建筑电气系统雷电防护技术的应用探索

建筑电气系统雷电防护技术的应用探索

陈麒竹1  张滔滔2

1身份证号：430405198712095512   2身份证号：320681198410062610

摘要：随着社会经济的繁荣和科技的进步，建筑规模日益庞大，电气化程度持续加深，特别是智能建筑的普及，使得建筑内部的电子设备和系统变得更加复杂和精密。这在提高人们生活和工作效率的同时，也对建筑电气系统的安全性提出了更高的要求。由于雷电灾害具有突发性和破坏性，一旦发生，可能会对建筑及其内部的电气系统产生严重影响，导致设备损坏、数据丢失，甚至造成人员伤亡，从而对社会经济活动造成重大损失。因此，对建筑电气系统进行有效的雷电防护，确保其在雷电事件中的稳定运行，显得尤为迫切和重要。

关键词：建筑电气；雷电防护；技术应用

1雷电防护技术原理

雷电防护技术的核心原理是通过科学的系统设计与配置，将潜在的雷电冲击能量疏导、分散或吸收，以确保建筑电气系统的安全运行。这一过程主要依赖于避雷针、浪涌保护器和接地系统这三个关键组件。

避雷针，作为最基础的雷电防护手段，利用其高度优势吸引雷电并引导电流安全地导入大地。其设计原则是确保避雷针的尖端效应，通过尖端放电效应降低雷电的电压梯度，从而减小雷电流对建筑物的冲击。避雷针的安装位置和高度需符合相关标准，以确保它可以有效覆盖建筑的所有可能雷击区域，并且与周围的导电物体保持适当的距离，防止电流的分散。

浪涌保护器，又称为SPD，是保护电气设备免受过电压影响的关键设备。它通常安装在电源入口处，能够快速响应电压波动，将过电压限制在设备可承受的范围内。浪涌保护器通常由金属氧化物压敏电阻（MOV）、气体放电管（GDT）或半导体器件（TVS）等组成，这些组件在过电压出现时迅速导通，将电压降下来，之后在电压恢复正常时断开，保护内部电路不受损害。

接地系统，作为雷电防护系统中不可或缺的部分，负责提供一个低阻抗的途径，让雷电能量能够迅速地流入大地。良好的接地系统应保证电流能够均匀分布，防止局部过热。它通常由接地体和接地线两部分组成，接地体通常采用金属棒、网格或电缆埋入地下，接地线则将各个电气设备与接地体相连，形成一个连续的通路。接地电阻的大小是衡量接地系统性能的关键指标，一般来说，接地电阻越低，防护效果越好。

在雷电防护技术的原理中，风险评估也是重要一环。理解雷电的产生机理和传播特性，结合建筑物的结构、用途、地理位置以及当地雷电活动频率，可以评估其遭受雷击的可能性，从而制定合理的防护等级和策略。

2建筑电气系统雷电防护技术的应用

2.1外部防护措施

在建筑电气系统雷电防护中，外部防护措施是第一道防线，其有效性直接关乎整个系统的安全。这些措施通常包括安装避雷针、优化接地系统以及使用适当的浪涌保护设备，以确保雷电能量能够被引导、分散或吸收，从而保护电气系统不受损害。

避雷针是外部防护的关键组件。它通过尖端放电原理，吸引雷电并将电流安全地引入大地。避雷针的设计应当遵循国际和国家的电气规范，确保其高度足够吸引雷电，同时与建筑物的其他导电部分保持适当的距离，防止电流分散。避雷针的位置通常在建筑物的最高点或易受雷击的区域，以提供全面的保护。

接地系统是外部防护的另一重要环节。一个良好的接地系统可以为雷电提供低阻抗的通路，防止电荷在建筑物内部积累，造成过电压。接地体通常由铜、锌或铝合金制成，埋入地下，接地电阻应尽可能低，以确保电流快速导出。同时，为了均匀分散电流，接地线的布置应遵循网格或放射状原则，避免局部过热。

浪涌保护器，作为外部防护的最后一环，主要用于保护电气系统免受雷电冲击引发的过电压影响。它们通常位于电源线路的入口处，能够快速响应电压波动，将过电压限制在设备能够承受的范围内。现代的SPD通常结合了各种保护元件，如MOV、GDT和TVS，以提供更全面的保护。浪涌保护器的选型需考虑建筑物的电气负荷、雷电活动频率和设备的敏感性，确保在雷电事件中能够有效工作。

值得注意的是，外部防护措施的优化设计还需结合建筑物的特性，如结构、材料和周围环境。例如，对于金属外壳的建筑物，由于其良好的导电性，可能需要更精细的接地设计；而对于地处高雷电活动地区的建筑，可能需要增设避雷针或提高浪涌保护器的保护等级。

2.2内部防护措施

在建筑电气系统雷电防护中，内部防护措施同样至关重要，它们与外部防护一道构成了一道严密的保护网。内部防护主要针对感应雷和球形雷等间接雷击，以及外部防护可能未能完全阻止的雷电能量。

内部防护中的关键设备是浪涌保护器，它们在电源进入建筑物内部后再次设置防护关卡，进一步削弱雷电产生的过电压。内部浪涌保护器通常分为多级，配置在不同的电压等级和电路中，以提供多层次的防护。它们通常安装在重要设备或敏感设备的电源入口，以及内部配电线路上，确保过电压不会扩散到整个系统。为了提高防护效果，内部浪涌保护器的选型需考虑设备的耐受能力、浪涌电流的大小以及频率，确保能在雷电事件中快速响应和保护设备。

电路和设备的屏蔽技术是内部防护的重要组成部分。通过在导线和设备外壳上添加屏蔽层，可以减少电磁感应，降低感应雷对内部电路的影响。屏蔽材料如铜或铝，能有效反射和吸收电磁场，减少电压波动。在智能建筑中，高频电子设备的屏蔽设计尤为关键，因为它们对电磁干扰更为敏感。因此，电路板的布局、走线方式以及屏蔽材料的选择，都需遵循严格的标准，以降低雷电事件导致的设备故障风险。

内部的接地系统也需与外部系统无缝连接，形成一个连续的防护网络。内部接地系统负责在设备之间提供低阻抗的通路，确保电流在雷电事件中能迅速导出，防止局部过电压。这通常通过等电位连接网络实现，将建筑物内的金属部件、设备外壳以及电缆屏蔽层等连接在一起，形成一个整体的接地系统。同时，内部接地的布局需考虑设备的分布和电磁环境，以减少潜在的电磁干扰。

在进行内部防护设计时，还应考虑建筑物的结构和功能。例如，大型数据中心或医疗设施，由于其内部设备的敏感性和重要性，可能需要采用更高级别的内部防护措施，如冗余的浪涌保护器系统、多重屏蔽以及高效率的等电位连接。同时，对于有特殊防护需求的区域，如消防系统、通信设备或精密仪器，应制定专门的防护方案，确保在雷电事件中的稳定运行。

智能监控和早期预警系统在内部防护中同样发挥着作用。通过对内部电气系统的实时监控，可以在过电压事件发生时立即响应，触发保护设备的开关，减少设备损坏。此外，室内闪电检测系统，如基于微波或红外技术的设备，能够探测到室内的雷电活动，为内部防护提供预警，进一步提升防护效率。

结语

建筑电气系统雷电防护是一个持续发展的领域，它在保障建筑安全、促进社会经济活动的稳定运行方面具有不可替代的重要性。本文的研究成果不仅为现有的雷电防护提供了理论支持和实践指导，也为未来的研究指明了方向，以应对日益复杂的雷电环境和不断提升的建筑安全需求。

参考文献

[1] 刘斌.建筑电气系统雷电防护技术的应用探索[J].《大众标准化》,2024年第14期155-157,共3页

[2] 梅晓.探究智能建筑工程中现代雷电防护技术的应用[J].《中国设备工程》,2024年第3期26-28,共3页

[3] 吴浩.新能源技术在建筑工程电气系统中的应用探索[J].《安家》,2023年第10期0175-0177,共3页