现代建筑的电子信息系统雷电防护

为了保障现代建筑的电子信息系统的安全，必须对其进行一定的雷电防护。雷电放电的过程具有随机性，因此必须在长期观测的前提下积累雷电防护的资料。本文简要介绍了雷电参数及其破坏性，并对现代智能建筑内的电子信息系统进行了简要的分析，分析了雷电会对现代智能建筑内的电子信息系统造成的破坏，在此基础上提出了现代建筑内的电子信息系统的雷电防护。只有做好相应的雷电防护工作，才能保障现代建筑内的电子信息系统不会受到雷电的干扰和破坏。

1雷电参数和破坏性

1.1雷电的主要参数

作为一种具有随机性的放电过程，电放电的特性可以用雷电放电参数来表示。常见的雷电参数主要包括雷电极性、雷电流幅值概率分布、雷电流波形、地面落雷密度、雷电小时、雷暴日等等。

1.1.1雷电小时主要是为了对不同地区雷电日内的雷电活动持续时间进行区分，可以以小时为单位。只要该小时内能够听到雷声，则作为一个雷声小时。在我国的绝大部分地区每个雷暴日的雷电小时约为三小时。

1.1.2雷暴日只要能够在测站听到雷声则将该天作为一个雷暴日。雷暴日能够对该期间的雷暴活动特征进行一定的反映，也是建筑工程中一个重要的雷暴活动参量。但是雷暴日不能反映出当天雷暴的持续时间，具有一定的局限性。

1.1.3地面落雷密度所谓的地面落雷密度指的是在雷暴日中，每平方公里以内的平均落雷次数，可以表示雷云对地放电的频繁程度。这也是建筑设计中的一个重要参数。

1.1.4雷电流波形最常见的雷电流波形就是单极性重复脉冲波，有时还会出现较小的负过冲。一般情况下在雷电的放电过程中往往有多次先导至主放电。这就要求防雷保护器的流通能力进行保障。

1.1.5雷电流幅值概率分布由于雷击具有一定的随意性，雷击的电流幅值也是随机的。通过观测并统计雷电流幅值，可以将相应的概率分布曲线得出来。雷电流幅值的概率分布与当地的雷暴强度、气象、地貌、地形、纬度有关。

1.2雷电对现代建筑电子信息系统的破坏

作为自然界中最为强大的放电，如果建筑物接防雷装置直接受到了雷电的攻击，则建筑物以及屋内的人畜生命都会受到极大的威胁。与此同时，雷电还会产生电磁脉冲，对现代建筑内的电子信息系统造成严重的破坏。在现代社会，建筑内普遍的安装了电子信息系统，包括计算机网络、自动通信和自动控制等。一旦受到雷击，这些设备很容易受到损坏，造成巨大的经济损失。特别是在经济发达的地区，电子信息系统受到雷击之后造成的直接经济损失已经成为了雷电灾害的主要损失。雷电对于现代建筑电子信息系统的破坏主要有以下几个方面。

1.2.1具有较大的受灾面无论是建筑、电力等传统领域，还是金融证券、石油化工、电子工业、计算机、邮电通信、航空航天等与高新技术关系密切的领域，都会受到雷击的损害。

1.2.2雷击具有三维入侵的特点雷击造成的灾害是无孔不入的，空间闪电的脉冲电磁场能够通过三维空间对建筑物中的任何一个角落进行入侵。这也要求防雷工程不仅要能够防感应雷和直击雷，还要能够防雷电电磁脉冲。

1.2.3雷击灾害的危害程度和经济损失不断增大事实上受到雷电直击而产生的经济损失并没有产生较大的变化，然而雷击灾害造成的间接损失却在不断增加。二十一世纪是电子信息化的时代，很多现代建筑物内都装备了大量的电子信息系统，微电子器件的敏感度非常高，渗透到了人们的生产生活的各个领域，雷击会损坏微电子设备，甚至造成微电子设备的失控和错误，造成极大的经济损失。

2现代建筑内的电子信息系统以及雷电危害

由于信息产业的发展和计算机的普及，出现了越来越多的智能建筑。作为信息高速公路的终点站，现代智能建筑在科技、文化和经济领域都发挥着重要的作用，包括机场、体育场馆、图书馆、学校、医院、科研机构、政府机构、贸易商社、商场、保险、期货、银行、证券等等。

2.1现代智能建筑的特点

现代智能建筑包括三大子系统，也就是建筑设备自动化系统(BA)、办公自动化系统(OA)、通信自动化系统(CA)。现代智能建筑是信息技术和建筑技术结合的成果，现代智能建筑的技术基础包括现代图象显示技术(CRT)、现代通信技术(Communication)、现代控制技术(Control)、现代计算机技术(Computer)、现代建筑技术(Architecture)。

2.1.1现代计算机技术(Computer)在现代智能建筑内，主要是应用分布式计算机网络技术，该技术可以实现多台计算机系统的联网。通过统一的分布式操作系统，分布式计算机网络技术能够组合多个数据处理系统的通用部件，使其具有整体功能。分布式计算机系统要求做到软件资源和网络系统硬件的共享，并且能够共享负载和任务。

2.1.2现代控制技术(Control)在现代智能建筑中往往安装了集散型的监控系统，该系统采用了分布式、多用户、多任务的操作系统，使用标准化、系列化，模块化的软件和硬件，其具有人机界面友好、显示操作集中、数据处理方便等特点。

2.1.3现代图象显示技术(CRT)该技术能够对信息显示的计算机操作进行图像化，从而影像的显示参数变化、信息状态、模拟量控制和开关量。正是由于现在智能建筑中，运用了大量的数据库技术、传感器技术、光纤技术、电视技术、计算机网络技术、控制技术、数字通信技术等等，其表现出了智能化的特征。这也造成了雷电的损失不断升级。现代智能建筑的计算机、通讯、供电电源的设备经常会由于雷电活动而出现死机，甚至造成设备误动和永久性损坏。以接地网、法拉第笼、铜带、钢筋、富兰克林针为主的传统防雷系统只能防止建筑物以及内部的人员不受到雷电的攻击，不能防止通信设备和微电子设备受到雷电产生的静电、电路浪涌、电磁脉冲、雷电感应等干扰和危害。

2.2雷电对现代智能建筑的危害

（1）如果现代智能建筑的防雷系统受到了雷电直击，建筑物的铜带或结构中的某一钢筋就会将巨大的雷电流能量泄放到大地之中，供电线路会受到巨大的电磁效应的影响，甚至直接造成数据线路或供电线路的跳火。（2）如果延伸到建筑外的通信数据线路和供电线路受到雷电直击，雷电电流就会在极短的时间内沿着线路侵入建筑物内部。（3）当大的电力用户启停是公用输电网切换时，现代智能建筑内的电子信息系统会受到浪涌的影响。（4）如果频繁启停建筑物内部的电气设备，也会产生浪涌。（5）设备电板路上的电子元件会受到通过数据线路传送而来的静电感应的影响。（6）如果雷电击中了地面、其他建筑物等与现代智能建筑物有数据、通信和供电线路相连的物体，也会产生浪涌电流、电磁脉冲。

3现代智能建筑的雷电防护

以智能化子系统的集成情况、使用性质和重要性、发生雷击的概率以及遭受雷击的后果为依据，可以对现代智能建筑的雷电防护系统进行划分。

3.1天线系统

所谓的天线系统主要安装在建筑物的屋面或屋顶上，并且连接屋面上的防雷接地装置，至少必须有两处连接点。如果由于各种需要必须将天线延伸到避雷带和避雷针的保护范围之外，就要对天线加装独立的避雷针，并且保障天线的避雷接地装置和避雷针之间连接的可靠性。如果需要将天线引入室内，为了防止雷电损害，还应该加装天馈SPD设备。

3.2现代智能建筑物的缆、线、管

由于电子信息系统的安装需要，往往有大量的电缆和各种金属管进出现在智能建筑物，这些电缆和金属管也很容易受到雷电的攻击。在电缆的进出口处，要紧密地连接电气设备的接地装置与电缆的钢管套和金属外皮。如果该建筑使用的是架空线路电缆，就应该将天馈SPD设备安装在转换处。在实际工作中发现，大约30%的雷击故障都是由于埋地线缆受到雷击而造成的。即使距离现代建筑物很远的线缆遭到了雷击，雷电电流也会沿着线缆进入建筑内部，损坏电子信息系统。可以使用线缆穿钢管埋地敷设或者采用带屏蔽层的线缆来防止这一状况的出现。要注意使钢管具有电气连通，从而有效的防止电磁感应和电磁干扰。

这主要是利用了雷电电流的集肤效应和金属管的屏蔽作用，对电子信息系统的传输线缆进行了有效的保护，使雷电不会对传输线缆的正常运行造成直接的干扰。如果在实际操作中难以实现将所有的线缆穿上金属管，也可以在线缆的终端设备前和进入前端穿金属管，并进行埋地引入。至少要保障15米的埋地长度，入户端线缆的钢管和金属外皮和防雷接地装置之间必须保障良好的连接。与此同时，70%以上的电机、电子信息系统和设备损坏的原因都是雷电干扰侵入了供电线路。这就需要对电源系统进行多级防护，从而实现对电子信息系统的防护。可以使用电涌保护器来进行防护，要以设备过过电压耐受值、雷电电磁环境、建筑规模、系统的重要性为依据，确定电涌防护的形势和等级。

3.3弱电系统的雷电防护

在当前的现代智能建筑中主要有两类弱点系统。第一，载有数据、图像、语音等信息的信息源，例如建筑中常见的计算机、电视和电话的信息等等。第二，低电压电能，例如控制电压、安全电压等级等等，包括应急照明灯备用电源和24V直流控制电源。对弱电系统的雷电防护涉及到材料学、建筑学、电气工程和气象学等等，是现在智能建筑雷电防护中的一个重要系统。要综合考虑弱电和强电、地线和天线、外部防雷和内部防雷。

采取相应的技术来处理雷电过电压容易侵入的通道，以及均压接地网络、屏蔽网络、地线、避雷针等等，信号传输系统、天馈系统、电源系统也容易受到雷电过电压的入侵。对弱电系统的雷电防护要做到经济安全、层层防护、综合考虑，可以采用加装避雷器堵截雷电过电压、合理接地、完善均压网络、设备屏蔽、电缆屏蔽等手段。

3.4传输网络的雷电防护

对传输网络的雷电防护要是以电子设备受到雷电电磁脉冲侵袭的路径为依据来选择合适的防护措施。如果与电子设备相连接的各种导线受到雷电能量的作用，就会产生感应过电压和雷电波，经过天馈线、信号线、配电线对电子设备造成影响。如果电子元器件直接受到雷电能量的作用，电子器件就会出现损坏或者误动作。与此同时通过地电位的反击，雷电还可能对器件的绝缘材料、设备的导线和元器件造成损坏。

此时可以采取的对策主要有以下几个：第一，安装SPD，使侵入电子设备的雷电过电压幅值受到控制。第二，建筑物屏蔽、机房屏蔽或者设备屏蔽。第三，使用穿金属管的敷设方式来敷设信号传输线缆和电源线缆，将感应效应减弱。

4结语

现在建筑内的电子信息系统规模越来越大、数量越来越多，也更容易受到雷电的侵袭。由于电子信息系统具有较低的绝缘强度，对电流和过电压的耐受能力较低，电磁的干扰非常敏感，一旦遭受雷击很容易出现误动作甚至电子信息系统设备的损坏，造成极其严重的损失。传统的建筑物雷电防护措施已经不能保障现代建筑内电子信息系统的安全，必须认识到建筑内电子信息系统雷电防护的重要性，采取有效的措施保障现代智能建筑内电子信息系统的安全。