shè)備產(chǎn)生危險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)的，要將各類(lèi)接地線(xiàn)分開(kāi)，會(huì)造成地線(xiàn)過(guò)多過(guò)長(zhǎng)，易于接收干擾，現(xiàn)代的弱電設(shè)備大都具有高數(shù)據(jù)率，因此其信號(hào)頻率較高，通過(guò)電容耦合，即使分開(kāi)而彼此距離相近時(shí)，同樣會(huì)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(shè)備的機(jī)殼連接到一個(gè)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(diǎn)連接，進(jìn)行聯(lián)合接地；為了防止雷電反擊，所以與防雷接地網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)連接，為了減少干擾，盡可能消除各接地點(diǎn)間的電位差，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 1.電源設(shè)備的中性線(xiàn)要用絕緣線(xiàn)，不應(yīng)與其他金屬設(shè)備接觸； 2.弱電設(shè)備接地環(huán)采用120mm0.35mm或80mm0.35mm銅箔； 3.接地線(xiàn)采用最短路徑，并用截面足夠的銅導(dǎo)體； 4.防雷接地環(huán)與弱電設(shè)備接地環(huán)多點(diǎn)連接,使電子設(shè)備在雷擊時(shí)處于等電位，同時(shí)可以減少跨步電壓和接觸電壓； 5.屏蔽線(xiàn)對(duì)電纜和同軸電纜的屏蔽層都采用兩端接地。 八、設(shè)備接地 應(yīng)該說(shuō)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(gòu)件：將防護(hù)區(qū)域內(nèi)所有金屬構(gòu)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(jié)構(gòu)趨于防護(hù)的優(yōu)化。不過(guò)連接時(shí)必須考慮金屬的電化次序，以防止產(chǎn)生腐蝕。 2.電源線(xiàn)：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(jí)防護(hù)必須考慮使用放電能力強(qiáng)的防雷器，因?yàn)樵诖水a(chǎn)生的雷電流較強(qiáng)。在通過(guò)單獨(dú)供電時(shí)由于布線(xiàn)與接閃鐵塔可能平行，由此而耦合進(jìn)的能量只要用過(guò)電壓保護(hù)器對(duì)地進(jìn)行限壓即可。 3.信號(hào)線(xiàn)：有線(xiàn)電視、監(jiān)控系統(tǒng)、消控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)等沒(méi)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(gè)防護(hù)區(qū)域內(nèi)的所有金屬導(dǎo)體提供一個(gè)完善的電位補(bǔ)償系統(tǒng)。當(dāng)瞬態(tài)現(xiàn)象無(wú)論從何處侵入，電補(bǔ)償系統(tǒng)都能使該區(qū)域內(nèi)所有導(dǎo)電物體電位處于基本相等或絕對(duì)相等，盡管這個(gè)電位相對(duì)于遠(yuǎn)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(shè)備的電位差。 4.末端信號(hào)傳輸、控制、處理設(shè)備：設(shè)備防感應(yīng)雷、防浪涌保護(hù)系統(tǒng)是圍繞著以設(shè)備為保護(hù)目標(biāo)的一種安全防范措施，它對(duì)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，通常人們把防浪涌保護(hù)只作為一種防止雷擊及雷擊感應(yīng)的一種防范措施，這種觀點(diǎn)是狹隘的，其實(shí)防雷僅為抗浪涌保護(hù)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(duì)設(shè)備的干擾，通過(guò)地線(xiàn)系統(tǒng)釋放多余的不符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的殘余電流、電壓、頻率。例如：大樓中的空調(diào)、電梯設(shè)備等大功率電器設(shè)備總是處于一種待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)一臺(tái)或多臺(tái)大型電器設(shè)備同時(shí)起動(dòng)時(shí)樓內(nèi)電壓會(huì)明顯下降，當(dāng)這些設(shè)備同時(shí)暫停時(shí)樓內(nèi)電壓又會(huì)明顯升高，當(dāng)這些變化因素超出UPS主機(jī)適應(yīng)范圍時(shí)就會(huì)造成計(jì)算機(jī)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(hù)不帶入或不使用某些高頻或超高頻設(shè)備，這些設(shè)備在使用中不僅向空間釋放超頻率輻射，更會(huì)通過(guò)此類(lèi)應(yīng)用設(shè)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(lèi)主要計(jì)算機(jī)隱患的產(chǎn)生，真正確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全，在進(jìn)入機(jī)房的市電配線(xiàn)柜里安裝雷電浪涌保護(hù)器，對(duì)機(jī)房所有用電設(shè)備予與第一級(jí)防雷防浪涌保護(hù)，在機(jī)房區(qū)UPS電源處安裝雷電浪涌保護(hù)器予以二級(jí)防浪涌保護(hù)，并建議對(duì)幾臺(tái)最重要的弱電設(shè)備以予三級(jí)防浪涌保護(hù)；例如，在核心骨干交換機(jī)處安裝RJ45信號(hào)避雷器，如須保護(hù)的數(shù)據(jù)設(shè)備較多，可采用19英寸集中式安裝支架。 5.前端信號(hào)采集設(shè)備：在室內(nèi)監(jiān)控機(jī)房的視頻線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)端安裝信號(hào)避雷器；在室內(nèi)監(jiān)控機(jī)房的控制線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)端安裝信號(hào)避雷器；在室外不帶云臺(tái)攝像機(jī)處安裝組合信號(hào)避雷器；在室外帶云臺(tái)攝像機(jī)處安裝組合信號(hào)避雷器；在室內(nèi)有線(xiàn)電視信號(hào)線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)處安裝信號(hào)避雷器；在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)處安裝信號(hào)避雷器；在消控系統(tǒng)集中報(bào)警控制器輸出端和區(qū)域報(bào)警控制器輸入端分別安裝信號(hào)避雷器。 6.電源防護(hù)：在機(jī)房弱電配電輸出端安裝電源避雷器；在機(jī)房UPS輸入端安裝電源避雷器；在機(jī)房弱電井道處安裝電源避雷器；在電梯機(jī)房電源進(jìn)線(xiàn)處安裝電源避雷器。 第 8 頁(yè) 共 8 頁(yè)