雷击电磁脉冲辐射对智能建筑的危害及防护对策

于尚友

（辽宁省本溪市气象局，辽宁本溪 117000）

雷击电磁脉冲辐射对智能建筑的危害及防护对策

于尚友

（辽宁省本溪市气象局，辽宁本溪 117000）

本文利用电磁辐射理论计算了避雷针接闪产生的电磁脉冲辐射在10m-1000m范围的强度；同时分析了雷击电磁脉冲辐射强度对当信息网络和微电子设备环境屏蔽不够好的情况下的影响和危害；提出了接闪装置的构成形式也影响智能建筑的年预计雷击次数和LPZ0B区的LEMP强度，提出了一些提高现代智能建筑防雷设计新理念和方法。

智能建筑 电磁脉冲 辐射功率 防雷装置 防护对策

1　引言

目前，关于雷击电磁脉冲防护方法的研究已经取得了一些成果，但对现代智能建筑（Intelligent building）在雷击电磁脉冲的防护措施上，应有些防雷装置未能充分发挥1+1≥2的效能，甚至，带来了一些副作用，使雷电灾害时有发生。本文以避雷针（接闪杆）接闪放电产生的电磁脉冲辐射对智能建筑的影响为例进行讨论，并提出防护对策，以供参考。

2　雷击电磁脉冲辐射强度和危害的分析

雷击电磁脉冲（Lightning electromagnetic pulse简称LEMP）传输形式主要有两种:一是辐射电磁场，以闪电通道和引导雷电电流的物体（如避雷针）起着辐射天线的作用，它们向周围空间辐射电磁波；二是闪电电涌在通信线、供电线路和金属管道上的传输干扰。那么，雷击电磁脉冲辐射强度如何，现以避雷针（接闪杆）接闪放电辐射电磁能计算为例。

3　防护对策

由上述分析可知，接闪杆（避雷针）接闪产生的电磁脉冲辐射强度是相当大的，对智能建筑中的信息网络系统和弱电设备的干扰和破坏是相当严重的。基于LEMP传输形式提出如下防护对策。

3.1降低智能建筑的雷击次数和LPZ0B区的LEMP强度措施

建设项目选址的好坏和接闪器的结构形式直接影响智能建筑的雷击次数和LEMP辐射强度，若选在地区雷暴带（雷暴路径和雷闪密度大的区域）上，会增加智能建筑的雷击次数，所以，在项目建设前，建设单位和相关部门，要根据当地气象部门雷电监测资料，组织专业评估部门积极地进行建设项目雷击风险评估，要首先做到科学选址；由（2）式和（3）式可知，雷电流越大，接闪杆架的越高，越易接闪，LEMP辐射就越强。所以，为减少因接闪器工作带来的LPZ0B区的电磁脉冲强度，在智能建筑顶上不应选择杆式接闪器，更不能图壮观气派安装高高耸立的避雷针，应选用接闪网、接闪带。确因业务需用选用杆式接闪器，要尽量降低高度，按保护谁仅考虑谁设计并要与接闪网、接闪带连接好。否则，智能建筑就类似于先天不足的婴儿。

3.2外部防雷和屏蔽措施

对智能建筑防雷设计一般按一类或二类防雷等级进行保护。选用接闪带、接闪网或混合组成（带、网、针）的接闪器（材料选热镀锌圆钢φ=12mm）作为接闪装置，并利用建筑物各结构柱内主钢筋（φ≥16mm）作为引下线，将接闪装置、引下线与每层圈梁和接地装置均匀多点良好焊接；将建筑物基础地梁钢筋、承台钢筋、桩基主筋连接形成等电位接地网，要将防雷地、安全地、工作地、交流地接在这同一个等电位接地网上，接地电阻R≤1Ω；在楼房进线处设总等电位端子箱（MEB），要求距地面0.3m高并就近接地。在弱电配电间、淋浴间、计算机控制室、强电井和需要安装设备的房间等均预设局部等电位端子箱（LEB），距地面0.3m高，并与构造柱中主筋或圈梁主筋就近接地；将建筑物外相关的金属构件、玻璃幕墙钢结构架、金属门窗、建筑的每层圈梁与防雷装置（LPS）等电位连接，构成“法拉第笼”，这可削弱进入建筑物内部的电磁感应强度；将智能建筑内的金属管道、电梯轨道、金属构件和智能系统中的配电屏PE母排、设备外壳、金属配线架、敷线桥架、穿线金属管道等与总等电位（MEB）或局部等电位（LEB）均匀多点相联接。这样做，既达到分流、均压和屏蔽作用，同时也降低了LEMP的影响；智能建筑内的信息系统设备主机房的六面应敷设金属屏蔽网，并应与机房内环形接地母线均匀多点相连。

3.3防闪电电涌侵入和线路屏蔽措施

对进入智能建筑大楼的电源线应采用金属铠装电缆，电缆水平直埋50m以上，埋地深度应大于0.6m，屏蔽层两端要接地；通讯线应采用光缆埋地敷设，光缆的所有金属接头、金属挡潮层、金属加强芯等应在入户处直接接地；非屏蔽线应穿镀锌钢管并水平直埋50m以上，钢管两端应接地。电源线和通讯线（非光缆线）应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处及终端设备的前端，安装上电源类电涌保护器（Surge protective device简称SPD）和通讯网络类SPD，并与预留的LEB端子就近联接。在配电系统中的高压柜和低压柜中，要安装高、低压避雷器，在智能系统电源箱及信号线箱中安装电涌保护器（SPD）。选择SPD参数时，要根据当地雷暴强度和被保护设备的耐压水平及设备供应商要求而定；各种系统（如通信系统、计算机系统、楼宇自控系统、广播卫星电视系统和火灾报警系统等）信号线、控制线及电源线敷设时，应采用金属管槽或桥架，按系统分离布放，金属管槽或桥架应多点接地。各个系统缆线间的最小间距要符合国家标准规范的规定，避免互相干扰；值得注意的是，信息系统设备主机房应避免设在智能建筑的顶层，宜选择在建筑低层中心部位，最好设置在雷电防护区较高级别区域（LPZ2或LPZ3）内，其设备应避免紧靠建筑立柱或横梁。总之，通过上述综合防御措施，会进一步提升智能建筑的防雷安全系数。

4　结论

（1）传统的直击雷防护措施，已经不能满足智能建筑防雷安全的需要，而现代防雷设计理念应侧重雷电电磁感应效应的防护。

（2）建设项目选址的好坏和接闪装置的构成形式也是影响智能建筑年预计雷击次数和雷击电磁脉冲在LPZ0B区强度的因子。

（3）减少智能建筑雷击电磁脉冲辐射强度最有效的措施，是科学合理的设计好接闪、分流、均压、屏蔽，接地等综合措施。好的防雷装置应发挥1+1≥2的效能。

（4）在防雷设计中，一定要把某些防雷装置工作时带来的副作用要降到最低程度。

［1］邹澎，侯均衡，毛陆虹.环境电磁场测量［M］.北京：中国计量出版社，1992.17-45.

［2］张小青，建筑物内的电子设备的防雷保护［M］.北京：电子工业出版社，2000.

［3］中华人民共和国建设部.智能建筑设计标准［S］.北京：中国计划出版社，2007.

于尚友（1958—），男，大专学历，本溪市气象局，工程师，从事防雷工作。