智能建筑的防雷、接地、抗干扰

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    自１９８４年美国建成世界上第一座智能建筑以来，智能建筑为适应现代社会信息化与经济国际化的需要以及随计算机技术、通信技术和控制技术的发展、相互渗透而持续地发展。国际智能工程学会认为，在一座建筑物中设计了可提供相应功能以及适应用户对建筑物用途、信息技术要求变动时的灵活性，亦即智能建筑应该安全、舒适、系统、综合、有效利用投资，节能并具备很强的使用功能，以满足用户实现高效率的需要。一般地，现代智能建筑主要由建筑物自动化系统（ＢＡＳ）、办公自动化系统（ＯＡＳ）、信息通信系统（ＣＡＳ）三个系统组成，以及利用计算机网络技术及通信技术，将此三个系统进行集成的智能建筑管理系统，和把语言、数据、视频、监控等不同信号的配线经过统一的规划设计、综合在一套标准的布线系统作为建筑物或建筑群内部之间的传输网络的结构化综合布线系统（ＳＣＳ）。

    智能建筑中线缆密布、系统设备繁多，微电子装备复杂，且防护能力单簿，为保证系统、设备安全正常运行，必须采取专门、特殊的措施加以保护，而防雷、接地、抗干扰则是重要的、必备的、有效的保护手段，以下仅就此三方面加以分析说明。

    １、智能建筑的防雷

    对于智能化系统而言，除雷电直击外，最具破坏作用的是二次效应，由于雷电具有高电位、大冲流、瞬时性的特点，强大的闪电产生静电场、交变电磁场和电磁辐射、雷电波侵入、地电位反击等，雷电电磁脉冲ＬＥＭＰ影响。由于雷电流变化梯度大，能产生强大的变电磁场，使周围的金属物产生感应电势和感应电流。一方面严重地干扰无线、有线通讯；另一方面，一旦侵入微电子设备的信号入口，将使器件被击穿、烧毁，从而使网络瘫痪，设备报废。国际电工委员会ＩＥＣ指出：雷电是高科技的天敌。由于电子设备的防护能力较弱，敏感的电子设备其所能承受的能量最多只达毫焦耳级，而雷击释放的能量达到数百兆焦耳，能量差别相当悬殊，因此必须采取措施加以保护。

    （１）根据建筑物的重要性、功能、发生雷击事故的可能性及后果，按防雷要求，将建筑物的防雷分为三类。对各类建筑物的避雷措施，防雷规范ＧＢ５００５７－９４中已规定了相应要求；

    （２）天线防雷设施：天线装设在建筑物屋顶，须与屋面上的防雷接地装置连在一起，且连接点不得少于两处。如天线的突出部分超出大楼的防雷防护范围之外，应装设独立的避雷针，并应与天线避雷接地装置可靠连接。为综合防雷，天线宜装设天线馈线系统避雷器；

    （３）进出建筑物管、线、缆的防雷：进出建筑物的各种金属管、电缆、引入线应在进出处与大楼防雷接地装置相连；电缆进出线应在进出口处，将电源金属外皮、钢套管等与电气设备接地相连。如电缆转换成架空线，应在转换处装置避雷器；

    （４）对于信息系统的保护：应分级保护，根据电子设备的敏感性及不同部位分别对待，妥善处理；

    （５）对电源系统的保护：应用电子避雷器进行分级保护，从高压柜、低压柜、主配电箱、分配电箱逐级保护，把雷电过电压降到设备能够承受的水平；

    （６）对电子设备的保护：从分析雷电脉冲ＬＥＭＰ袭击电子设备的不同途径来采取相应的综合防治措施。雷电能量作用于电子设备相连的各种导线上，形成雷电波、感应过电压沿导线侵入电子设备，包括配电线、信号线、天馈线等；雷电能量直接耦合作用于电子元件上，造成元器件误动作和损坏；通过地电位反击，损坏设备的元件，损坏导线、器件的绝缘材料。可采取的措施有：对系统设备实行等电位联结；实行穿金属管敷线，加强屏蔽、减少感应效应；实行设备屏蔽、机房屏蔽、建筑物屏蔽；加装电子避雷器，限制侵入电子设备的雷电过电压的幅值。

    根据历史统计分析资料，在雷击损坏设备的事故中，有７０％以上是从供电线路侵入的。因此，对电源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。电源避雷器目前主要采用压敏电阻防雷。

    ２、智能建筑的接地

    接地问题是强电、弱电、智能化系统带有普遍性的问题。接地按作用可分为功能性接地和保护性接地两大类。

    功能性接地有：系统接地、工作接地、逻辑接地、屏蔽接地；

    保护性接地有：保护接地、防雷接地、静电接地、重复接地等。
　　 建筑物的接地按连接方式又可分为独立接地和联合接地。

    （１）独立接地是把直流接地、保护接地、防雷接地分开设置。

    这样做的目的是为了排除来自地线的干扰源。这是根据电子计算机设备要求独立接地或通信系统要求单独接地而采取的接地措施。

    为避免不同系统接地而引入不同电位，导致人身和设备事故，根据规范要求，各接地系统的距离必须大于２０ｍ，且它们的接地极与地线之间要保持绝缘，绝缘电阻应在２ＭΩ以上，接地电阻小于４Ω。

    （２）联合接地是将各种接地通过接地线连接在同一接地装置上。

    一般地，除特殊情况外，一个建筑物只能存在一个接地系统，以免引入不同电位而导致人身和设备事故。因此，智能建筑中的智能系统设备如无特殊要求，建筑物接地应采取联合接地。

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    ３、智能建筑的抗干扰

    在建筑物建筑群以外的自然环境和建筑内部设备的环境中存在着大量的电磁干扰，电磁干扰将会使智能化系统设备产生误码、错码，产生误动作；使信号系统受到污染、产生噪声。强大的脉冲干扰还会导致电子器件、设备的损坏；在实际工作中，使设备性能下降、无法工作的现象时有发生；因此，必须净化建筑物电磁环境，防止杂散电磁波干扰以及提高建筑物内系统和设备的抗干扰能力。抗干扰成为建筑智能化系统必不可少的技术措施。在采用适当的抗干扰措施及方法前，首先必须分析干扰源，了解干扰产生的原因及干扰的传播途径。

    3.1、干扰源的产生

    （１）广播、通信、雷达、导航发射设备的信号频谱。这些设备的发射功率很大，它的基波可以产生有用信号的干扰，谐波可以构成无用信号的干扰；

    （２）工业、科学、医疗、感应加热设备的辐射场强。这些设备由于功率大，屏蔽又不够好，功率泄漏大，高次谐波成分强；

    （３）架空电力线及电气牵引系统的电磁干扰，主要是导线电晕及接触不良以及滑动受电时偶尔产生火花或微弧；

    （４）汽车点火系统及日光灯照明设备的电磁干扰。汽车的干扰主要来自点火系统，发电机、风扇、电动机等。日光灯启动时产生电击穿脉冲，造成射频干扰，可通过灯管本身及供电电源线而产生辐射发射，也可通过电源线注入公用电源，构成比较强的传导干扰；日光灯在工作时由于镇流器而产生的工频谐波干扰，进而大大增加供电电源的谐波成分，造成供电质量下降；

    （５）公用电源、静电放电、电磁脉冲。由于公用电源内阻并不等于“零”，因此，公用电源既提供给设备有用的电能，同时也提供了干扰电压。

    据有关资料统计分析，对计算机及应用计算技术的仪表而言，危害最大的是尖峰脉冲信号和衰减振动形成的干扰信号，这是因为它们可能导致程序错误，存储丢失甚至系统的损坏。

    3.2、干扰途径

    不论是设备还是系统内部的干扰都是以电容耦合、电感耦合、电磁波辐射、公共阻抗（接地系统）和导线（电源线、信号线、输出控制线等）的传导方式对设备产生干扰。因此，消除和抑制干扰的方法有电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁屏蔽、电子设备接地、搭接和滤波。

    3.3、常见的抗干扰措施

    （１）在电源的进出线端口处加设低通滤波器，消除电网中的高频干扰；

    （２）为防止市电电网急剧变化或雷击出现过电压，智能设备建议使用串联型稳压电源供电；

    （３）接地及公共阻抗带来的干扰，其抑制方法是使各种接地之间不构成回路；

    （４）智能化系统机房远离强功率发射源及电梯机房；

    （５）根据周围环境电磁场干扰的情况，决定有效屏蔽的方法；

    （６）电缆屏蔽层接地；

    （７）采用光电耦合器和光纤传输数字信号；

    （８）建筑物结构内的钢筋要求保持电气的连续性，如采取焊接连通；

    （９）照明装置的供电线路上设置电源线路滤波器，供电端子进行屏蔽；

    （１０）将受干扰电路和干扰电路隔开或分开。

    从以上几个方面的分析可看出，防雷的手段是接地，接地的目的是为了抗干扰。防雷、接地、抗干扰的最终目的是为了保证建筑物及建筑物内设备与人身的安全。

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