現(xiàn)代建筑的電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)

為了保障現(xiàn)代建筑的電子信息系統(tǒng)的安全，必須對其進(jìn)行一定的雷電防護(hù)。雷電放電的過程具有隨機(jī)性，因此必須在長期觀測的前提下積累雷電防護(hù)的資料。本文簡要介紹了雷電參數(shù)及其破壞性，并對現(xiàn)代智能建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的分析，分析了雷電會(huì)對現(xiàn)代智能建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)造成的破壞，在此基礎(chǔ)上提出了現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)。只有做好相應(yīng)的雷電防護(hù)工作，才能保障現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)不會(huì)受到雷電的干擾和破壞。

1雷電參數(shù)和破壞性

1.1雷電的主要參數(shù)

作為一種具有隨機(jī)性的放電過程，電放電的特性可以用雷電放電參數(shù)來表示。常見的雷電參數(shù)主要包括雷電極性、雷電流幅值概率分布、雷電流波形、地面落雷密度、雷電小時(shí)、雷暴日等等。1.1.1雷電小時(shí)主要是為了對不同地區(qū)雷電日內(nèi)的雷電活動(dòng)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行區(qū)分，可以以小時(shí)為單位。只要該小時(shí)內(nèi)能夠聽到雷聲，則作為一個(gè)雷聲小時(shí)。在我國的絕大部分地區(qū)每個(gè)雷暴日的雷電小時(shí)約為三小時(shí)。1.1.2雷暴日只要能夠在測站聽到雷聲則將該天作為一個(gè)雷暴日。雷暴日能夠?qū)υ撈陂g的雷暴活動(dòng)特征進(jìn)行一定的反映，也是建筑工程中一個(gè)重要的雷暴活動(dòng)參量。但是雷暴日不能反映出當(dāng)天雷暴的持續(xù)時(shí)間，具有一定的局限性。1.1.3地面落雷密度所謂的地面落雷密度指的是在雷暴日中，每平方公里以內(nèi)的平均落雷次數(shù)，可以表示雷云對地放電的頻繁程度。這也是建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，1.1.4雷電流波形最常見的雷電流波形就是單極性重復(fù)脈沖波，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)較小的負(fù)過沖。一般情況下在雷電的放電過程中往往有多次先導(dǎo)至主放電。這就要求防雷保護(hù)器的流通能力進(jìn)行保障，1.1.5雷電流幅值概率分布由于雷擊具有一定的隨意性，雷擊的電流幅值也是隨機(jī)的。通過觀測并統(tǒng)計(jì)雷電流幅值，可以將相應(yīng)的概率分布曲線得出來。雷電流幅值的概率分布與當(dāng)?shù)氐睦妆��?qiáng)度、氣象、地貌、地形、緯度有關(guān)。

1.2雷電對現(xiàn)代建筑電子信息系統(tǒng)的破壞

作為自然界中最為強(qiáng)大的放電，如果建筑物接防雷裝置直接受到了雷電的攻擊，則建筑物以及屋內(nèi)的人畜生命都會(huì)受到極大的威脅。與此同時(shí)，雷電還會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖，對現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)造成嚴(yán)重的破壞。在現(xiàn)代社會(huì)，建筑內(nèi)普遍的安裝了電子信息系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)通信和自動(dòng)控制等。一旦受到雷擊，這些設(shè)備很容易受到損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，電子信息系統(tǒng)受到雷擊之后造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)成為了雷電災(zāi)害的主要損失。雷電對于現(xiàn)代建筑電子信息系統(tǒng)的破壞主要有以下幾個(gè)方面。1.2.1具有較大的受災(zāi)面無論是建筑、電力等傳統(tǒng)領(lǐng)域，還是金融證券、石油化工、電子工業(yè)、計(jì)算機(jī)、郵電通信、航空航天等與高新技術(shù)關(guān)系密切的領(lǐng)域，都會(huì)受到雷擊的損害。1.2.2雷擊具有三維入侵的特點(diǎn)雷擊造成的災(zāi)害是無孔不入的，空間閃電的脈沖電磁場能夠通過三維空間對建筑物中的任何一個(gè)角落進(jìn)行入侵。這也要求防雷工程不僅要能夠防感應(yīng)雷和直擊雷，還要能夠防雷電電磁脈沖。1.2.3雷擊災(zāi)害的危害程度和經(jīng)濟(jì)損失不斷增大事實(shí)上受到雷電直擊而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失并沒有產(chǎn)生較大的變化，然而雷擊災(zāi)害造成的間接損失卻在不斷增加。二十一世紀(jì)是電子信息化的時(shí)代，很多現(xiàn)代建筑物內(nèi)都裝備了大量的電子信息系統(tǒng)，微電子器件的敏感度非常高，滲透到了人們的生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，雷擊會(huì)損壞微電子設(shè)備，甚至造成微電子設(shè)備的失控和錯(cuò)誤，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

2現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)以及雷電危害

由于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及，出現(xiàn)了越來越多的智能建筑。作為信息高速公路的終點(diǎn)站，現(xiàn)代智能建筑在科技、文化和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，包括機(jī)場、體育場館、圖書館、學(xué)校、醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)、貿(mào)易商社、商場、保險(xiǎn)、期貨、銀行、證券等等。

2.1現(xiàn)代智能建筑的特點(diǎn)

現(xiàn)代智能建筑包括三大子系統(tǒng)，也就是建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(BA)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OA)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CA)�，F(xiàn)代智能建筑是信息技術(shù)和建筑技術(shù)結(jié)合的成果，現(xiàn)代智能建筑的技術(shù)基礎(chǔ)包括現(xiàn)代圖象顯示技術(shù)(CRT)、現(xiàn)代通信技術(shù)(Communication)、現(xiàn)代控制技術(shù)(Control)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)、現(xiàn)代建筑技術(shù)(Architecture)。2.1.1現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)在現(xiàn)代智能建筑內(nèi)，主要是應(yīng)用分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。通過統(tǒng)一的分布式操作系統(tǒng)，分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠組合多個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的通用部件，使其具有整體功能。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求做到軟件資源和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件的共享，并且能夠共享負(fù)載和任務(wù)。2.1.2現(xiàn)代控制技術(shù)(Control)在現(xiàn)代智能建筑中往往安裝了集散型的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了分布式、多用戶、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，模塊化的軟件和硬件，其具有人機(jī)界面友好、顯示操作集中、數(shù)據(jù)處理方便等特點(diǎn)。2.1.3現(xiàn)代圖象顯示技術(shù)(CRT)該技術(shù)能夠?qū)π畔�顯示的計(jì)算機(jī)操作進(jìn)行圖像化，從而影像的顯示參數(shù)變化、信息狀態(tài)、模擬量控制和開關(guān)量。正是由于現(xiàn)在智能建筑中，運(yùn)用了大量的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、電視技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)等等，其表現(xiàn)出了智能化的特征。這也造成了雷電的損失不斷升級。現(xiàn)代智能建筑的計(jì)算機(jī)、通訊、供電電源的設(shè)備經(jīng)常會(huì)由于雷電活動(dòng)而出現(xiàn)死機(jī)，甚至造成設(shè)備誤動(dòng)和永久性損壞。以接地網(wǎng)、法拉第籠、銅帶、鋼筋、富蘭克林針為主的傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)只能防止建筑物以及內(nèi)部的人員不受到雷電的攻擊，不能防止通信設(shè)備和微電子設(shè)備受到雷電產(chǎn)生的靜電、電路浪涌、電磁脈沖、雷電感應(yīng)等干擾和危害。

2.2雷電對現(xiàn)代智能建筑的危害

（1）如果現(xiàn)代智能建筑的防雷系統(tǒng)受到了雷電直擊，建筑物的銅帶或結(jié)構(gòu)中的某一鋼筋就會(huì)將巨大的雷電流能量泄放到大地之中，供電線路會(huì)受到巨大的電磁效應(yīng)的影響，甚至直接造成數(shù)據(jù)線路或供電線路的跳火。（2）如果延伸到建筑外的通信數(shù)據(jù)線路和供電線路受到雷電直擊，雷電電流就會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)沿著線路侵入建筑物內(nèi)部。（3）當(dāng)大的電力用戶啟停是公用輸電網(wǎng)切換時(shí)，現(xiàn)代智能建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)會(huì)受到浪涌的影響。（4）如果頻繁啟停建筑物內(nèi)部的電氣設(shè)備，也會(huì)產(chǎn)生浪涌。（5）設(shè)備電板路上的電子元件會(huì)受到通過數(shù)據(jù)線路傳送而來的靜電感應(yīng)的影響。（6）如果雷電擊中了地面、其他建筑物等與現(xiàn)代智能建筑物有數(shù)據(jù)、通信和供電線路相連的物體，也會(huì)產(chǎn)生浪涌電流、電磁脈沖。

3現(xiàn)代智能建筑的雷電防護(hù)

以智能化子系統(tǒng)的集成情況、使用性質(zhì)和重要性、發(fā)生雷擊的概率以及遭受雷擊的后果為依據(jù)，可以對現(xiàn)代智能建筑的雷電防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行劃分。

3.1天線系統(tǒng)

所謂的天線系統(tǒng)主要安裝在建筑物的屋面或屋頂上，并且連接屋面上的防雷接地裝置，至少必須有兩處連接點(diǎn)。如果由于各種需要必須將天線延伸到避雷帶和避雷針的保護(hù)范圍之外，就要對天線加裝獨(dú)立的避雷針，并且保障天線的避雷接地裝置和避雷針之間連接的可靠性。如果需要將天線引入室內(nèi)，為了防止雷電損害，還應(yīng)該加裝天饋SPD設(shè)備。

3.2現(xiàn)代智能建筑物的纜、線、管

由于電子信息系統(tǒng)的安裝需要，往往有大量的電纜和各種金屬管進(jìn)出現(xiàn)在智能建筑物，這些電纜和金屬管也很容易受到雷電的攻擊。在電纜的進(jìn)出口處，要緊密地連接電氣設(shè)備的接地裝置與電纜的鋼管套和金屬外皮。如果該建筑使用的是架空線路電纜，就應(yīng)該將天饋SPD設(shè)備安裝在轉(zhuǎn)換處。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，大約30%的雷擊故障都是由于埋地線纜受到雷擊而造成的。即使距離現(xiàn)代建筑物很遠(yuǎn)的線纜遭到了雷擊，雷電電流也會(huì)沿著線纜進(jìn)入建筑內(nèi)部，損壞電子信息系統(tǒng)�？梢允褂镁�纜穿鋼管埋地敷設(shè)或者采用帶屏蔽層的線纜來防止這一狀況的出現(xiàn)。要注意使鋼管具有電氣連通，從而有效的防止電磁感應(yīng)和電磁干擾。這主要是利用了雷電電流的集膚效應(yīng)和金屬管的屏蔽作用，對電子信息系統(tǒng)的傳輸線纜進(jìn)行了有效的保護(hù)，使雷電不會(huì)對傳輸線纜的正常運(yùn)行造成直接的干擾。如果在實(shí)際操作中難以實(shí)現(xiàn)將所有的線纜穿上金屬管，也可以在線纜的終端設(shè)備前和進(jìn)入前端穿金屬管，并進(jìn)行埋地引入。至少要保障15米的埋地長度，入戶端線纜的鋼管和金屬外皮和防雷接地裝置之間必須保障良好的連接。與此同時(shí)，70%以上的電機(jī)、電子信息系統(tǒng)和設(shè)備損壞的原因都是雷電干擾侵入了供電線路。這就需要對電源系統(tǒng)進(jìn)行多級防護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)對電子信息系統(tǒng)的防護(hù)�？梢允褂秒娪勘Ｗo(hù)器來進(jìn)行防護(hù)，要以設(shè)備過過電壓耐受值、雷電電磁環(huán)境、建筑規(guī)模、系統(tǒng)的重要性為依據(jù)，確定電涌防護(hù)的形勢和等級。

3.3弱電系統(tǒng)的雷電防護(hù)

在當(dāng)前的現(xiàn)代智能建筑中主要有兩類弱點(diǎn)系統(tǒng)。第一，載有數(shù)據(jù)、圖像、語音等信息的信息源，例如建筑中常見的計(jì)算機(jī)、電視和電話的信息等等。第二，低電壓電能，例如控制電壓、安全電壓等級等等，包括應(yīng)急照明燈備用電源和24V直流控制電源。對弱電系統(tǒng)的雷電防護(hù)涉及到材料學(xué)、建筑學(xué)、電氣工程和氣象學(xué)等等，是現(xiàn)在智能建筑雷電防護(hù)中的一個(gè)重要系統(tǒng)。要綜合考慮弱電和強(qiáng)電、地線和天線、外部防雷和內(nèi)部防雷。采取相應(yīng)的技術(shù)來處理雷電過電壓容易侵入的通道，以及均壓接地網(wǎng)絡(luò)、屏蔽網(wǎng)絡(luò)、地線、避雷針等等，信號傳輸系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、電源系統(tǒng)也容易受到雷電過電壓的入侵。對弱電系統(tǒng)的雷電防護(hù)要做到經(jīng)濟(jì)安全、層層防護(hù)、綜合考慮，可以采用加裝避雷器堵截雷電過電壓、合理接地、完善均壓網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備屏蔽、電纜屏蔽等手段。

3.4傳輸網(wǎng)絡(luò)的雷電防護(hù)

對傳輸網(wǎng)絡(luò)的雷電防護(hù)要是以電子設(shè)備受到雷電電磁脈沖侵襲的路徑為依據(jù)來選擇合適的防護(hù)措施。如果與電子設(shè)備相連接的各種導(dǎo)線受到雷電能量的作用，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓和雷電波，經(jīng)過天饋線、信號線、配電線對電子設(shè)備造成影響。如果電子元器件直接受到雷電能量的作用，電子器件就會(huì)出現(xiàn)損壞或者誤動(dòng)作。與此同時(shí)通過地電位的反擊，雷電還可能對器件的絕緣材料、設(shè)備的導(dǎo)線和元器件造成損壞。此時(shí)可以采取的對策主要有以下幾個(gè)：第一，安裝SPD，使侵入電子設(shè)備的雷電過電壓幅值受到控制。第二，建筑物屏蔽、機(jī)房屏蔽或者設(shè)備屏蔽。第三，使用穿金屬管的敷設(shè)方式來敷設(shè)信號傳輸線纜和電源線纜，將感應(yīng)效應(yīng)減弱。

4結(jié)語

現(xiàn)在建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)規(guī)模越來越大、數(shù)量越來越多，也更容易受到雷電的侵襲。由于電子信息系統(tǒng)具有較低的絕緣強(qiáng)度，對電流和過電壓的耐受能力較低，電磁的干擾非常敏感，一旦遭受雷擊很容易出現(xiàn)誤動(dòng)作甚至電子信息系統(tǒng)設(shè)備的損壞，造成極其嚴(yán)重的損失。傳統(tǒng)的建筑物雷電防護(hù)措施已經(jīng)不能保障現(xiàn)代建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的安全，必須認(rèn)識到建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)的重要性，采取有效的措施保障現(xiàn)代智能建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的安全。