智能化建筑电气设计中的电气保护与接地.docx

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1、智能化建筑电气设计中的电气保护与接地摘要伴随着计算科技的发展，智能建筑行业也正在持续发展。在智能建筑的建设过程中，需要构建一套高度自动化的控制系统，其中，集成管理系统作为自动控制系统的核心，目前仍然存在许多亟待解决的问题。在智能建筑中，由于不同的制造商可能会提供不同的子系统，这就导致了通信标准和设计结构可能存在差异，使得集成控制设计变得困难。另一方面，智能建筑中使用了大量的电子设备，这些设备的耐压等级相对较低，受到过电压的影响十分明显，因此，防电磁干扰要求相对较高。同时，由于智能建筑中计算机系统和微电子器件的数量较多，传统建筑的电气防护设计已经无法满足这些设备的需求。当雷电或操作过电压产生时，

2、会在附近的导线上感应出很大的过电压，进而损坏与之相连的弱电设备。本文针对智能建筑中存在的相关问题进行了综合电气防护规划，并提出了智能建筑防雷的重点研究问题。重点研究了包括屏蔽、等电位连接、合理布线、接地系统以及浪涌保护器等在内的综合电气防护措施。通过综合运用这些防雷措施，可以有效地减少和防止雷击对智能建筑内部设备的破坏和干扰，从而确保智能化系统的稳定运行。关键词：智能建筑；电气防护；接地保护第一章绪论为创造出舒适、便利且环保的健康生活和工作空间，人们已经开始了关于智能化建筑的研究。这种新型建筑包含了各种高级科技，能够对建筑的基本元素如结构、系统、管理及服务等方面进行有效的整合与提升。然而，传统

3、的安全防护系统无法有效抵御诸如雷击产生的电流感应、电磁冲击波、线路波动以及静电等外部因素对于微型电子器件和通讯设施造成的损害。因此，本篇论文将会根据这一情况，并结合广州市棋院的具体案例来给出适当的电力安全保障方案。1.1 智能化建筑的定义“智慧型住宅”这个概念始于20世纪80年代美国的创新实践。1984年，世界上第一个具备现代化办公室自动化设施、通讯工具和自控系统的“都市广场”在康涅狄格州哈特福德市落成。该项目的建设由美国联合技术建筑有限公司负责实施。相较传统建筑,这座名为“都市广场”的新颖建筑拥有独特的规划布局，被视为“智慧型住宅”这一新理念的象征。智能建筑的主要特性是通过自动化控制系统、电

4、脑科技、整合技术及资讯科技来达成其各项不同的任务。自本世纪初期以来，由于计算机科学、通讯科技等领域的飞速进步，智能建筑的技术也在持续地提升。如今，智能建筑不仅具备简单的基本能力，更逐步演变为了一种能够提供安稳舒适、高效率便利、环保节约型高级智能化住宅，以满足公众对于生活空间、设备管理的日渐增长的需求。例如，美国的早期智能建筑如纽约世贸中心大楼；英国的布鲁克林区政府大楼；法国的巴黎拉德方斯商业区；德国的汉堡市政厅；日本的大阪国际会展中心等等。这些较早期的具有特定功能的智能建筑奠定了未来智能建筑发展的基石。随后在20世纪80年代末90年代初，英国、日本、法国、德国以及新加坡等地陆续建设了一系列独具

5、风格的智能建筑，使得智能建筑得以全面推广与普及。尽管中国智能建筑的发展相对滞后，始于20世纪90年代，但是它的成长速度非常快，目前已经建立了大量的智能建筑，并且带动了相关的科技创新。智能建筑是由多种高新科学技术综合而产生的。古老结构更倾向于强调其独特的审美观及外貌设计，因此可以视为一种视觉上的创作物件；然而现在，人们的焦点已从对这些构造物的观赏转移到它们实际的功能上来了一一不仅作为住宅或办公室的空间使用者或者仅供鉴赏的美学对象，而且能为人类提供更为高效的工作和生活方式的支持。通过智能化的方式来实现自动管理的现代化建设能让居民享受到更高品质的人文关怀、安逸度日的同时也能达到环保的要求并节约能源消

6、耗。1.2 智能建筑的电气保护研究现状伴随着中国智能化建筑的发展迅猛，一系列相关的问题逐渐显现出来，尤其是由雷击导致的信息化设施受损的情况频繁发生，这引起了众多学者的关注并展开了一系列关于信息化建筑电力保护的研究。由于信息化的电子器材易受雷电波产生的电磁感应影响从而引发错误操作或者破坏，因此必须采取适当的雷电防御策略。根据防范区域可以把这种预防手段划分为外围防护与内层防护两种方式。外围防护主要是针对包含电子设备的智能化建筑主体的安全保障，常用的方法包括：利用避雷针、避雷带，引入分流系统,实施均衡压力及接地处理等，这些都是较为传统的方法，广泛应用于一般的建筑结构上,并且效果较好；然而，对于智能化

7、建筑来说，最重要的还是内在的防护，即防止因雷电感应导致的超高压或内部高压对电子设备造成损害，常用的方式包括：设立隔绝保护、屏蔽、实现等电位连接、合理的线路布置以及配置过电压保护设备等等。具体的实施方法如下：1.电子设备的外部防护（主要是传统雷电防护）（1）在建筑物上设置避雷器或防雷带以引发雷电，并利用其泄流系统将雷电流导入地面。（2）金属构件和钢筋等在建筑物中相互连接，形成了不规则的法拉第笼，从而实现了部分阻隔效果。（3）当雷电流被引入地面时，我们应该实施分流策略，以防止电流过大导致设备受到过电压的危害。（4）使用平衡电压的方法来保持建筑物内各个部位的电压均匀，以防止设备因电压差异而受损。（5

8、）确保建筑物的接地系统良好，以防止在雷击时由于地电位升高导致设备损坏。2.电子设备的内部防护（雷电感应与内部过电压）依据电磁兼容理论，当雷电流通过释放路径及建筑物的防雷体系时，它会在空中引发雷电电磁冲击波与干扰，这些可能会导致建筑物及其内置电子器件遭受各种形式的影响。因此，可以按照潜在损害的风险等级来划定建筑物的防雷防护范围，其中风险最高的位于最外面一层，需要使用外部防雷系统予以保障；而随着深入到里面，虽然危险度有所下降，但因为重要资产通常存放在室内，这会带来更高的经济损失。主要是基于防雷系统和建筑构造来确定保护区段，并针对每个区段实施相应的防雷策略以满足需求。此外，为确保各个保护区的安全，会

9、执行多层次的多级别防御机制，以此减少可能出现的超电压现象，从而保护电力设备。关于多级电气保护的几个关键原则包括：明确需要保护的关键点；对各类设备进行分层保护；理解各式各样的电气设备及其功能连接模式与抗高压能力；通过对高电压的研究来评估其风险程度并制定相应的预防策略，例如安装防雷器等等。对于所有类型的设备，无论是硬件还是软件，都应实施适当的安全保障措施，这些措施涵盖了从设备主体到数据线路、电源线的各个方面。具体来说，我们应该采用以下几种方法：（1）对于电气设备的安全保障，需要考虑的是如何防止雷击通过电力系统进入设备内部。根据国家的规定，针对380伏特低压电路应采取以下措施来避免过电压的影响：首先

10、是在从主变压器到次级低压设备的主配电板之间的电缆中添加防雷设施；其次是在次级低压设备的主配电板与次级低压设备的分配柜之间及电缆的中段加入防雷设施；最后是对所有的关键设备和UPS前部实施第三层防雷设施。这些方法通常使用分流技术，即借助具有强大吸能功能的防雷器件把雷电过电压的能量分散开，使之导入地面，以此实现对弱电仪器的保护目的。（2）设备信号的部分防护：设备的微弱电信号容易受到干扰，可能引发设备运行问题。这种保护可以被划分为两个级别。首先是根据所属的保护区的等级来实施相应的防护措施，其次是依据相关设备信号的敏感性来制定对应的防护策略。（3）对于确保设备和人身安全的考虑，所有的防雷系统都必须具备优

11、秀的接地体系以有效引导雷击电流进入地面。然而，若接地系统的质量欠佳，例如存在高额的接地电阻或者误操作导致内部分流，这可能会引发设备故障并损害组件，甚至危及员工的安全，从而酿成严重的事故。此外，很多电气防御手段也依赖于优质的接地体系。在智能化建筑里，通常使用带有屏蔽层的信号线来连接各种设备，但这类线路有可能遭受强烈雷电空间电磁脉冲的影响，进而通过导体、感应与耦合等方式触发瞬时高压，给设备带来威胁“这时，有效的接地策略就能起到显著的抑制作用。第二章智能建筑的电气保护系统2.1 项目电气保护设计依据与要求1）建筑物防雷设计规范（GB50057-94）；2）气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范（QX320

12、00）；3）电子设备雷击保护导则（GB7450-87）；4）计算机信息系统防雷保安器（GA173-1998）；5）过电压保护器（VDEo675）；6）建筑物、构筑物防雷设施安装。依照棋院建设项目的计划，其防雷接地的简单需求如下：1.防雷要求对于从外部进入的信息线路来说，其连接到设备之前需要实施抗干扰措施；跨过防护区域的数据传输与电力供应应该也采取相应的保护手段；具体的安全防范标准应当遵循建筑物防雷设计规范（GB50057）和建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB50343）,同时也要满足各个专业的相关规则的要求。对于电源保护系统来说，存在一、二和三层防护策略。已经在建筑物的主供电设备上设置了一级

13、避雷装置，因此无需再做重复处理。然而，在数据中心的电力主配电箱入口处需要配置二级避雷器，同时，从UPS配电柜输出的线路也必须装有三级避雷器。为了确保安全，建议使用独立模组来设计防雷器，并且要具备故障状态下的警示功能，这样一来，如果某一部分因遭受雷击损坏导致无法正常工作，只需替换相应的部分即可，而不必整体更换整套避雷器。2.接地要求该项目选择联合接地方式，其电阻值应不超过1欧姆；如果使用独立的接地体，那么电阻值也需要控制在4欧姆以下。在UPS配电室的心脏位置，设置了接地端子箱，它承载了各种接地的使命。其内，分别为系统交流工作地、安全保护地、防雷保护地铺设了独立的接地系统,每一条接地母线由多股铜芯

14、组成，直接引向机房附近的联合接地装置。这一系列装置的接地电阻被严格控制在1欧姆以下，确保了安全与稳定。计算机系统的直流接地则采用了一种独立的、无尘的接地方式。在弱电机房中，按照设备规划放置区的布局，在地板下单独制作了计算机系统接地网。这个接地网同样由3X25紫铜排构成，其强度和导电性能都得到了保证。之后，使用多股铜芯接地母线将其引至大楼的直流保护接地装置上，确保了计算机系统直流接地的电阻也小于1欧姆。此外，活动地板的钢质支架也是我们关注的重点。这些支架被要求妥善联接，每一行支架都通过铜缆与接地汇集线连接，从而确保了整个接地网络的稳定与连续。最后，为了防止雷电对大楼和其中的设备造成损害，要求在防

15、雷保护接地与大楼之间采用等电位连接，这种连接方式可以有效地将雷电的冲击电流引入地下，从而保护大楼和设备的安全。2.2电气保护设计总体规划依照规定，电气保护的整体设计流程如下：（1）确定建筑物的防雷等级，是基于该建筑所在地区预计遭受雷击的次数来决定的。（2）依据建筑内部的电子设备和信息系统的分布情况来确定该建筑物电子设备的防护级别。（3）依据建筑物内部的设备类型进行分区，如图2.1所示，这是建筑物雷电防护区。（4）依据各种防护区域，实施相应的外部和内部电气保护策略。随着建筑智能化水平的提高，除了建筑物的基础功能，还具有许多新的应用。在智能化住宅环境下，必须通过各种信息传递及处理方式，以确保整体设

16、施的管理运行。这种智能化住宅管理体系是依赖于电脑网络构建起来的，因此它也需要利用网络技术去实施监控和管理。随着智能化住宅内通信器件、电脑设备及其他微型电子产品的日益增加，如果因为遭受雷击导致损害的话，其经济损失将会相当严重。近些年来，雷电引发的事故数量持续上升，且损失也在逐渐扩大。位于雷区之中的房屋里的电力供应、通信、电脑等相关设备经常莫名地出现故障，有时还会导致这些设备受到不可逆的损伤；或者是由电脑操控的相关设备产生错误动作等等问题，这种情况很可能是因为受到了雷电活动的干扰所致。传统的防雷装置能够为建筑物和人提供保障，但是对于微型电子产品来说，它们更为脆弱，很容易被雷击产生的静电感应高电压或是操作高电压给摧毁。随着大量的微电子集成设备被广泛运用到智能建筑中，雷击的目标已不仅局限于建筑实体自身，也包含了内部的电脑、通讯设备及自动化控制体系等弱电设施。因对敏感度的需求