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浅谈弱电防雷接地

时间:2010-10-13

目前在智能建筑弱电工程中一些工程商及业主往往忽视防雷接地,给工程遗留下安全隐患;鉴于大多从事智能建筑弱电工程的工程商来自与IT行业的转型,不太了解弱电工程防雷接地技术及施工,本文较深入地探讨了智能建筑弱电工程防雷接地设计和施工,供相关工程商及技术人员参考,以起抛砖引玉之效。

一.概述

雷电是一种自然放电现象。由于雷电放电电压高、放电时间短,它的产生人类目前无法控制。雷云的生成、移动、放电的整个过程伴随多种物理效应,如:静电感应、高温高热、电磁辐射、光辐射等;这些物理效应的共同作用已严重危害室内弱电设备的安全运行,甚至危及工作人员的安全。雷电灾害严重性还表现在波及面广,主要有两个方面的因素,首先积聚大量电荷的雷云有较大的活动范围及其放电过程的辐射范围可覆盖达几十公里的范围,其次地面各种网络(电力、通信等网络)的相互渗透、错综复杂,使雷电灾害的范围进一步扩大。

随着现代电子技术的蓬勃发展,大量的微电子设备(系统)得以在工业控制中应用和联网。由于其元器件的集成度愈来愈高,信息存储量愈来愈大,速度和精度不断提高,但工作电压仅有几伏,信息电流仅有微安级,因而对外界干扰极其敏感,对雷电等电磁脉冲和过电压的承受能力相对脆弱,同时网络广域化又增大了系统(设备)受干扰的可能性。当雷电等引起的过电压和伴随的电磁场强度达到某一阀值时,轻则引起系统失灵(误动、信息丢失、特性变坏、运行不稳定等),重则导致整个电子系统或其元器件永久性损坏。据统计,雷电其中又以雷击电磁脉冲为电子系统事故的主要祸害,且有逐年上升的趋势。因而,电子系统(设备)特别是网络信息系统(设备)必须实行雷电过电压防护。鉴于上述原因,在智能建筑弱电工程中必须考虑过电压防护。

二.为什么弱电系统必须要有合格的防雷避雷设施?

雷击的危害性已经被很多人清楚的认识到了,但是还有施工者心存幻想,总是认为雷电不会光顾弱电系统,事实却是无一幸免。太多的案例证明:要保证弱电系统稳定正常的长期运行,首先它的防雷避雷设施必须合格。弱电系统本身技术指标再高,只需一次雷击,就一切不复存在。那么什么样的防雷避雷设施才算是合格的呢?

弱电系统要有自己单独的接地体,不要和强电系统的接地体混用。尽管技术标准说到接地体的地阻值小于1欧姆二者可以合用,但实际要做到小于1欧姆相当困难,所以单独接地是一种最可靠的方法。有人鼓吹现场施工时弱电系统可就近连接等电位作接地,但是至今笔者所有调查了解接触到的案例都是说明这个方法行不通,根源还是又和强电系统的接地体混用在一起了,另有文章做探讨。

有关防雷避雷的国家标准其中之一的GB50057---94规定:弱电系统设备接地分为信号接地、屏蔽接地、保护接地,这几种类型的接地就可以合用一个接地体,其接地体的阻值要求小于4欧姆。这个数据值必须用地阻仪按照使用要求测得,就是要保证系统有一个可靠的雷电泄放通道。如果测试不合格,可以在接地体周围使用降阻剂,效果较好。接地体的引出线必须用φ8以上的圆钢条,只能用氧焊电焊连接不准采用压接方式。

实践证明:凡是加装了防雷器避雷器并且按照要求做好了接地的弱电系统都基本受损较少或是不受损的渡过雷电期。笔者长期跟踪收集了成都的五个物管公司所辖小区和楼盘弱电系统的相关数据。城西一家物管公司管理着四个较为大型的小区,其中有2处是占地900亩和400亩的别墅,另外2处是有2000多户的普通小区和900多户的高档别墅小区,都安装有监控和防盗报警系统、车辆道闸管理系统、对讲或是可视对讲系统。其中很多经验教训值得参考。

随着微电子技术的发展,现在的电子器件供电电压更低耗电更少、体积更小、功能更强,但是也变得更脆弱更容易受到雷电的伤害。这都是雷击或是雷电感应引起的瞬间高电压惹的祸,这种直击雷或是雷电感应引起的瞬间高电压可以在线缆上达到惊人的几十万伏以上,即便是220V供电电源的通断也能在线缆或是器件上产生约10V以上的电压,如果不采取防护措施其后果是不言而喻的。首先泄放通道必须通畅,保护元件用特性陡峭性能良好的敏感器件。在实际工程应用中,安放在野外的摄像机容易遭到雷击,所以在它的信号端接放电管,在它的供电端接压敏电阻或是瞬态抑制二极管,然后就近用地笼接地。两年多时间过去了,特别是2009年8~9月期间,好几天据气象局统计成都地区发生雷击闪电都超过7千多次,但该小区没有摄像机被雷击损坏。相对应的另外一个物业公司,其中一小区,在去年底建设弱电系统时,笔者就苦口婆心的多次建议他们一定要搞好接地和加装防雷避雷器。他们的主管工程师总认为我在耸人听闻、夸大其词,坚持只简单的搞了接地不愿意加装防雷避雷器,结果在8~9月的雷击期,小区所有35个室外枪机和16个室外球机全部被击毁,有20个枪机刚刚维修好又第二次被击毁,而且是在全系统预先断电的情况下,教训惨痛。

三.弱电防雷接地设计

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作为第一级保护,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作为第三级保护,并将配电箱的金属外壳与大厦的防雷接地系统可靠连接。

智能大厦内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,下面从这六个方面分析一下对综合布线系统的弱电防雷保护:

(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线设备组成。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,导线必须单独敷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。语音设备管理区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通信避雷柜作为通信线路的第一级防雷措施。连接进出大楼的大对数通信电缆必须埋地敷设,以防进出大楼的通信线路引入的感应雷。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。