智能建筑的防雷與接地方法

呂俊霞

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽 473009）

1 引言

智能建筑興起于發(fā)達(dá)國家，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，特別是20世紀(jì)90年代，國內(nèi)各大城市的智能建筑大量興起。

智能建筑，顧名思義要實(shí)現(xiàn)智能化。所謂智能化（智能控制），控制器具有智能行為的系統(tǒng)稱為智能控制系統(tǒng)，不僅僅是提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和存貯容量，而且要接近人腦的智力行為。曾經(jīng)有模糊控制、模糊邏輯、神經(jīng)控制和智能控制論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)計(jì)算機(jī)、電腦等?？傊?，是為了無限接近于人腦的智力行為的計(jì)算和控制。

盡管目前的智能建筑還是初級(jí)的智能化，但智能建筑中新技術(shù)應(yīng)用多，科技含量高，投資大，設(shè)備復(fù)雜，成本高等。因此智能建筑的安全問題尤為重要，智能建筑的接地裝置要求高、要求嚴(yán)，并且有其特點(diǎn)。

2 接地裝置與建筑防雷裝置

接地裝置是確保電氣設(shè)備正常工作和安全防護(hù)的重要措施。

常見的防雷裝置是接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護(hù)器及其他連接導(dǎo)體的總和。接地裝置包括接地體和接地線兩部分。

引下線是連接接閃器和接地裝置的金屬導(dǎo)線，它的作用是把接閃器上的雷電流傳遞到接地體上。引下線一般采用圓鋼或扁鋼，如有腐蝕性場所應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大截面積；引下線一般沿建筑物的外墻敷設(shè)，敷設(shè)線路應(yīng)盡量短而直，應(yīng)固定牢固，固定支點(diǎn)之間的距離不應(yīng)該大于1.5－2m，在離地面連接處應(yīng)用鋼管穿管的辦法，以防外物對(duì)引下線造成機(jī)械損傷和腐蝕。為了便于檢查測量，在離地面1.5－1.8m處需設(shè)置斷接卡。

接地體包括接地裝置和裝置周圍的土壤或混凝土，它的作用是將雷擊電流有效泄入大地。現(xiàn)在常用的接地裝置有水平接地極、垂直接地極、延長接地極和基礎(chǔ)接地極。易燃易爆化學(xué)物品的接地裝置一般采用垂直接地極，即用一根2.5m以上的角鋼、圓鋼、鋼管或銅質(zhì)柱型材制成垂直形狀打入土壤中，當(dāng)接地不能滿足要求時(shí)，可采用環(huán)形接地極組和放射形接地極組的辦法；為了防止接地體被腐蝕，可在埋設(shè)前先涂上防腐劑。有些地區(qū)土壤電阻較高，一般接地方式達(dá)不到接地設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用人工方法來減少接地土壤的電阻率，即換土法或化學(xué)處理法。

3 智能建筑接地的一般規(guī)定

智能化系統(tǒng)設(shè)備的接地應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)。并且，應(yīng)采用總等電位聯(lián)接，各樓層的智能化系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房、樓層弱電間、樓層配電間等的接地應(yīng)采用局部等電位聯(lián)接。接地極當(dāng)采用聯(lián)合接地體時(shí)，接地電阻不應(yīng)大于1Ω；當(dāng)采用單獨(dú)接地體時(shí)，接地電阻不應(yīng)大于4Ω。在智能化系統(tǒng)設(shè)備和電氣設(shè)備的選擇及線路敷設(shè)時(shí)應(yīng)考慮電磁兼容問題。

智能建筑的接地除了其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有更嚴(yán)格的規(guī)定外，接地方法必須符合有關(guān)的要求。接地系統(tǒng)一般是商業(yè)建筑樓內(nèi)保護(hù)專用信號(hào)或通信及綜合布線系統(tǒng)不受干擾的一個(gè)完整部分。為了保護(hù)強(qiáng)電環(huán)境中的人員和設(shè)備，接地系統(tǒng)必須減少對(duì)通信及綜合布線系統(tǒng)的電磁干擾的影響。不正確的接地裝置會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，破壞其通訊電路。

在符合電氣標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還必須遵守設(shè)備廠家的接地規(guī)程和要求。專用數(shù)據(jù)和通信的接地標(biāo)準(zhǔn)有可能比國內(nèi)的有關(guān)要求高。

設(shè)計(jì)智能建筑的接地系統(tǒng)，應(yīng)考慮下列因素：①保證安裝符合正確的操作規(guī)程；②保證管理區(qū)、設(shè)備室和入樓設(shè)備有正確的接地入口；③保證接地適用于跳接箱、插接箱、電話的數(shù)據(jù)設(shè)備以及維修和測試設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)接地點(diǎn)是本地通信部門的通信設(shè)備和用戶終端的通信布線及設(shè)備之間的連接點(diǎn)。從物理接地點(diǎn)角度，通信部門提供業(yè)務(wù)的接地方式是標(biāo)準(zhǔn)中記錄的轉(zhuǎn)換裝置或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方式。為了系統(tǒng)的安裝，確定準(zhǔn)確的接地點(diǎn)要與業(yè)務(wù)提供者或廠商協(xié)商。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接地點(diǎn)的位置，在單一用戶的大樓中，接地點(diǎn)在保護(hù)裝置的12吋范圍內(nèi)或無保護(hù)裝置的地方，它們一般在通信部門設(shè)備到大樓的12吋范圍內(nèi)；而在多用戶大樓中，通信部門要為接地點(diǎn)限定起碼的幾個(gè)點(diǎn)的接入法規(guī)。否則，大樓房主可自行規(guī)定接地點(diǎn)的位置，可以設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的接地點(diǎn)，也可以在每個(gè)用戶的辦公地點(diǎn)設(shè)一個(gè)分界點(diǎn)。這樣，從布線到用戶辦公地點(diǎn)就會(huì)超過12吋。

對(duì)于智能建筑系統(tǒng)接地方式的選擇，統(tǒng)一（聯(lián)合）接地系統(tǒng)，智能建筑的接地系統(tǒng)，智能建筑的防雷接地，是智能建筑接地的重要內(nèi)容。目前最適合智能建筑的接地系統(tǒng)是TN—S系統(tǒng)。

智能建筑中有大量的強(qiáng)電設(shè)備，更有大量的弱電設(shè)備，如電子計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備，為了使這些設(shè)備能正常、精確地運(yùn)行，通常采用直流接地，也就是所謂“信息接地”，或稱邏輯接地。直流接地的特點(diǎn)是有比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)地電位。在智能建筑的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，正確選擇智能建筑系統(tǒng)接地方式是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，施工時(shí)應(yīng)考慮建筑物所處的供電環(huán)境。

4 智能建筑的防雷接地系統(tǒng)

智能建筑的防雷接地系統(tǒng)，有特殊的重要性，電子設(shè)備重要性高，尤其是精密電子設(shè)備重要性非常高，但其絕緣水平極低。如各種大規(guī)模集成電路的芯片、絕緣水平等級(jí)只有幾十伏，甚至只有幾伏；而來自雷電的瞬時(shí)過電壓高達(dá)幾萬伏，甚至幾十萬伏。即使雷電反擊或雷電感應(yīng)，也足以造成自動(dòng)化、智能化系統(tǒng)的電子設(shè)備損壞和嚴(yán)重破壞。輕者也會(huì)造成電子設(shè)備的嚴(yán)重干擾，使自動(dòng)化、智能化系統(tǒng)不能正常工作，使得智能建筑的功能不能正常發(fā)揮，甚至造成癱瘓。由于智能建筑通常都是重要的建筑物，因此智能建筑物一般應(yīng)按一類防雷保護(hù)考慮，必須具備相應(yīng)的防雷接地系統(tǒng)。

對(duì)于智能建筑的防雷接地系統(tǒng)，應(yīng)特別重視對(duì)設(shè)備的隔離，使電子設(shè)備盡量遠(yuǎn)離防雷系統(tǒng)，智能建筑應(yīng)設(shè)計(jì)成為均壓、等電位和有多層次的防雷屏蔽結(jié)構(gòu)。

4.1 一般規(guī)定

智能建筑的防雷接地系統(tǒng)的一般規(guī)定如下。

為了防止雷電波的侵入，進(jìn)入建筑物的各種線路及金屬管道應(yīng)采用全線埋入的方法，并在入口端將電纜的金屬皮、鋼管及金屬管道與接地裝置可靠地連接。若采用部分直接埋地引入時(shí)，電纜長度不應(yīng)小于15m，其入口端電纜的金屬外皮或鋼管應(yīng)與接地裝置良好連接。在電纜與架空線路連接處，還應(yīng)裝設(shè)避雷器，并與電纜的金屬外皮或鋼管及絕緣子鐵腳連在一起接地，其沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

進(jìn)入建筑物的各種金屬管道及電子、電氣設(shè)備的接地裝置，應(yīng)在進(jìn)出處與防雷接地裝置作可靠連接。

在有條件的情況下，應(yīng)將防雷裝置的接閃器和引下線與智能建筑內(nèi)的金屬導(dǎo)電物體隔離，金屬物體至引下線的距離，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，且不能小于2m，如達(dá)不到要求，應(yīng)采取相互連接的措施，連接導(dǎo)線的最小截面應(yīng)符合規(guī)定。

智能建筑內(nèi)的各種豎向金屬管道每三層與圈梁或均壓環(huán)的鋼筋連接一次。底部必須與防雷裝置相連。

為了防側(cè)擊雷，應(yīng)將30m及以上部分外墻上的欄桿、金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門埋鐵，并與防雷裝置良好地連接。

延伸至屋頂外的金屬管道與構(gòu)件，除保證其在接閃器保護(hù)范圍內(nèi)，還應(yīng)在戶內(nèi)、戶外與防雷裝置可靠地連接。

對(duì)于一些有特殊防雷要求的系統(tǒng)及設(shè)備，如電視的共同天線，衛(wèi)星電視天線等應(yīng)按照相應(yīng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范所規(guī)定的要求，進(jìn)行安裝和施工。

4.2 防雷接地體

智能建筑的地基是較理想的自然接地體。通常地基上端的鋼筋已與承臺(tái)面的鋼筋連接在一起。若未做到如此的地基，施工時(shí)，可采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼將未連的鋼筋連成一體。這樣，也完成地基的整體連接。顯然，這是一個(gè)非常理想的自然接地體系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)這樣的規(guī)定，繪制地基連接的平面圖，并提出承臺(tái)面內(nèi)鋼筋連接的要求。施工時(shí)按設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行安裝和施工。這樣，就構(gòu)成了防雷接地體。接地系統(tǒng)的接地電阻，對(duì)于智能建筑，應(yīng)保證小于1Ω。

4.3 防雷接地引下線

防雷接地引下線的接地方式主要有以下兩種：

施工時(shí)利用柱子內(nèi)的主鋼筋作為防雷接地引下線，柱子下端鋼筋應(yīng)與承臺(tái)面內(nèi)鋼筋連成一體，沒有連接的應(yīng)采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼，將其連成一體，并完成與自然接地體連成一體。柱子上端的鋼筋應(yīng)與建筑物頂層內(nèi)的鋼筋連成一體，若沒有連接的，可采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼將柱子上端的鋼筋連接在一起，用金屬絲綁扎或焊接均可。沿外墻柱子的鋼筋應(yīng)與建筑物頂層的防雷接閃器連接在一起。這樣，就完成了智能建筑防雷接地的引下線。這種防雷接地引下線的施工方法，雷電流泄漏點(diǎn)多，又不損壞建筑物的外觀，而且施工比較方便，所以這種施工方法比較好。

人工防雷接地引下線的施工方法是采用足夠截面積的裸銅線或30mm×4mm的鍍鋅銅帶，每隔2m作一次固定，引下線間距不大于18m。采用這種人工防雷接地引下線的方法時(shí)，應(yīng)注意建筑物的外觀，這種引下線施工方法較適用于平面空間窄小的塔樓建筑。

4.4 防雷接閃器

雷電對(duì)建筑物及其設(shè)備，乃至人身有極大的危害，而且非常復(fù)雜，又具有突然性，特別是直擊雷和側(cè)擊雷。對(duì)于建筑物的屋脊、屋角、女兒墻與屋檐，都比較容易受到雷擊，在建筑物頂上的設(shè)備與器具，更容易受到雷擊。為了有效地防止雷擊，可以采用針帶組成接閃器，其施工方法如下。

采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼在建筑物頂上組成不大于10m×10m的網(wǎng)格，并延伸到女兒墻上，使墻沿均在避雷帶的保護(hù)范圍內(nèi)。

在建筑物的最高點(diǎn)再設(shè)置避雷針，或多處設(shè)置避雷針，可用滾球法確定其保護(hù)范圍。

針帶組合接閃器應(yīng)與外墻柱子作為引下線的鋼筋作可靠的連接。

4.5 等位面與均壓環(huán)

等位面與均壓環(huán)（形成均壓空間）可使智能建筑內(nèi)的電子設(shè)備及綜合布線系統(tǒng)更得到有效的保護(hù)，所以有其重要的意義。有了均壓系統(tǒng)，在發(fā)生雷擊時(shí)，不會(huì)造成高壓集中向低電位物體反擊的現(xiàn)象。等電位面與均壓環(huán)施工方法如下。

利用樓層內(nèi)的鋼筋與周圍柱子的鋼筋，將它們連成一體，整個(gè)樓面就成了防雷等電位面，這種等電位面樓層是很好的防雷屏蔽層。施工時(shí)有兩種情況，一種是將等電位樓層在土建施工時(shí)自然完成；另一種對(duì)于預(yù)制式樓板，應(yīng)在預(yù)制樓板內(nèi)預(yù)埋供防雷接地裝置連接的扁鋼，在土建施工時(shí)將這些預(yù)埋扁鋼與防雷裝置作可靠的連接。

對(duì)于均壓環(huán)，可將智能建筑30m及以上，每三層利用圈梁的鋼筋，與外墻所有柱子的鋼筋作可靠的連接，這一連接整體自然構(gòu)成了均壓環(huán)。若沒有圈梁的建筑物，可在30m及以上每隔三層，采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼或Φ12mm的圓鋼，將建筑物外墻柱子內(nèi)鋼筋連成一體，形成一個(gè)防雷均壓場，保證雷擊時(shí)，建筑物和其設(shè)備以及人身的安全。

對(duì)于智能建筑，它具有一個(gè)良好的接地體，多根防雷引下線，多層屏蔽等電位面，以及均壓空間，稱為法拉第籠結(jié)構(gòu)，電子設(shè)備處在法拉第籠內(nèi)，這樣，完成了智能建筑的完善的防雷接地系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也是智能建筑接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

5 屏蔽接地與防靜電接地

對(duì)消除電磁和靜電干擾，最有效的方法是屏蔽。屏蔽是指減弱和防止靜電及電磁相互干擾的措施。包括靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁屏蔽。所以，對(duì)于智能建筑要進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。盡管說對(duì)于閃電、雷擊、外來的電磁波干擾，由于智能建筑物的鋼筋，組成了一個(gè)多層屏蔽效果良好的防雷接地體系，同時(shí)電子設(shè)備及其布線都配置在建筑物的底部樓面的較中心位置，基本能做到抗外來干擾。一般電子設(shè)備又裝有交流電源濾波器、隔離變壓器、直流濾波器等，已經(jīng)將交直流電源傳導(dǎo)的干擾信號(hào)或耦合信號(hào)消除了許多。但是，在智能建筑中為了消除各種干擾，使智能建筑物有更安全的電磁環(huán)境，還必須進(jìn)行靜電屏蔽及防靜電接地、電磁屏蔽及其接地。

（1）靜電屏蔽及防靜電接地

為了防止靜電場對(duì)信號(hào)回路的影響，消除兩個(gè)電路間分布電容耦合產(chǎn)生的干擾，必須采用靜電屏蔽措施，靜電屏蔽在設(shè)備本身已經(jīng)具備。因此，只要將靜電屏蔽體作良好的接地即可。

施工時(shí)，應(yīng)將通信設(shè)備房、電子計(jì)算機(jī)機(jī)房（即容易產(chǎn)生靜電，以及靜電對(duì)電子設(shè)備容易產(chǎn)生干擾的機(jī)房），其地坪應(yīng)采用防靜電地板（即導(dǎo)電地板）架設(shè)，導(dǎo)電地板間應(yīng)有接地連續(xù)性措施，甚至房間門窗的金屬把手、門栓及所有金屬構(gòu)件都應(yīng)可靠接地。

（2）電磁屏蔽及接地

為了防止外來電磁場及綜合布線間直接電磁耦合對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，應(yīng)采取電磁屏蔽措施。和靜電屏蔽一樣，通常電子設(shè)備本身已具備屏蔽體（有時(shí)與靜電屏蔽合用），所以只要將屏蔽體作可靠的接地即可。

施工方法如下：

為了信息保密或預(yù)防竊聽，應(yīng)將整個(gè)房間屏蔽起來，門、窗、通風(fēng)等開孔處及接縫，應(yīng)采取有效的屏蔽措施。

整個(gè)屏蔽層組合間，應(yīng)有接地連續(xù)性，并具有可靠的接地措施。

為了防止來自綜合布線間的相互干擾，電子設(shè)備的信號(hào)傳輸線、接地線等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離產(chǎn)生強(qiáng)磁場的場所，布線應(yīng)盡量避免相互干擾的線路平行敷設(shè)，布線路徑并應(yīng)盡量短。

傳輸線直流接地線應(yīng)采用屏蔽線式穿鋼管或金屬線槽敷設(shè)，屏蔽層和金屬管、槽兩端應(yīng)可靠接地。

屏蔽接地引線應(yīng)直接與保護(hù)接地線PE連接，或與輔助等電位銅排相連接，并應(yīng)采用6mm2以上的銅芯絕緣線，且引線長度不得超過6m。

［1］芮靜康.供配電系統(tǒng)的施工、運(yùn)行和維護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］芮靜康.建筑防雷與電氣安全技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］郭 濤，陳冬雪.怎樣查找和處理電氣故障［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］芮靜康.常見電氣故障的診斷與維修［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］何利民，尹全英.怎樣查找電氣故障［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.