甘肃省张掖市气象局甘肃张掖734000
摘要:雷电是一种常见的自然现象,在一定条件下会对人和建筑物造成严重的伤害。随着现代技术的不断提升,人类居住环境发生了巨大改变,特别是近年来城市建筑高度与规模都在不断扩大,在一定程度上放大了雷电伤害发生的概率。雷电伤害最大的影响在于一些现代化电气设备,做好建筑物内部雷电防护工作对于提高人类居住安全具有十分重要的意义。本文就内部雷电防护技术方案设计进行深入探讨和研究,希望提高建筑物内部电气设备运行的安全性和稳定性。
关键词:建筑物;内部雷电防护技术;设计方案
引言
随着建筑产业施工技术水平的不断提升,建筑规模和高度屡创新高,并且现代化电气设备使用愈加丰富和多样化,如此在雷电天气往往因产生高压电流对建筑物和居住人群造成严重伤害,同时雷电伤害的几率与建筑物高度成正比关系。为确保建筑物及居民的生活安全,加强建筑物雷电防护工作受到了政府部门的重点关注,并颁布了完善的建筑物防雷设计规范等法律法规,由此督促和指导建筑雷电防护设计与安装工作。
1雷电破坏机理
1.1雷电流
雷电流是指建筑物或其他导体受到雷击后所流过的电流,根据雷电产生的方式可分为直击雷、感应雷和球形雷。雷电流一旦击中建筑物,便会生成强大的热效应与机械效应,极易引发火灾。同时雷电流还会生成电磁脉冲,并对建筑内部电气设备形成辐射干扰,破坏电气设备的感应器。由此可见,雷电流会对建筑物内部电气设备造成严重破坏,严重威胁了人们的生命财产安全。
1.2雷电磁场
通常情况下,建筑物都会安设避雷针等设备,以确保建筑物及居民的安全。然而由于避雷设备与建筑物钢框架等金属结构进行了电气连接,在建筑物受到雷击后,雷电会在建筑物金属结构中形成浪涌电流,由此产生强烈的电磁场。在电磁场的影响下,建筑内部的电气设备会产生一定的电位差,一旦电位差过高会对电气设备产生极大地破坏和影响,进而威胁建筑物居住环境的安全。
2雷电对智能建筑的影响
雷电对智能建筑的危害从形式上可以分为直击雷、感应雷、雷电波侵入和雷电电磁脉冲这几个方面,雷电的危害形式不同,会表现出不同的影响,下面将进行详细分析:第一,直击雷。直击雷是指雷电直接作用在建筑物上,它会产生电效应、热效应和机械效应,而这就可能会危害到建筑物及其内部设备。第二,感应雷。与直击雷不同,当雷电放电时,如果建筑物内部的相关导体发生静电感应或电磁感应,那么就会使导体产生较大的感应电动势,而这就会进一步导致与导体相连的设备发生损害。第三,雷电波侵入。当发生雷电天气时,建筑外部的架空线路或金属导体可能会受到影响,进而产生过电压,如果这些过电压沿着管线侵入到建筑内部,那么就有很大几率造成建筑内部设备损坏。第四,雷电电磁脉冲。雷电电磁脉冲是伴随雷电发生的一种物理现象,作为一种严重影响电子系统正常运行的干扰源,它可能会对建筑内部的低压线路和通讯线路造成严重危害,比如通过“场”的方式干扰建筑内的电子装置。
3防雷技术措施探讨
3.1屏蔽
考虑到现代化的智能建筑中普遍都集成了大量的电子装置和弱电系统,为了降低雷电波对这些系统设备的影响,可以综合采用各种屏蔽措施。针对智能建筑,屏蔽又可以进一步被细分为建筑物屏蔽、设备屏蔽以及相关线路和管道的屏蔽等等。该技术主要是指用金属网、线、管、壳等导体材料将需要保护的设备缠绕起来,从而实现对过电压、电磁干扰影响作用的衰减,其目的就是为了保护被缠绕起来的设备。现实中,在智能建筑外部采用全笼式屏蔽措施是一种最为安全可靠的技术,可以最大限度地降低雷电波对建筑内部设备的影响,一般主要应用于机房和通讯主站等重要场所。为了充分发挥屏蔽技术的作用,在实际使用中还必须对屏蔽层与弱电系统设备间的距离进行合理控制,必须保证其满足相应的安全标准要求。
3.2合理布线
现代化的智能建筑内部都集成了大量的电子设备元件,而这些设备往往又需要通过复杂的布线加以连接,通过对布线进行合理设计,可以大幅降低雷电波可能对建筑内设备线路造成的不利影响,具体需要做到以下几点:第一,为了降低线路发生感应电动势的几率,应尽可能地增加线路与外界雷电场间的距离,即避免将线路布置在建筑四周,垂直线路以布置在建筑中心位置为宜。同时,布线时还应尽量远离防雷系统引下线柱钢筋的位置。第二,对于现代智能建筑中集成的计算机网络、照明、安全防盗和建筑运行控制管理等系统,其线路在进入建筑时应采用等电位联接的措施,同时在机柜处安装避雷器。第三,每一层的配线柜都应用铜排或粗铜线引导接地体,并且在外部导线、电缆进入建筑时,其金属构件也应具备良好的接地措施。第四,对有源设备及其外壳应进行综合布线,特别要注意与配线设备的机架隔缘,并配线设备、电缆屏蔽层等接地,采用综合接地措施。
3.3等电位联接
为了降低雷电波可能会对建筑物内电子设备的危害,可以将这些设备的外壳与接地体就近连接,这样可以让整个建筑变成一个良好的“导电体”,消除敏感设备外壳与接地体间的电位差,使得雷电波可以被及时引导入地下,进而降低其对设备运行的危害。目前常用的等电位联接方法有以下几种:第一,用导线将位于防雷区间内的弱电系统、敏感电子装置以及防雷设备的金属外壳进行连接,形成建筑物的法拉第笼,最大限度地消除因雷电而引发的感应过电压;第二,整个建筑物的钢筋都可以作为等电位联接的一部分,应该采用绑扎或焊接等方式使其成为统一的导电系统,并且接入到综合共用的接地装置上。对于智能建筑而言,考虑到其与普通建筑相比的一些特殊性,推荐采用SM型混合等电位联接网络模式。
3.4加装浪涌保护器(SurgeProtectionDevice,SPD)
雷电电磁脉冲主要是通过通信线路或电源线等途径侵入到建筑物内部,进而破坏内部电子设备。针对这一问题,就可以通过在各种线路的进、出口安装合适的SPD装置来加以应对,从而对线路上可能产生的雷电瞬击过电压进行消除。这里需要注意的一点是,SPD是由多个功能模块组成的,在使用时通过采用不同的模块配置策略,可以形成不同型号规格、不同功能和不同应用场合的SPD。SPD在现实应用过程中需要注意以下几个方面的问题:第一,电压开关型SPD安装在总配线柜等电源进线处,以实现对建筑外引入线路的保护目的;限压型SPD应安装在电梯控制室、楼层配电箱等设备配电柜内;最末级的浪涌吸收器应安装在计算机、微电子装置以及其他一些弱点设备的插座箱内。第二,尽量保证SPD的额定工作电压与要保护设备、线路的工作承载电压一致。第三,SPD的在线阻抗不宜过大。第四,如果线路没有采用屏蔽措施,那么设备间的过电压水平应对感应电压加以考虑。
结语
综上所述,雷电对建筑物内部电气设备和居住人群有着十分严重的影响,特别是空旷环境中的高层建筑,受到雷击的可能性相对较高,建筑物雷电防护系统直接关系到相关人群的生命财产安全。而加强建筑物自身内部防雷体系构建,有助于提高电气设备的抗雷电能力进而减少意外情况的发生,对建筑物及居住人员而言有着十分重要的意义。
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