1 综合布线组成结构
综合布线系统是智能大厦的中枢神经系统, 它是建筑物内部的信息传输网络。其采用标准的信息配线系统, 综合了所有语音、数据、图象与监控设备, 并将各类设备终端插头插入标准的终端盒内。由于综合布线系统在建筑物内纵横交错, 它可以使交换系统与其他信息系统彼此相连, 使这些系统成为外部通信网络的一个接入网点。但综合布线系统连接的数据、网络计算机设备对雷电非常敏感, 雷电可以对这些设备造成毁灭性的破坏。综合布线一般采用金属桥架、金属线槽和金属管套进行敷设[1]。
综合布线系统由六个子系统组成, 采用星型结构。这六个子系统是:工作区子系统、水平子系统、管理区子系统、垂直干线子系统、设备间子系统、建筑群接入子系统。
工作区布线子系统由终端设备连接到信息插座的连线 (或软线) 组成, 包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线, 并在终端设备与I/O之间搭桥;水平布线子系统是从用户工作区连接到垂直主干线子系统的线便, 它与主干线子系统的区别在于布线子系统总是在一个楼层上, 并与信息插座连接, 水平子系统由4对UTP (非屏蔽双绞线) 组成, 能支持大多数现代通信设备;干线子系统又称垂直主干线子系统, 它提供建筑物干线电缆的路由;管理子系统由交连、互连以及I/O组成;设备间子系统由设备间中的电缆、连接器和有关的支撑硬件组成, 它把公共系统设备的不同设备互连起来, 该子系统还包括设备间和邻近单元如建筑物的入口区中的导线;建筑群子系统将一个建筑物中电缆延伸到建筑群的另外一些建筑物中的通信设备和装置上, 其中包括导线电缆、光缆以及防止电缆上的脉冲电压进入建筑物的电气保护装置。
2 智能大厦综合布线系统遭受雷击的分析
2.1 雷电过压和反击电压入侵智能大厦计算机系统
目前在智能大厦防雷系统设计上, 是执行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057—94, 设计由避雷网 (带) , 避雷针或混合组成的接闪器, 立柱基础的钢筋网与钢屋架, 屋面板筋等构成一个整体, 避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体, 将强大的雷电流流入大地。计算机系统安置在建筑物内, 受建筑物防雷系统保护, 直击雷击中计算机网络系统的可能性非常小, 计算机设备抗直击雷能力很低, 保护设备非常昂贵, 通常不必安装防直击雷的设备, 而计算机网络必须防感应雷[3]。
感应雷可由静电感应产生, 也可由电磁感应产生, 形成感应雷电压的几率很高, 对建筑物内低压电子设备威胁巨大, 计算机网络系统及电话程控交换机的防雷重点是防止感应雷入侵。入侵计算机系统的雷电过电压过电流主要从交流供电系统耦合进入建筑物、通过计算机通信网络进入弱点系统、通过接地体地电位反击进入建筑物 (如图1) 。
此外, 现代计算机网络对雷电极为敏感, 即使几公里外的高空雷闪或对地雷闪都有可能导致这些设备的计算机CPU控制中心误动作或损坏。根据国外资料介绍0.07GS的磁感应强度可造成计算机误动作, 1.96GS的磁感应强度可造成计算机假性损坏, 2.4GS的磁感应强度可造成计算机永久性损坏。
各个子系统的配电单元及计算机网络与外界联系的信号数据线、建筑物内部较长的网络数据线, 卫星小站的高频头、天馈线应是雷击的核心。对于雷电磁场的影响, 主要是雷击大楼时雷电流在建筑物的分布直接影响到网络系统设备, 特别是对雷击敏感的计算机控制单元及数字终端设备在智能大厦的布局。合理的布局可将雷害的损失降低到最低限度。大楼采用联合接地, 均压等电位等可有效解决地电位升高的影响, 而在大楼子系统、配电系统、UPS、弱电系统的接口处安装浪涌保护装置。
3 综合布线防雷
3.1 屏蔽布线系统
屏蔽布线系统是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层, 利用金属屏蔽层的反射、吸收和集肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能的。屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用, 因此具有非常好的电磁兼容特性[2～3]。
3.2 减少电磁感应的屏蔽措施
减少电磁感应的屏蔽措施包括以下几点。
(1) 电子信息系统的导电金属物、电缆屏蔽层及金属线槽 (架) 等进入框架或钢筋混凝土的建筑物时就应做等电位连接。对信息系统所处的防雷区宜进行磁场强度的衰减的计算, 然后根据计算结果采用相应的屏蔽措施。
(2) 信息系统的机房应避免设在建筑物的高层, 宜选择在大楼的低层中心部位。信息设备尽量远离建筑物的外墙结构柱子, 设置在雷电防护的最高级别 (LPZ2或LPZ3) 区域内。应根据防雷分区和信息设备的要求采取相应的屏蔽措施, 使雷击产生的电磁场向内层层衰减。
3.3 户内外线路屏蔽
在需要保护的空间里 (如户外) 应采用屏蔽电缆, 其屏蔽层的两端要进行等电位连接, 在屏蔽层路由雷电防护区交接处也要作等电位连接。当使用含金属部件的光缆时, 在入户处应将所有金属插头、金属挡潮层以及金属加强芯等金属构件进行等电位连接。建筑物之间的互连电缆应敷设在金属管道内, 金属管道的两端应电气连通并连到各建筑物的等电位连接带上。管道内的电缆屏蔽层应进行等电位连接。当互相邻近的建筑物之间有电力和通信电缆连通时, 应将其接地装置互相连接。当有些线路存在的公共部分为架空线路时, 入户前应埋地敷设, 在架空线路转埋地的转接处需加装SPD接地。
进行户内线路屏蔽时应注意以下几点。
(1) 凡进入建筑物的线路及全程在户内敷设的埋墙线路均套金属屏蔽层安装。
(2) 屏蔽层的搭接处, 均需进行电气跨接。如果线管厚度小, 可在连接处开一小孔, 穿螺栓夹接铜线。不同专业的线路屏蔽层, 往往彼此交错敷设。在不同专业的管路交错位置应对金属管作电气跨接。
接地干线是由总接地母线引出、连接所有接地母线的接地导线。接地干线应安装在不受物理和机械损伤的保护处, 建筑物内的水管及金属电缆屏蔽层不能作为接地干线使用。当建筑物中使用多个垂直接地干线时, 垂直接地干线之间每隔三层及顶层需用与接地干线等截面面积的绝缘导线相焊接。接地干线应为绝缘铜芯导线, 所有接地线均为铜质绝缘导线, 其横截面面积应不小于4mm2, 横截面面积应不小于16mm2。
主接地母线作为综合布线系统中接地干线及设备接地线的转折点, 其理想位置宜设在外线引入间或建筑配线间内。接地引入线、接地干线、直流配电屏接地线、外线引入间的所有接地线、电缆屏蔽层、金属管和与主接地母线处于同一配线间内的所有综合布线用的金属架均应与主接地母线进行良好焊接。主接地母线采用铜母线, 其最小尺寸为6mm×100mm, 其长度视工程实际需要而定。
接地引入线指接地母线与接地体之间的接地连接线, 宜采用40mm×4mm或50mm×5mm的镀锌扁钢。接地引入线应作绝缘防腐处理, 在其出土部位应有放机械损伤措施, 且不宜与暖气管道同沟布放。
单独设置接地体时通常采用人工接地体, 人工垂直接地体采用热镀锌角钢、钢管或圆钢, 埋于土壤中的水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm, 扁钢截面不应小于100mm2, 其厚度不应小于4mm, 角钢厚度不应小于5mm, 钢管的壁厚不应小于3.5mm;接地电阻不应大于4Ω;与工频低压交流供电系统接地体之间的距离不应小于10m, 与建筑物防雷系统接地体之间的距离不应小于2m。采用联合接地体时多利用建筑物基础内的钢筋网作为自然接地体, 接地电阻不应大于1Ω在实际应用中通常采用联合接地体。若存在两个接地体, 其接地电位差不应大于1V (有效值) 。
在雷电击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下, 在LPZ1区内距屏蔽层有一安全距离ds/1=W·SF/10, SF—屏蔽系数, W—格栅形屏蔽的网格宽度;在雷电直接击在位于LPZOA区的格栅形大空间屏蔽上的情况下, 有一安全距离ds/2=W (m) 。信息设备距离屏蔽格栅不小于ds/i (I=1, 2) 。而合理布线则要注意表1所示的综合布线电缆与电力缆及与干扰源的距离。
4 结语
虽然智能大厦综合布线系统雷电过电压保护是防雷要素中极为重要的因素之一, 但由于如何减少雷害是一个整体的、全面的防雷问题, 因此只有将防雷问题从各个方面加以解决, 按照联合接地均压等电位的理论、避雷针的保护半径、浪涌电流就近疏导分流、线缆的屏蔽接地和通信电源及信号线的雷电过电压多级保护的原则正确选择雷电过电压保护器件和防雷方案, 进行整体的、综合的雷电防护, 才能有效减少雷害。
摘要：随着信息处理系统的电子化、设备的高度集成化的提高和数字技术的发展, 智能大厦综合布线纵横交错, 智能化大楼的网络系统对浪涌较为敏感, 电路的雷电承受能力进一步下降, 因而综合布线系统应具有更好的防雷性能。本文分析了雷电入侵智能大厦的方式、途径, 着重讨论了在智能大厦的综合布线系统方面如何采取防止雷害的方法和措施。
关键词：智能大厦,防雷,综合布线系统,子系统
参考文献
[1] 徐超汉.智能化大厦综合布线系统设计与工程[M].西安:电子工业出版社, 1996:2～3.
[2] 薛颂石.智能建筑与综合布线系统[M].北京:人民邮电出版社, 2002:12～16.
[3] 吴东成.智能建筑综合布线系统设计与实践[M].北京:清华大学出版社, 2003:128.