近年來(lái)，隨著信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的弱電設(shè)備應(yīng)用于現(xiàn)代化辦公大樓，而微電子設(shè)備的高度集成化、低工作電平和小工作電流的特點(diǎn)，又帶來(lái)了絕緣強(qiáng)度低，耐過(guò)壓過(guò)流能力差等致命弱點(diǎn)。美國(guó)研究報(bào)告（AD- -722675）指出:對(duì)具有類似元件的計(jì)算機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)雷電活動(dòng)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0.07GS時(shí),無(wú)屏蔽計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)生誤動(dòng)；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)2.4GS時(shí),計(jì)算機(jī)將會(huì)發(fā)生永久性損壞。也就是說(shuō),按安培環(huán)路定理估算,離無(wú)屏蔽計(jì)算機(jī)800米處,落一個(gè)100KA的雷,就可能發(fā)生誤動(dòng)；距其83米處落一個(gè)100KA的雷,就要損壞。統(tǒng)計(jì)表明,目前雷擊弱電設(shè)備造成的損害已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)雷擊火災(zāi)引起的損失,成為電子時(shí)代的一大公害。
大廈內(nèi)部集中了大量先進(jìn)的弱電系統(tǒng),弱電設(shè)備因遭受雷擊而造成損壞的安全事故的機(jī)率無(wú)疑將會(huì)增大。為了防止和減少雷電對(duì)上述設(shè)備的損壞及人員傷亡，應(yīng)考慮到閃電的各種物理特性和其他危害作用，而采取三維空間的綜合立體防護(hù)設(shè)計(jì)。我們根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新防雷規(guī)范，闡明如何對(duì)整個(gè)辦公大樓進(jìn)行先進(jìn)的、綜合性的雷擊電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)、施工。
1． 大廈情況概述
2． 科技大廈防雷類別、等級(jí)及雷電防護(hù)等級(jí)
2.1防雷類別、等到級(jí)的劃分
N=KNgAe=k×0.024T1.3d×Ae
式中：N—年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（年/a）；
K—校正系數(shù)，據(jù)本地情況取1；
Td—年平均雷暴日數(shù)，取1957—2003年平均值≈29.1d/a；
Ae—建筑物等效面積（Km2）。
經(jīng)計(jì)算，N=0.76次/a，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057—2010)第2.0.3條第八款規(guī)定:預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06次/a,的其它重要建筑公共建筑物，應(yīng)劃分為第二類防雷建筑物。依照《民用建筑電氣高設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16—92)第12.2.2.3條規(guī)定:19層及以上的住宅建筑物和高度超過(guò)50m的其它民用建筑物，列為二級(jí)防雷建筑物。
2．2雷電防護(hù)等級(jí)的劃分
E=1-Nc/N=1-(5.8×10-1.5/C)/(N1+N2)
式中：E—防雷裝置攔截效率；
Nc—引起電子信息系統(tǒng)設(shè)備損壞可接受的最大年均雷擊次數(shù)（年/ a）；
N—年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（年/a）；
C—各類因子C=c1+c2+c3+c4+c5+c6分別取1.0，2.5,3.0，0.5，1.5，1.0。
計(jì)算結(jié)果E=0.92。依據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343—2004）第4.2.4條2款，雷電防護(hù)等級(jí)劃分為B級(jí)；參照4.3.1表,大廈內(nèi)設(shè)有中型計(jì)算機(jī)中心及各種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),應(yīng)確定為雷電防護(hù)B級(jí)。
3.內(nèi)部弱電設(shè)備遭受雷電的原因分析
眾所周知，弱電設(shè)備均為靈敏的電子元器件組成，這些電子元器件和共同特點(diǎn)是耐壓能力十分脆弱，極低的過(guò)電壓都會(huì)造成其擊穿損壞。僅就計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，此類設(shè)備是由大量的大規(guī)模集成電路組成，在1㎜2芯片上集成了十幾萬(wàn)個(gè)元件，它的最大擊穿電壓為幾十伏。最大允許工作電流為幾微安，雖采取了許多抗干擾措施，對(duì)低能量干擾比較有效，但對(duì)雷電電磁脈沖生成的過(guò)電壓過(guò)電流，其抗沖擊能力十分脆弱（象晶體管要在10–1焦耳能量的沖擊下?lián)p壞，集成電路芯片在10–7焦耳能量的沖擊下就出現(xiàn)損壞，而正常工作條件下可將干擾輻射能量控制在10–7焦耳以下，但雷電電磁脈沖干擾就很難控制）。每次雷電云地放電過(guò)程中，峰值電流在幾十千安以上，電流上升時(shí)間僅為幾個(gè)微秒，持續(xù)時(shí)間為毫秒到幾秒鐘。因此雷電放電產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射，其產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電流通過(guò)輸電線、通信線、接收天線和空間輻射等途徑侵入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其干擾輻射等能量多數(shù)大于10–7焦耳，嚴(yán)重威脅到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常工作和安全運(yùn)行。
大廈內(nèi)所有弱電系統(tǒng)的雷電保護(hù)應(yīng)重點(diǎn)考慮。對(duì)諸如辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)工程、電話系統(tǒng)等弱電設(shè)備，按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，進(jìn)行雷擊電磁脈沖保護(hù)，并兼顧大廈的直擊雷防護(hù)。
具體采取的雷電防護(hù)措施為：主要機(jī)房（如計(jì)算機(jī)主機(jī)房、閉路監(jiān)控主機(jī)房、消防主機(jī)房、會(huì)議室等）須進(jìn)行金屬網(wǎng)格或者鋁塑板屏蔽，電源線與各種信號(hào)線穿鐵管或者布防在金屬線槽內(nèi)進(jìn)屏蔽；主要機(jī)房須采取等電位接地措施；電源線與各種信號(hào)線路上安裝國(guó)家規(guī)范中要求的避雷器（SPD）。
4．電波侵入及雷電電流反擊的防護(hù)林措施
4.1進(jìn)入本樓的電纜，在進(jìn)入大廈前須采用鎧裝電纜埋地引入，長(zhǎng)度不小15米。入樓后在總配電盤及各層配電箱均進(jìn)行接地處理。
4.2進(jìn)入本樓的暖氣管道除在空中架設(shè)中經(jīng)鋼管架與地面進(jìn)行接地處理外，在進(jìn)入大廈前再進(jìn)行接地處理。
4.3進(jìn)入本樓的自來(lái)水管道在入樓前進(jìn)行接地處理。
4.4樓內(nèi)電源線與各種信號(hào)線穿鐵管或者布防在金屬線槽內(nèi)進(jìn)行屏蔽，金屬管首如母線槽、信號(hào)線、電線暗管均進(jìn)行接地處理。
4.5大廈主機(jī)房?jī)?nèi)門、窗、各墻壁均安裝小于15×15㎝格距的金屬屏蔽網(wǎng)，各屏蔽網(wǎng)與主引下線做好電氣聯(lián)結(jié)。或者采用鋁塑板進(jìn)行屏蔽。
5． 等電位連接與接地處理
5.1大廈主體等主體等到電位聯(lián)接與接地
進(jìn)入本大廈的電纜金屬外皮、采暖管、自來(lái)水管、消防干管、金屬構(gòu)件等在進(jìn)入大廈前與樓體主筋行電氣連接，暖氣管在空中架設(shè)中經(jīng)鋼管架與地面進(jìn)行接地處理，樓內(nèi)母線槽、電梯軌道、信號(hào)線及電線暗管均進(jìn)行等到電位接地處理。玻璃幕墻金屬支架也與大樓主筋焊接在一起，各房間內(nèi)PE線、直流地（既把給設(shè)備供電的三插孔上端PE地線用6平方毫米銅線與等電位母排短接）、屏蔽地、靜電地及SPD接地、管道及各金屬構(gòu)件等均與大樓主筋進(jìn)行等電位連接，其中靜電地板的金屬支撐之間民進(jìn)行電氣連接處理，最終實(shí)現(xiàn)共用接地。
5.2主要機(jī)房等電位聯(lián)結(jié)措施
等電位聯(lián)結(jié)技術(shù)是現(xiàn)代防雷技術(shù)的核心內(nèi)容,現(xiàn)行國(guó)標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)都是圍繞此項(xiàng)內(nèi)容展開的,甚至通常所說(shuō)的電涌保護(hù)器(俗稱避雷器)也只是作為一種等電位聯(lián)結(jié)器件。雷擊發(fā)生時(shí),由于所有的設(shè)備及人員都處于同一電位,此電位即使高達(dá)幾十萬(wàn)、上百萬(wàn)伏也不會(huì)造成任何損失。根據(jù)新規(guī)范的要求，辦公樓應(yīng)采用M型等電位連接，這樣可以使各設(shè)備工作地線最短，消除頻干擾，滿足弱電設(shè)備正常工作要求，尤其是在雷擊情況下能使各設(shè)備處在真正的等電位狀態(tài)下而避免損壞。
6．屏蔽技術(shù)措施
屏蔽是減少雷電電磁干擾的基本措施。一般要作好機(jī)房本身所在設(shè)備間的屏蔽及線路屏蔽。線路的屏蔽層應(yīng)至少在兩端并宜在雷電防護(hù)區(qū)交界處做等電位聯(lián)結(jié)。設(shè)備間應(yīng)在六面墻上裝飾金屬板材屏蔽；進(jìn)入機(jī)房的所有電源、信號(hào)線路均穿在金屬管中；窗戶采用金屬網(wǎng)屏蔽，門宜采用金屬板門。所有的屏蔽體均參與多處等電位聯(lián)結(jié)。與屏蔽措施相適用，所有的信息設(shè)備均與建筑物外墻保持0.8m以上的間距。
7．電源與信號(hào)系統(tǒng)避雷器(SPD)防護(hù)
7.1電源系統(tǒng)防護(hù)
大廈總配電柜(即配電室)處安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總電源配電柜處安裝并接第一級(jí)AT PORT／4P－B100三相B級(jí)電源避雷器。初步衰減從電源線引入的強(qiáng)雷電流和高電壓。其技術(shù)參數(shù)：最高防雷擊電流Iimp=100 KA（8/20）、最大容許工作電壓（伏）Uc=255V、響應(yīng)時(shí)間tA≤100 ns 。各樓層配電箱空氣開關(guān)處并接第二級(jí)AT T385／4P－C40三相C級(jí)電源避雷器，進(jìn)一步衰減從第一級(jí)分流下來(lái)的強(qiáng)雷電流和高電壓，把雷電流脈沖降低到設(shè)備能承受的水平。其技術(shù)參數(shù)：最高防雷擊電流Iimp=40KA（8/20）、最大容許工作電壓（伏）Uc=275V、響應(yīng)時(shí)間tA≤25 ns 。一、二、三級(jí)電涌保護(hù)器地線均進(jìn)行接地處理，SPD引線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m。
7.2信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（諸如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器、路由器）信號(hào)接口AT RJ45－100、視頻信號(hào)線接口AT BNC－VIDEO、各種通訊（含電話AT TEL－RJ45／11、衛(wèi)星AT－ST）信號(hào)線接口等安裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器防護(hù)，并做好接地處理。
8.直擊雷保護(hù)
大廈樓頂安裝1支避雷針,避雷器與鐵塔支架進(jìn)行可靠連接,引下線與建筑物主盤進(jìn)行不少于4處電氣連接。這樣可以大大延緩雷電放電時(shí)間,削弱雷電脈沖的強(qiáng)度,使電磁場(chǎng)對(duì)上述弱電設(shè)備造成的損失大幅度降低。
大廈雷電電磁脈沖防護(hù)