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智能建筑的防雷接地

智能建筑的防雷保护[转帖]

摘要 　文章针对雷电破坏智能建筑内电子设备与计算机系统的形式和途径，阐述了防止雷害的方法和措施。
　　关键词 　感应雷　引下线　综合布线系统　屏蔽层　光缆
　　近年来，智能建筑方兴未艾。智能建筑内多包含有大量的电子设备与计算机系统，这些电子设备与计算机系统通常属于耐 电压等级低，防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击。普通建筑物防雷保护的避雷装置引入了强大的雷电流通过引下线入地，在 附近空间产生了强大的电磁场变化，会在相邻的导线（包括电源线和信号线）上感应出雷电过电压，因此普通建筑物防雷系统不但 不能保护这些电子设备与计算机系统，反而可能会引入雷电。因此，智能建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题摆以我们面前 。
　　雷电波入侵智能建筑的形式有两种，一种是直击雷，另一种是感应雷。一般来说，直击雷击中智能楼宇内的电子设备的可 能性很小，通常不必安装防护直击雷的设备。感应雷即是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流形成雷 击。感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有以下三条途径：（1）雷电的地电位反击电压通过接地体入侵。（2）由交流供电电源 线路入侵。（3）由通信信号线路入侵。不管理通过哪种形式，哪种途径入侵，都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏 或严重干扰。
　　智能大厦一般均为一类建筑，应建立综合接地系统，接地电阻不大于1Ω。在楼顶设计由避雷带，避雷针或混合组成的接闪 器，利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线，并与建筑物基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架连接起来，形成闭合良好的法拉第笼，建 筑内竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连，均压环应与防雷装置专设引下线相连。当建筑物超过30m高时，应将30m及墙上的 栏杆，金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接。智能大厦内各种交流、直流设备众多，线路纵横交错，应 将建筑物内的交流工作地、安全保护地、直流工作地、防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接，形成一个等电位体，避免接地线之间 存在电位差，以消除感应过电压产生的原因。
　　为了避免雷电由交流供电电源线路入侵，可在大厦的变配电所的高压柜内的各相安装避雷器一级保护，在低压柜内安装阀 门式防雷装置作为第二级保护，以防止雷电侵入大厦的配电系统。为谨慎起见，可在大厦各层的供电配电箱中安装电源避雷器三级 保护，并将配电箱的金属外壳与大厦的地系统可靠连接。
　　智能大厦的通信线路多由综合布线系统担当。综合布线系统由六个子系统组成：①建筑群子系统。②设备间子系统。③管 理子系统。④垂直干线子系统。⑤水平干线子系统。⑥工作区子系统。我们下面分析一下对综合布线系统的防雷保护。
　　（1）建筑群子系统：由连接两个及以上建筑物之间的缆线和配本设备组成。若采用光缆作为建筑物间网络连接介质，不需 要安装避雷器，甚至可以架空铺设。若采用双绞线，则必须穿管埋地敷设。进入建筑后，采用双绞线敷设时，导线必须韵敷设设在 弱电金属桥架或金属管道内。金属桥架和金属管道与综合接地系统良好连接，充当导线的屏蔽层，不能与强电导线共用强电金属桥 架或强电金属管道。
　　（2）设备间子系统：由进线设备，程控交换机、计算机等各种主机设备及其配线设备组成。它是布线系统最主要的管理区 域，通常分为语音管理和数字管理两部分。子系统连接大楼外的各种线路，经与垂直干线子系统跳接后，连通各语音管理子系统， 为防雷电破坏应安装雷柜作为通信线路的第一级防雷措施。连接进出大楼大对数地敷设，以防进出大楼的人的感应雷。数据设备管 理子系统即是计算机网络核心设备，是采用大对数双绞电缆作为传输主干缆。需要在机柜中安装计算机网络防雷器。作为计算机网 络的第一级防雷措施。若采用光缆作为计算机网络主干线。则绝对避免了雷电影响，是最好的防雷措施。
　　（3）管理子系统：设置在各层配线间，由配线设备，输入/输出设备等组成。管理子系统也分为数据和语音两部分。语音 部分采用BIX安装架固定在墙面上。由接线板，绕线环等组成，需要安装信号避雷器作为通信线路的第二级防雷措施。数据部分绞 线作为垂直主干线，也需要在机柜中安装信号避雷器作为计算机网络的第二级防雷措施，防护由于引下线泄放雷电流而形成的电磁 场突变所产生的感应雷。
　　（4）垂直干线子系统：由设备间的配线设备和跳线设备以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成。分为语音主干线和数 据主干线两部分。语音主干线按照程控交换机和电信系统的标准和做法，采用屏蔽大对数双绞电缆，因为管理区子系统安装了信号 避雷器，所以这部分一般不需要再装防雷设备。数据主干线如采用大对数双绞电缆作为数据传输主干线，因为已在管理区子系统安 装了信号避雷器，所以一般也不需要在这部分再安装防雷设备。如采用光缆作为计算机网络主干线，则绝对避免了由于引下线泄放 雷电流而形成的电磁场突变产生的感应雷，是最好的防雷措施。
　　（5）水平干线子系统。由连接管理子系统至工作区子系统的水平布线及信息插座组成。数据点和语音点均采用双绞线敷设 在金属桥架和金属管道内。由于金属桥架和金属管道与综合接地系统相连，形成了信号线路的屏蔽层。并且在管理子系统中，已设 备防雷保护装置，所以在水平干线子系统中不必再加装防雷装置。
　　（6）工作区子系统：由连接在信息插座上的各种设备组成。连接计算机网络的数据点由于在管理子系统中已采取了防雷措 施，所以在工作区子系统一般不需要再加装 防雷设施，若需要利用调制解调器通过语音点连接计算机，由于语音线路与外线连接，则有必要安装信号避雷器，级防雷措施。
　　随着智能化技术的日趋完善以及智能建筑在我国的不断普及，智能建筑的防雷保护技术也将不断得到发展。

摘 要：随着人们的居住水平提高，越来越多的电气进入卫生间，而由于在装璜中随意改动已有电气线路，忽视了电气整体安全，带来安全隐患，本文简要介绍卫生间电气安全方面问题。
关键字：电气设计 等电位联结 卫生间
　　今天，随着人们的住房面积不断扩大，生活质量逐步提高，卫生间承载的功能越来越多，各类电器进入了卫生间给用电安全带来了隐患。卫生间的电气设计要给予高度重视。以下是我的一些设计体会。
一、　　　　 电气设备、插座、开关布置
1.　　　顶灯、浴霸、排气扇都安装在吊顶内。吸顶灯应为防潮灯具。
2.　　　镜前灯设置与镜子上方，尽量不要使用金属外壳的灯具。
3.　　　镜下应设置电须刀、电吹风和烘手器等插座。
4.　　　电热水器插座、洗衣机插座应带开关和面板，安装高度为1.8米。
5.　　　卫生是潮湿环境，用湿手操作电源开关有一定的危险性，因此电源开关可装在卫生间外面的门旁墙上。若装在卫生间内，应采用拉线开关或防水开关。
二、　　　　 线路敷设
1.　　　所有插座回路都应采用漏电保护开关
2.　　　卫生间的配管应为暗配，吊顶内则为明配。为达到双重绝缘，提高用电安全，保护管应该用塑料管。
3.　　　卫生间内应配置电话出线盒。
4.　　　浴霸的电源线应直接从住户配电箱内引来，用3根2．5mm2的铜芯导线。浴霸用一只开关控制普通照明，用一只或两只开关控制红外灯。
三、　　　　 等电位联结
局部等电位联结为用电安全所必需，它对建筑物防雷和电子信息设备的防雷以及其干扰也是必不可少的，而它的实施不过是几根用于联结的导线的连接，花费不多，维护管理也很简单，安全效果却十分明显，因此发达国家对诸如商业、科研等高层建筑物的每一楼层都做一次局部等电位联结，收到了很好的效果。
局部等电位联结在一些电击危险特别大的场所也得到了广泛的应用。例如在浴室、游泳池等特别潮湿的场所内，人体皮肤完全湿透，人体阻抗大幅度下降，金属管道、结构等种种原因传导来的十几伏的不高的电压就可使人体通过大于心室纤维性颤动电
流阈值而电击致死。这种电气事故是不能靠装用漏电保护器、隔离变压器等保护电器来防范的，因为这种使人致死的电压是沿非电的金属管道传导的。唯一的防范措施是在此电击危险特别大的局部场所作局部等电位联结。这样做后，无论从哪一金属管道、结构或PE线导入了不正常电压，由于等电位联结的作用，该场所内所有导电部分的电位都同时升高到同一电位水平，不出现电位差，电击事故自然无由发生。电气人员必须理解这种场所的电气危险性和实施局部等电位联结的重要性，以有效维护人的生命安全。
GB50096—1999《住宅设计规范》6.5.2规定：住宅供电系统应采用TT、TN—c—s或TN—s接地制式，并进行总等电位联结；卫生间宜作局部等电位联结。
在规范的条文说明中对此条作如下说明：洗浴时人体皮肤潮湿，阻抗下降，沿金属管道传导来的较小电压即可引起电击伤亡事故，在卫生间内作“局部等电位联结”可使卫生间处于同一电位，防止出现危险的接触电压。人体触及带电体时会受到电击，电击电流的大小由接触电压和人体阻抗所决定。我国对安全电压作如下规定：在状况1(干燥或湿润的区域、干燥的皮肤、高电阻地面)下为50V；状况2(潮湿的区域、潮湿的皮肤、低电阻地面)下为24V；状况3指当人浸入水中时，皮肤电阻和水电阻可忽略不计，此时的安全电压IEC未作规定，但在编制说明中提出：“例如不超过12V”。在状况1或状况2下，人体触及电源的 N线是没有危险的．此时的N线和PE线之间的电压即使超过15V(通常可达10V左右)也没有危险。但在状况3的情况下，人触及N线也存在电击死亡的可能性。例如某电气设备的N线碰壳，此时该电气设备仍能正常工作，因此难以发现N线碰壳。若该电气设备的外壳与浴室水管相碰，人在浴缸内洗澡，浴缸的排水管处于地电位，进水管和N线的电位相同，两者的电位差远大于2.5V，甚至超过12V，此时人坐在浴缸里触及进水管，就有生命危险。如果把卫生间内所有金属体联成一体，就不存在电位差，从而避免电击的可能。
局部等电位联结的做法在图纸中是不画的，可参照建设部的97SD567“等电位联结安装”标准设计图册施工。具体做法如下：在卫生间内将各种金属管道、结构件(包括混凝土楼板中的钢筋)以及进入卫生间内的视线，用不小于4mm2的铜芯线，通过等电位联结端子箱互相连通。等电位联结导线在地板或墙内暗敷时要穿塑料管保护，其目的是更换导线方便。等电位联结范围内的金属管道等金属体与等电位联结箱内的端子排之间的电阻不应大于5。卫生间内的金属管道的连接处一般不需加跨接线，若发现导通不良时，应作跨接。当卫生间内的水管是塑料管或包塑金属管时，等电位跨接线可接在自来水龙头上；采用金属水管时，跨接线直接接在水管上。卫生间内的污水管因与进水管之间是不通的，因此污水管也要作等电位联结，可接在地漏的管子上。
四、 等电位联结设计安装中一些具体问题
（1）、现时有些管道系统以塑料管代替金属管，对这种管道作等电位联结时应如何处理。
作等电位联结的目的是防范人体同时触及带不同电位的可导电部分时可能发生的电击事故。塑料管不是可导电物质，它不传导电位，在作等电位联结时不需对它作联结，但对金属管道系统中的小段塑料管需作跨接。
（2）、金属管道的连接处裹有黄蘼或聚乙烯薄膜，要加跨接线否。
否。除自来水管的水表处需作跨接外，其他连接处不需跨接。因管道在作丝扣连接时，这些包裹材料的绝缘作用已被破坏，连接处仍然导电。但施工完毕后必须对管
道全长进行一次导通性的测试（详见后文），如发现某一连接处不导电或接触电阻过大，应在该处加作跨接线。
（3）、在一等电位联结系统内是否要对同一种管道重复作多次联结。
只要管道全长导电良好，对一种管道只需在干管上作一次联结，也可用一根联结线兼联相邻的不同管道。
（4）、如一建筑物有多回电源进线，是否每回进线都需作一次总等电位联结。
每回电源进线都需做各自的总等电位联结，所有总等电位联结系统之间必须就近互相联通，使全建筑物电气装置处于同一电位水平上。
(5) 总等电位的接地母排和局部等电位联结的等电位联结端子板之间要否连通。
因这两者间并非一配电系统内上级和下级配电箱之间的关系，等电位联结的作用只是使人体伸臂范围（2.5m）内所接触的电位相等或接近而已
(6)、浴室内本无PE线，其局部等电位联结是否需要与室外的PE线进行联结。
否。浴室内最忌出现不同电位，因不大的电位差就可能引起电击事故，而PE线可能因别处的故障而带电位，自浴室外引进无关的
PE线对防电击并无必要，反而引狼入室，增加一个引入不同电位的渠道。
（7）、 如何确认等电位联结的有效性
只要等电位联结的诸连接处电气上导通就可认为它是有效的。因它只传递电位而不传送电流，不存在连接处发热和增大电压降等问题。对它的连接处接触电阻的要求也不高，一个管道系统和其联结线的总电阻不大于3Ω即为合格。IEC标准对检测此管道电阻的要求是检测电源(交流或直流)的空载电压为4V至24V，检测电流不小于0.2A。现时已有符合此要求的检测联结线和PE线的导通性和阻抗值的仪器供应，其操作比较方便。也可在现场按图4组装来进行检测。检测前先用欧姆表测出接线的电阻值RW，然后如图示接通检测线路。检测时，先将开关S置于断开位置，记下电压表读数U1，然后闭合开关S，调节可变电阻器R使电流表显示大于0.2A的合适值，记下电压表和电流表的读数U2和I以及可变电阻器的电阻值R，可得出如下关系式：
U1＝I（R＋RW＋RP）＝U2＋I（RW＋RP），
略加推导可得将测得值代入此式即可获得该管道和其联结线的总电阻值
（8）中性线、PE线、PEN线、联结线性能上的区别何在。
中性线（Neutral Conductor）是回路的带电导体，它正常时通过单相电流、三相不平衡电流和某些谐波电流，这些电流引起的电压降使它正常对地可带几伏电压。
PE线（Protective Conductor）通常指一回路中用于设备接地的导线，但它不是回路的带电导体，除微量的泄漏电流外（三相回路中为三相泄漏电流的失量和）它正常不传送电流，只在设备发生接地故障时传送故障电流并带故障电压。
PEN线指兼有PE线和中性线作用的回路导线。
联结线（Bonding Conductor）不在回路内，不是回路导体，它基本上不传送电流（包括故障电流），只传导电位，使建筑物内可导电部分电位相等或接近。它不似PE线那样紧靠相线敷设，故障电流通过它返回电源的回路电抗远大于PE线，所以它虽然在电路上与PE线是并联的，但故障电流在其上的分流极小，因此它的截面比PE线小许多。
等电位联结也是“连接”（connection），但此连接有只传送电位不传送电流的特点和含义，IEC标准给它取名另一术语“bonding”，译为“联结”，以与一般的“连接”一词相区别。等电位联结线（equipotentialbonding conductor）常简称联结线（bonding conductor）。
（9）、上述不同用途的导线对颜色标志有何要求。
IEC标准规定凡用于安全保护目的的各类导线，包括联结线、PE线、PEN线以及接地极的引入线，其全长一概以黄绿相间的颜色标志作为国际通用的颜色标志（PEN线需在导线的首端另加浅兰色标志），以便于这些线路的正确施工和管理。我国施工验收规范也按此作了同样规定。但我国有些施工人员贪图省事，不加区分，
往往采用同一颜色的导线，因此常常接错线路，招致许多不应有的事故。例如PE线和中性线常因颜色相同而接错，使PE线流过中性线的电流，导致带防火漏电保护的电源进线断路器一合闸即跳开，人们误以为是因正常泄漏电流过大而
拆除断路器，其后果是听任接地电弧火灾频频发生，这是我国成为电气火灾多发国家的一个重要原因。
由于我国等电位联结的实施尚在起步阶段，等电位联结用的金具，端子板尚无定型产品供应，建筑材料(如金属门、窗框)设备(如浴盆)和一些铸铁管也尚未配置等电位联结端子，给施工带来诸不便，也影响连接的美观，需在现场克服。希望有关制造商能抓住这一商机及时开发出满足等电位联结的各种标准产品。

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国家防雷标准及防雷的实践经验


摘自“中国公路·交通信息产业”　文／刘福文 胡建华 （2002/08/29）


　　随着近年来电子技术的飞速发展，雷电灾害已被国际电工委员会（IEC）称为“电子化时代的一大公害”。高速公路机电系统是一个功能强大的电器、电子系统，除了强电设备外，通信、监控（IEC定义为信息系统）、收费等弱电设备更是高速公路上不可缺少的一部分，如果在设计和施工中不重视雷电的防护，极易遭雷击或雷电电磁脉冲的危害，轻则部分设备被雷电击坏，系统丧失部分功能，重则全部系统瘫痪，经济损失惨重，给高速公路运营管理安全带来极大隐患。

雷电灾害的记录

　　随手翻查一下气象局记录，不难看到一些令人惊呃的资料：
　　1．2000年8月29日,南京高速公路收费站遭雷击,击坏所有车道机,收费系统瘫痪.同时,几百米以外的办公区域内部分设备也受到不同程度的损坏,直接经济损失15万多元；
　　2．2000年6月14日,山西省晋城市晋阳高速公路管理处遭雷击,击坏电话程控交换机、闭路电视设备,经济损失近5万元；
　　3．2000年7月22日晚,云南省昆曲高速公路南海子站遭雷击,击坏通信设备及全部的供电系统；
　　4．2000年4月至8月,广东高要市公路局属下白土、新活、新桥、双金、禄步五个收费站多次遭到不同程度的雷击,造成收费电脑、摄像头、监控台多次失灵,不能正常工作,共造成经济损失20多万元；
　　5．2000年5月2日13:30时,广东省廉江市青平收费站遭雷击,击坏空调主机、电脑监控等设备,直接经济损失1.5万元；
　　6．2000年5月27日,肇庆市怀集县金鸡收费所遭雷击,击坏3台收费机、2台电视机、2支摄像机.6月9日,再遭雷击, 击坏1台收费机、2支摄像机、3台摄像控制器,1台排气扇；
　　7．2000年9月10日4:21时,赤峰市红庙子公路收费站遭雷击,击坏监控系统,直接经济损失4万元。
　　统计证明，过电压破坏数据和损坏设备是经常造成高速公路机电系统的主要原因。由于高速公路收费站一般多位于郊外，周围地处空旷，其建筑物常常为附近最高点，加上安装高杆灯后，更易引雷。高速公路的路基、路面施工造成了公路沿线的土壤电阻率变化，使高速公路沿线成为易落雷区。此外，收费站的供电线路较多地采用架空电缆，雷电波会经供电线路侵入用电系统。

　　根据电磁兼容（EMC）原则，电子设备不得相互干扰，同时，雷电等其他电磁干扰源不得影响电子设备的功能。防护专家发现，在电磁环境威胁中，雷电放电是最重要的干扰源。自90年代末，我国开始用计算机技术改造设备和工作方式以来，过电压、过电流损害不断发生，成为信息系统硬件损坏进而影响业务的一大祸根。其实，发生在信息系统的过电压，数量最多的是电源操作过电压和静电放电，但它们能量较小，相当一部分不会对设备造成损害。雷电电磁脉冲虽然发生次数较少，但能量较高，一旦侵入信息系统，大部分会对设备造成损害。因此，做好信息系统的雷电电磁脉冲防护工作，就能解决系统防过电压的问题。并不是雷电必须击中建筑物本身，才能造成信息系统雷害，实际上，雷击点周围1km左右的敏感电子系统，都有可能受到雷电电磁脉冲或雷电电磁脉冲过电压的伤害。电子电路能够承受的浪涌电压仅仅为5V~100V，然而，雷浪涌电压可以高达数千伏，甚至数万伏，因此，雷浪涌电压侵入电子设备往往使电子设备失效。

　　应当指出，雷电磁干扰损坏计算机系统硬件造成的直接经济损失仅仅是全部经济损失的一小部分。计算机系统停用致使业务中断所造成的间接经济损失一般都比直接经济损失大的多。雷电可以在电源线和通信线或数据线上感应出过电压。因此采用电源和通信防雷器是保护通信线路、设备及人身安全的重要技术手段，是确保通信线路、设备运行不可缺少的技术环节。

相关的国家防雷标准

　　那么现行国家标准中有没有相关的电子设备防雷指引呢？是有的。根据国家建筑物防雷标准2000年修订版《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94-2000版），第6.1.4节中说明，在设计建筑物时，当时不知道或不肯定将来有没有通信设备时，需要考虑安装防雷用的等电位连接装置（防雷器是其中一种元件）。在中华人民共和国通信行业标准《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》（YD/T 5098-2001）中，为解决雷电引入系统的灾害，确保通信设备的安全和正常工作，需要进行雷电过电压保护设计。

　　需要留意的是，上述国标(GB50057-94-2000版)是包括一般行业的建筑物，而通信设备可靠性要求又在一般行业之上。所以，当电脑部及相关部门在筹建新的机房及网点时，有必要把电子系统的防雷考虑在内。

防雷的实践经验

　　中国幅员广大，雷灾严重情况不一，尤其是南方沿海省份较为严重，其中最著名的是在广东省的雷州半岛雷州市。该地人士对雷电造成的破坏习以为常，比方说气象局发出雷电警报时，拨掉有线电视接线或使调制解调器暂时不工作，尤为常见，否则就会造成严重的设备损坏，该情况一直没有良好改善。直至1998年，广州市高速公路项目、广东市铁路局、中国银行广东省分行大胆地在广东省内800多个网点、收费站做防雷整改工作。笔者有幸随队参加当时工程，其中特别深入了解雷灾最严重的雷州市中国银行网点的防雷工程工作。当时采用德国OBO公司的V20-C电源防雷器及RJ45-Tele/4电话线防雷器，转眼已过了三年半，在经过三个雷雨季节的记录，明显发现安装了防雷器网点安然无恙，而没有安装的网点设备则受到损坏。其中印象最深刻的是1999年8月中，雷州市连江的一个分行连接了DDN专线的网点，雷电中通信中断，该分行安然无恙，而连在DDN线另一端不远处的数据局调制解调器则受到雷电感应击毁，可作为防雷系统实用性的实证。

防雷系统实施上需注意的要点

　　本文说的防雷设施，是指保护室内通信电子设备防感应雷，而非建筑物外部防直击雷的设施。
　　对于部分读者，可能正在计划现有系统上加装防雷保护，或在筹建办公场所内考虑防雷纳入设计范围之内，笔者有几点意见，仅供大家参考：
　　1．设计上之依据—国标GB50057-94、YD/T 5098-2001、YD5078-98、YD2011-93
　　大家需对上述标准有一个大的认识，笔者准备了为数不多的上述标准，如有兴趣的读者，可按本文电邮地址 hl00@cgpower.com发电邮给本人索取资料或在 www.cgpower.com网页上查询。
　　2．施工上需注意的重点
　　如读者需要涉及大型的整改，宜与当地的气象局、防雷中心联络，要求他们给出意见。如用户只有少量的改动工作，可以自己留意以下重点：
　　a．地线
　　连接防雷器的地线，应不少于6mm2，以最短最直的连线方式，连在总配电屏的总地线上或机房外的接地网上，如机房有独立地线，需加装独立地线防雷保护器。
　　b．信号的引入线
　　应越短越好，尽量避免架空地跨越接连，暴露在直接感应雷电的空间之中，应埋地或最少套在金属管内为宜。
　　c．防雷产品的选择
　　应选择一些声誉良好的产品，便宜的产品质量不一定好。