一、概述

      随着人类的发展与进步,人们已步入数字化、网络化和互联互通信息化时代。

      智能楼宇,是信息时代和计算机应用科学的必然产物,是现代高科技与建筑完美的结合。在讲求建筑物的实用性、艺术性之外,人们也更看重生活和工作空间的功能性与服务性,智能建筑以其高效、安全、舒适和便利等优点,势不可挡地进入现代高层建筑,如电子商务大厦、信息网络通信楼宇、自动化办公写字楼和小区高层建筑等等,大量高新技术竞相在此应用,可视电视、多媒体技术、智能保安与环境控制、信息高速公路、无线网络传输等最现代的高科技也在智能建筑中发挥其巨大的优势,它是多科学、高新技术的有机集成。


      智能楼宇建筑内多设有大量微电子设备,这些微电子设备组成的网络通信、监控等电子系统通常属于高精度、高灵敏度、高频率和高可靠性设备,防干扰性能要求高,但是设备的耐电压等级却很低,最易受到雷击。近几年来,高层建筑内的微电子设备遭雷击引发设备故障的情况时有发生,往往造成重大的经济损失,智能建筑雷电防护与优化已迫在眉睫。目前,智能楼宇或小区已在各个城市日益普及,其智能功能涉及建筑电气各个子系统。此类高层智能楼宇或小区智能系统的正常运行与否,是保证该辖区人身安全、生活质量的关键。而智能系统的供电系统雷电防护又是重中之重。


二、雷电入侵智能楼宇的几种方式
      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,直击雷击中智能建筑内的电子系统的可能性很小。对智能建筑电子系统造成威胁的主要是感应雷(即由雷闪电流产生的强大电磁场变化和导体感应出的过电压、过电流形成的雷击电磁脉冲)


 感应雷入侵微电子设备及网络通信系统主要有以下几条途径:
1、雷击电磁脉冲 (干扰源) 入侵;
2、通过交流电源供电线路入侵;
3、通过网络通信线路入侵;
4、地电位反击电压通过接地体入侵。
不管是通过哪种形式,哪种途径入侵,都会使电子系统受到不同程度的损坏或严重干扰。


三、智能楼宇建筑的雷电等级划分
智能楼宇应根据其重要性、使用性质、智能化子系统的集成情况、发生雷击的可能性及后果,按雷电防护要求将其雷电防护等级分为三级。

遇下列情况之一时,智能建筑物雷电防护等级应划为:
1、配置智能化系统标准高而齐全的甲级智能建筑;
2、所处地区年平均落雷密度大于4.92的乙级智能建筑;
3、建筑内集成了计算机网络系统、办公自动化系统、程控交换机系统,保安监控系统、火灾消防报警系统、卫星电视系统等甲级智能化系统,承载着不可终止的公众服务系统的大型公共性智能建筑物,因雷击损害会造成巨大破坏和社会影响,如大型车站、机场、码头、医院、国家级金融中心、大型通信枢纽、云计算中心、电力调度中心等;
4、对周围事物或环境构成危险的工业建筑(生产过程中使用或产品为易燃易爆材料、有毒物质等),因雷击会造成爆炸、着火、人员伤亡和环境污染;
5、保存有不可复原的文化遗产的博物馆、大型展览馆等,因雷击会造成火灾,人员伤亡和难以估量的损失;
6、往来人员较多的大型商场、购物中心、影剧院、体育馆等智能建筑,因雷击会造成巨大破坏和人身伤亡;
7、三星级智能化住宅小区。

遇下列情况之一时,智能建筑物雷电防护等级应划为级:
1、配置基本智能化系统而综合型较强的乙级智能建筑;
2、所处地区年平均落雷密度大于4.92的丙级智能建筑;
3、集成了不能终止的公众服务系统的中型公共性建筑物,建筑内智能化系统的集成水平,功能较级公共性智能建筑有一定差距,但具有可扩充性和可维护性,因雷击造成的破坏和影响也不及级严重;
4、对周围事物或环境有一定危险的工业建筑等,因雷击不易造成爆炸、着火、人员伤亡和环境污染;
5、中型商场、中小型影剧院等智能建筑,因雷击不易造成巨大破坏和人身伤亡者;
6、二星级智能化住宅小区。

遇下列情况之一时,智能建筑物雷电防护等级应划为级:
1、配置部分主要智能化系统,并有发展和扩充需要的丙级智能建筑;
2、集成了部分主要智能化系统,并有发展和扩充需要的小型建筑,因雷击会造成一定破坏和影响的;
 3、除上述建筑以外的存在一定的智能化系统的其他一般建筑;
4、一星级及其他小型智能化住宅小区。
 
四、智能楼宇建筑的防雷总体设计
      针对智能建筑内的电子系统的防雷设计,现代新的防雷理念,就是综合治理、整体防御、多重保护、层层设防

4.1 优化避雷针
      随着现代微电子技术设备的发展和广泛应用,优化避雷针是不可缺少的,但不是唯一、万能的。要做到彻底防雷必须有新的思维。


      这就是在分析了传统避雷针某些局限性之后,采取一些改进措施,即气隙放电、阻抗限流等,也就是展宽雷电波形、降低波头幅度,把大部分雷电能量消耗在优化避雷针体上。有效地抑制和削弱了地电位和二次雷击效应,克服了传统避雷针的弊病。


4.2 设备屏蔽避免电位差
    (1)设备与设备之间做好屏蔽。建筑物的金属结构物遍及各处,不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼,即立体笼式综合接地系统,从而使建筑物内的电子系统得到很好的屏蔽。


      屏蔽做得好,不仅能防御空间电磁波的辐射,而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。这里要说明,屏蔽的做法应根据建筑物内微电子设备的要求决定。由于设备的性质不同,因此,有的要求仅对设备本身做屏蔽,有的要求在设备与设备之间做屏蔽,还有的要求在机房做屏蔽。


    (2)楼顶设计接闪装置。接闪器(接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下,其制作是利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线,下接接地装置。引下线,上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。下线的粗细和数量直接影响雷击过电流的分流效果,引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围就小。


    (3)避免接地线之间存在电位差。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高,引下线很长时,应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流,而且还可以降低反击电压。接地装置位于地下一定深度,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。建筑内的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的引下线相连。


      当建筑物超过30m高时,应将30m处墙上的栏杆、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因素。


4.3 接地系统的要求与优化
      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1 Ω。针对智能建筑较为适用的综合接地系统应采用法拉第笼方式,实践证明接地效果极佳,但在接地体材质选择上,要根椐地质条件灵活掌握。


    (1)接地体的传统材料。通常传统接地体(系统)使用的是金属导体,最常见的有角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等。其特点是用料多、耗资大、寿命短、稳定性差,不宜在高土壤电阻率地区使用。如在砂石和岩石地层使用很难达到防雷接地电阻值不大于的要求。


    (2)接地模块。低电阻接地模块(简称接地模块)是一种以非金属材料为主体的接地体,它是由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解质组成。它的诞生开创了接地材料和接地技术的新时代。


使用接地模块做接地系统,用料少、耗资少、寿命长、稳定性好。特别适合在高土壤电阻率地区使用。在砂石、岩石地层用它构成特殊的人工地网,解决接地工作一些疑难问题,很容易达到国标要求的防雷接地系统冲击阻抗值。


      接地模块阻抗低的主要原因是成倍增大接地体与土壤层之间的接触面积;增大接地体本身的散流面积;降低接地体与土壤之间的接触电阻;具有很强的吸湿性和保湿性;充分发挥接地体中电解物质的导电作用。因此,防雷接地电阻值,一般很容易达标(≤4Ω


4. 4 电涌保护器的设置和选用
      根据有关统计,在雷击损坏设备的事故中,约70%以上是从供电线路侵入的感应雷。因而对供电线路实施多级防雷是电子设备及整个系统防雷的重要环节。


4.4.1 电源电涌保护器
    (1)为了避免感应雷电流由交流供电电源线路入侵,可在智能建筑变电间的高压柜内安装电涌保护器作为一级保护,在低压柜内安装电涌保护器作为二级保护,以防止雷电侵入智能建筑的配电系统。为谨慎起见,可在智能建筑各层的供电配电箱中安装电源电涌保护器作为三级保护,并将配电箱的金属外壳与智能建筑的接地系统可靠连接。建筑物的电源、通信、广播等线路最好采用埋地电缆引入,所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。智能建筑内电子设备的电涌保护器,采用TPS系列电涌保护器,具有免停电更换、失效后自动脱离、劣化指示等功能。


    (2TPS系列电源电涌保护器其设计是选用性能良好、质量可靠的防雷元器件,当供电线路正常运行时SPD处于高阻状态,不影响供电线路正常工作。当线路中由于雷击或操作过电压时引起最大峰值电流或高能量脉冲时,SPD以纳秒(ns)级的响应速度呈现低阻状态,迅速将过电压限制在很低水平。当高能量脉冲过后,系统的续流值为零。


4.4.2 信号电涌保护器
    (1)计算机信号电涌保护器。随着信息产业技术的发展,计算机数据通信已广泛地应用于军政、医疗、高校、邮政、电信、金融、公安、交通、商贸及办公自动化等系统中,由于数据通信设备和终端设备的巨增,必须做好数据通信设备的防雷击保护。


      信号电涌保护器一般采用TTS系列信号电涌保护器。TTS系列信号电涌保护器主要用于保护计算机、网络交换机、数据通信网络和监控系统等设备,免遭感应雷的危害和静电干扰、电磁辐射干扰等引起瞬时过电压及冲击电压的损坏。从而保护微电子设备、计算机网络通信和监控系统的正常工作。


      TTS系列信号电涌保护器,采用通流容量大的粗保护和具有快速响应的细保护相结合多级保护电路,将来自信号线路的感应雷电流通过雷电支路泄放到大地,并将瞬时过电压限制在安全值以内。


    (2)网络交换机信号电涌保护器。网络交换机等现代通信网络正朝着高频率、高速度、网络化、数字化和智能化方向发展。原先使用的气体放电管保护方式在响应速度等指标上都已经不能适应要求,不能有效地保护程控交换机等通信设备。为了防止从信号传输线入侵的雷电感应冲击波,程控电话信号电涌保护器系列产品,采用波道分流、多级泄能的线对线、线对地的并联或串联式的过流过压保护方式,抑制从信号传输线上感应的雷电冲击波,从而保护了通信设备免遭雷击。


    这个系列电涌保护器,广泛应用在程控交换机配线架上的保护单元,各种配线装置、传真机和电脑、电话、视频设备等各种通信系统中,提供线对线保护,线对地保护。


   (3)TCS天馈线系列电涌保护器。通信、雷达、导航、卫星地球站、广播电视等,凡具有天馈系统的电子设备,其天馈系统大多数安装在高楼顶部或高架铁塔上。因此,微电子设备遭雷击的机率很大。采用本系列天馈电涌保护器,可以防止以上各系统的收信机、发射机等设备遭雷击造成的损坏。


雷电冲击波的主要能量分布在几十千赫以下频域,而有用信号能量分布在几百千赫以上频域。因此,可用集中或分布参数元件组成高低通滤波器组合网络,将雷电冲击波和有用信号截然分开,雷电冲击波泄人大地不进入电子设备,从而克服了传统氧化锌电涌保护器,在雷电通流、承受功率和工作频率三者间不可调和的矛盾,以及传统放电管电涌保护器响应时间长等弊病,实现了更有效地保护功能。


4.5 综合布线系统的防雷保护

      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


综合布线系统的防雷保护如下:
      1. 建筑群子系统
      建筑群子系统,由连接两个及以上建筑物之间的缆线和基本设备组成。防御因雷电流泄放而形成的感应雷,对室内布线的要求非常严格。由于用作引下线的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处,雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上,所以外墙处的电流密度大,电磁场强。


      因此,若采用光缆作为建筑物间网络连接介质,则不需要安装电涌保护器,甚至可以架空铺设。若采用双绞线,则必须穿管地埋敷设。进入建筑后,采用双绞线敷设时,导线必须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
      设备间子系统,由进线设备、网络交换机、计算机等各种主机设备及其配线设备组成。它是布线系统中最主要的管理区域,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。建筑物中的电源和通信等线路的主干线不应靠近外墙,最好设置在建筑物的中心部位,如电梯井在中心部位,可设置在电梯井的近旁。


    (1)建筑内各部位形成等电位。建筑物内的各种电气馈线都要穿金属管保护或采用双层屏蔽电缆(或同轴电缆)。在一些有特殊要求的线路电源侧,还应加装电源保护器、隔离变压器、稳频、稳压以及滤波等装置。使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体,建筑物内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防止感应雷电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。


    (2)光缆作为计算机网络主干线。为防进出大楼的人受到感应雷袭击,降低建筑物内的雷电流和其产生的电磁效应,以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害,还应安装防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对地敷设电缆。数据设备管理子系统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
      管理子系统:设置在各层配线间。
    (1)计算机网络设第二级防雷。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,需要安装信号电涌保护器作为通信线路的第二级防雷措施。数据部分的垂直主干线如果采用双绞电缆,也需要在机柜中安装信号电涌保护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电磁场突变所产生的感应雷。


    (2)加装SPD。为避免各层配线间出现的杂散电流,单点接地系统必须采用绝缘线,其主接地排必须置于建筑物的最底层且直接与基础或室外接地装置连接。各层单点接地系统的区域接地排或终端接地排如需要与综合共用接地系统的装置接地排连接,应在它们之间加装不大于直流300V的放电管或压敏电阻。


    (3)接地电阻按设备要求取最低值。综合共用接地的电阻一般应在以下,对于特殊的电子设备,可在0以下。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。确定接地电阻时,应考虑各种设备对接地电阻值的要求,在所要求的各种阻值下,应取最低值。


        4. 垂直干线子系统
       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电涌保护器,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电涌保护器,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
       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,已设有防雷保护装置,所以在水平干线子系统中不必再加装防雷装置。


       但在防雷设计中,我们必须考虑防雷装置与水平布线系统的关系。为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响,首先,应该将这些缆线穿于金属管内,以实现可靠的屏蔽;其次,应该把这些线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位,且避免靠近用作引下线的柱筋,以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上,还需要两端接地;第三,应该注意电源线、天线等线路的引入做法,防止雷电波侵入。因此,设计室内各种管线时,必须与防雷系统统一考虑。


       6. 工作区子系统
     (1)语音线路与外线连接要安装电涌保护器。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,则有必要安装信号电涌保护器,及采取相应的屏蔽措施。屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。


     (2) 建筑物内构成六面体的网笼。建筑物内的这些设备,不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰,而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低,有时附近打雷或接闪时,也会受到雷电波电磁辐射的影响,甚至在其他建筑物接闪时,还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此,我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板、墙面、梁柱内的钢筋,使其构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,从而实现屏蔽。


     (3)按各种设备的不同需要增加网格密度。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有密,钢筋密度不够时,应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅对防御雷电电磁脉冲是最有效的措施,而且对建筑物整体还能起到保护作用,对防止球雷、侧击和绕击雷的袭击都有很明显的效果。
总之,优秀的建筑需要的是智能安全的完美结合。一座好的建筑要想成为真正坚不可摧的壁垒,一套可靠的防雷设施不可缺少。随着智能化技术的日趋完善以及智能建筑的不断普及,智能建筑的防雷保护技术也将不断得到发展,以确保智能建筑及其中的微电子设备的安全。
 
五、智能楼宇系统设计举例:
      1. 智能楼宇环境控制管理系统防雷设计
      主要包括:暖通空调(HVAC)系统控制,如对各种冷热源机组,空调机组、新风机组控制给排水系统控制,如各种水泵、水箱水位控制报警。运输系统控制,如各个电梯、自动扶梯的控制。电气系统控制,如对变配电设备、自备发电机、直流电源、照明、动力设备控制等。

      设计依据
      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.16.4.8LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。


      按照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》标准第4.3.7条的要求,应该将建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上,不用另设接地装置。对于控制系统用的12VRS2326VRS485RS422数据控制线,由于通常此类控制线的线路较长,布线比较复杂,容易感应到雷电和工频过电压,而数据线连接的控制主机耐压又比较低,所以需要在主机的各数据线输入端安装相应的数据信号浪涌保护器。比如:RS232数据控制线可使用TTS-VF-12/4S的数据信号浪涌保护器,RS485RS422数据控制线可使用TTS-VF-06/4S的数据信号浪涌保护器。此系列一般用于控制回路额定的负载电流小于500mA的功率比较小的控制系统。如果控制回路的功率比较大,比如长距离的RS232数据控制线或者24V48V双绞线,则可以选用TTS-VF-24/4STTS-VF-48/4S的数据信号浪涌保护器。


      实施方法
      在电梯、自动扶梯、变配电设备、自备发电机、动力设备控制线路安装一套TTS-VF-12/4S直流通信信号电涌保护器,作为电梯、自动扶梯、变配电设备、自备发电机、动力设备控制线路的保护。


      在暖通空调系统冷热源机组、空调机组、新风机组控制线路,给排水系统水泵、水箱水位控制线路,直流电源、照明控制线路等安装一套TTS-VF-12/4S直流通信信号电涌保护器,作为暖通空调系统冷热源机组、空调机组、新风机组控制线路,给排水系统水泵、水箱水位控制线路,直流电源、照明控制线路等的保护。
 
      2. 火灾报警及广播系统防雷设计
      主要有火灾报警及消防联动控制系统(FAS)。在建筑物内部装置感烟探测器、感温探测器及模拟显示盘。当发生火灾时,它能自动喷洒水或其他灭火液体气体。防排烟系统排除火灾时产生的烟雾并防止其漫延。火灾报警及消防联动控制系统一般使用RS232数据控制线,从安全性和成本考虑,通常只需要在主机的数据采集端安装数据信号浪涌保护器,而无须在感烟探测器、感温探测器探头处安装数据信号浪涌保护器。

      设计依据
      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.16.4.8LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 
      实施方法
      在消防广播功放盘、背景音乐功放盘主机所有进出信号线路,每条线路安装一套TTS-VF-170/4S直流通信信号电涌保护器,作为消防广播功放盘、背景音乐功放盘信号线路的保护。
 
      在火灾报警控制器、多线手动控制盘主机所有进出信号线路,每条线路安装一套TTS-VF-24/4S直流通信信号电涌保护器,作为火灾报警控制器、多线手动控制盘信号线路的保护。
 
      在消防电话盘主机所有进线信号线路安装一套TPS-D10-48DC直流电源电涌保护器,作为消防电话盘信号线路的保护。
 
      在直流消防电源进线信号线路安装一套TTS-RJ45-TELE/4S通信信号电涌保护器,作为消防电话盘信号线路的保护。
 
      3. 电视监控系统防雷设计
      电子监控系统一般由以下三部分组成:

      1、前端部分。主要由黑白(彩色)摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等组成。

      2、传输部分。使用同轴电缆、电线、多芯线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。

      3、终端部分。主要由画面分割器、监视器、控制设备等组成。

前端设备的防雷


      前端设备有室外和室内安装两种情况,安装在室内的设备一般不会遭受直击雷击,但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害,比如安装在地下停车场等的摄象机等。而室外的设备则同时需考虑防止直击雷和感应雷。前端设备如摄像头应置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。为了施工方便避雷针一般架设在摄像机的支撑杆上,引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ 8的镀锌圆钢或35mm2铜导线,此时应注意依据GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章、第2.5节、供电、接地与安全防护、第2.5.4条的要求,系统采用专用接地装置时,其接地电阻不得大于。为防止电磁感应,沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。为防止雷电波沿线路侵入前端设备,应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器,如电源线(220VDC24V)、视频线、信号线和云台控制线。这样做比较麻烦,问题比较多,且要受安装空间的限制,因此可以选择三合一或者二合一的监控摄象机多功能电涌保护器。


  · 传输线路的防雷:

      CCTV系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源可从终端设备处引入,也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和报警信号传输线一般选用芯屏蔽软线,架设(或敷设)在前端与终端之间。GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》的规定,传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时,可采用直埋敷设方式,当条件不充许时,可采用通信管道或架空方式。采用通信管道或架空方式时,应注意传输线缆与其它线路其它线路共沟的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距。比如与220V交流配电线的最小间距为0.5米,与通讯电缆的最小间距为0.1米,与110KV电力线的最小垂直间距为2.5米,与1KV以下电力线的最小垂直间距为1.5米,与广播线的最小垂直间距为1.0米,与通信线的最小垂直间距为0.6米等等。


      直埋敷设方式防雷效果较好,而架空线比较容易感应雷击。为避免首尾端设备损坏,在使用架空线传输时,应在每一支撑杆上做接地处理,架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。传输线埋地敷设也并不能完全阻止雷击设备的发生,统计数据显示雷击造成埋地线缆故障大约占总故障的30%左右,即使雷击比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设,保持钢管的电气连通。对防护电磁干扰和电磁感应非常有效,这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。如电缆全程穿金属管有困难时,可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入,但埋地长度不得小于15米,在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。


  · 终端设备的防雷

      与硬盘录像机等连接且布线经过室外的信号线路主要为视频信号传输线及云台控制线,因此对于硬盘摄象机的信号保护,需要在由外面进入中心监控机房的线路接入设备之前,安装对应的浪涌保护器,按照YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求规范的要求,通流容量应大于3KA
 
      设计依据
      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.16.4.8LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 
      实施方法
      在区域门禁每台枪式摄象机信号线路安装一套TTS-CCTV系列二合一直流/交流供电监控摄像机电涌保护器,作为枪式摄象机线路的保护。
 
      在区域门禁每台快速球型摄象机信号线路安装一套TTS-CCTV系列三合一直流/交流供电监控摄像机电涌保护器,作为快速球型摄象机线路的保护。
 
      在区域门禁红外对射报警信号线路,每条线路安装一套TTS-VF-24/4S直流通信信号电涌保护器,作为红外对射报警信号线路的保护。
 
     在安防控制中心控制信号线路进线处,每条线路安装一套TTS-VF-24/4S直流通信信号电涌保护器,作为红外对射报警信号线路的保护。
 
     在安防控制中心同轴信号线路进线处,安装一套TTS-CoaxB-TV/16S同轴通讯信号电涌保护器,作为同轴通讯信号线路的保护。
 
      4、计算机机房网络通信系统防雷设计
      计算机机房网络通信系统雷电防护包括广域网雷电防护、局域网雷电防护、无线通信系统雷电防护、光缆通信雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护等。


      广域网远距离传输数据通信,在进入机房设备(调制解调器或其它设备)前端应安装具备二级保护的防雷保护器,第一级一般为惰性气体火花间隙放电器,通过RLC解偶后,进入第二级半导体过电压保护器。需要防护线与线之间、线与大地之间的雷电入侵,保护器的损耗指标应该适应计算机设备的IEEE标准通信的有关要求。


      数据传输线路(X.25、ISDN、DDN等)的防雷保护器必须能够抵御和吸收(8/20uS感应雷击)5KA雷电流,须具备线路与大地之间及线与线之间的雷电保护。进行PSDN等防雷设计,必须在使用前详细了解电涌保护器件及设备的工作要求。例如:PSDN调制解调器有带铃压和不带铃压二类,带铃压调制解调器工作电压为48v至54v,铃压为175v至180v,电涌保护器的保护电压应大于180v;不带铃压的调制解调器工作电压为48v至54v,电涌保护器的保护电压应不小于54v。如果两类电涌保护器混装,将对前者造成通讯信号短路,对后者造成防雷工作能力丧失。


      局域网雷电防护的重点是做好局域网网线的屏蔽,同时加强终端设备局域网端口的雷电防护。局域网络通常以双绞线传输数据,无屏蔽保护,布线也往往不尽规范,除了有可能遭受感应雷击的袭击外,交流线路的干扰也会对网络系统造成影响。在局域网络的两端安装避雷器,可有效地防止各种过电压对设备造成的破坏。局域网的网口应该采取雷电防护措施,服务器、网络交换机、集线器等端口应加设专用电涌保护器。出户的局域网线及BNC远程局域网也须安装电涌保护器。485数据线接口、422数据线并口、RS232数据串口、TTY传感器数据接口等,均应安装匹配的电涌保护器,匹配原则应参照防雷标准和计算机通信协议。


       无线通讯经常在建筑物上架设天线,属于地面特别突出物,是雷电释放的危险途径。馈线进入设备前应加装电涌保护器。电涌保护器的插入损耗要求较小,所以一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。光缆一般不会传导雷电,但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备,必须在进入设备之前,使芯线和护套接地,以达到避雷的目的。
 
      设计依据

      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.8条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。

      依据本机房的需求,需要对3COM网络交换机进线及电话外线进行保护。使用8/20μs波形、通流容量5KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 
      实施方法
      在以太网络服务器通讯线路由器前线接入网网线上各安装壹套TTS-RJ45-E100/4S 计算机网络通信线电涌保护器,用于服务器网络通信线路的防雷保护。

      在网络交换机通讯系统进线端分别安装壹套TTS-RJ45-24E 计算机网络通信线电涌保护器,用于各设备网卡及通信线路的防雷保护。

      网络间传输使用的光纤无须进行防护,但是光缆的金属加强筋需要做接地。
 
      5、电话通信系统防雷设计

      电话通信系统(TCS)的功能主要有语音通信、数据通信、图形图像通信。电话通信系统主要指以程控交换机及模块局为核心的电话、集团电话、远端虚拟交换机。最重要的有线话音通信系统就是程控用户交换机,它可组成内部和外部通信系统。目前用户交换机已经发展为数字式交换机,它的内部和外部线路的数目是很重要的指标。



       面对种类繁多,系统纷繁复杂的通信系统,其防雷设计显得非常复杂。只有依据YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》和IEC 61643-3 《低压系统的电涌保护器》两个标准,在做好机房均压、线路屏蔽等工作的基础上,根据系统特点选择适合和有效接地方式,安装适合此系统线路参数使用的电涌保护器(SPD)就才能有效解决这些问题。
 


      设计依据

      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.8条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 
      实施方法

      在有线话音通信系统,与程控交换机连接的线路有电话外线上各安装壹套TTS-RJ45-TELE/2S电话通信线电涌保护器,用于电话通信线路的防雷保护。


      在重要会议室内外线、重要管理人办公室内外线、重要实验机构办公室内外线及区域值班室内线电话通讯线上各安装壹套TTS-RJ45-TELE/4S电话通信线电涌保护器,用于电话通信线路的防雷保护。
 
       6、有线电视系统防雷设计
       对于卫星通信(VSTV)、有线电视(CATV)、卫星电视(SATV)等系统,其卫星天线一般安装在建筑物天面,如卫星天线未在建筑物防直击雷避雷针、带的保护范围之内,需要增加接闪器作保护,如在建筑物防直击雷避雷针、带的保护范围之内,只需要将天线馈线等外设线路穿金属管屏蔽,外端连接避雷带、天线支架或者引下线,内端连接机房接地汇流排或者建筑物柱内钢筋即可起到良好的雷电防护作用。再此基础上再在机房设备进线端安装TTS-Coax N-CATV/S、TTS-Coax B-TV/S等通讯信号电涌保护器就可将设备的雷击损坏风险降到极低的水平。



       设计依据
       根据GB 50343-2012 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010  《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.8条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 
       实施方法

       在有线电视卫星接收天线天馈线路上安装壹套TCS-G-BNC-75MF卫星接收天馈线电涌保护器,用于有线电视卫星接收天线天馈线路的防雷保护。

       在有线电视干线放大器进出线路、搂头放大器进线线路及多功能会议室视频线路分别安装壹套TTS-CoaxN-CATV/S 有线电视同轴信号线电涌保护器,用于有线电视干线放大器及搂头放大器的防雷保护。
 
       7、安全门禁及一卡通系统防雷设计 
      一卡通系统是对内部员工实行身份管理、考勤管理、出入控制、内部消费、停车管理及保安人员巡更等功能的综合管理系统。门禁系统是基于非接触式感应技术,由主控系统、区域控制器和门禁控制器组成一个功能强大的智能网络系统。该系统的本地区域控制器通过RS485进行联网,当传输距离超过1.2公里时,通常采用长距离收发器进行延伸。



      设计依据 
      根据GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.8条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
 

      实施方法

      在区域门禁主出口一卡通安全门禁系统、电子巡更系统控制线路安装一套TTS-VF-12/4S直流通信信号电涌保护器,作为一卡通安全门禁系统、电子巡更系统控制线路的保护。

 
      8、机房内接地及等电位连接

      设计依据

      依据GB 50343-2012 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第六章、防雷击电磁脉冲;第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求:所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接;信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络,并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2,采用铝材时, 最小截面积为10mm2,采用铁时, 最小截面积为16mm2;铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小50mm2。


      依据GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物的防雷措施;第三节、第二类防雷建筑物的防雷措施要求:每根引下线的接地电阻不大于10欧姆,防直击雷接地装置宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等共用接地装置。


      依据GB50174-93《电子计算机机房设计规范》第六章 电气技术:第四节接地要求:第6.4.2条、第6.4.2条要求,采用共用接地时,电阻按各种接地方式的最小值要求。


      依据GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章:第2.5节供电、接地与安全防护:第2.5.4条要求当采用共用接地时,接地电阻不大于1欧姆;


      依据JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第14章接地与安全:第14.7.5.3条要求,当机房接地与防雷接地系统共用时,接地电阻要求小于1欧姆。因此对于监控机房和通讯机房接地均应与建筑物防雷地等共用同一接地装置,接地电阻要求小于1欧姆。
 
      实施措施
      由于雷电泻放存在趋肤效应,建筑外层钢筋泻放的雷电流通常为建筑内部钢筋的数倍。一般机房所在区域跨外部、内部两个钢筋区域,因此各钢筋柱间在雷电泻放时存在较大的电压差,这对精密、贵重设备尤为有害,因此设置均压带均衡各钢筋柱间的电压。通常在机房内沿墙敷设非闭合等电位铜带一周,材料采用-30×3mm紫铜带,用φ8绝缘子作支撑;在各机房内靠近柱子的角位处,分别安装一块等电位汇流排,规格为100×10mm的紫铜板,长30厘米,开凿各机房内的建筑物柱子,利用铜铁接头与柱筋焊接后,与汇流排连接;将各机房内的所有信号屏蔽线槽接与等电位汇流排或等电位铜带连接。另外,将电源PE线、机房内的设备外壳、机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜带连接,连接线采用6mm2 多股铜芯线。若机房接地系统的接地电阻大于1欧姆时,还需要在建筑物周围增加接地装置。
 
      施工方案

      a、从机房内引出两条建筑钢筋,并在引出点用80×300×5mm铜排制作接地汇流排供设备和防雷保护器接地用。用30×3mm铜带制作均压带,将主钢筋与均压带连接,将金属门窗、各种线路的金属屏蔽管、各种电子设备的金属外壳、机架等与接地汇流排连接。


      b、对主机房:将主机房均压带用50mm2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。对分机房:将分机房均压带用50mm2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。


      c、将各种信号线的屏蔽管在进入中控室时用16mm2 多股铜芯线做等电位连接处理。在进入主机房后,再将屏蔽管用16mm2 多股铜芯线与接地汇流排做等电位连接处理。

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