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◆直擊雷 ◆感應雷 ◆電湧及高電壓引入 ◆接地及地網 |
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| 智慧化大廈綜合佈線系統防雷與接地技術 | |||
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摘要：隨著資訊處理系統的電子化、設備的高度集成化的提高和數位技術的發展，智慧大廈綜合佈線縱橫交錯智慧化大樓的網路系統對浪湧較為敏感，電路的雷電承受能力進一步下降，特別是綜合佈線連接的網路交換機、伺服器、電腦、監控系統、終端設備容易遭受雷電的侵害，因而這些網路系統的各類介面應具有更好的防雷性能。文章著重論述智慧化大夏綜合佈線系統的防雷與接地。
綜合佈線系統(PDS)是利用雙絞線或光纜集成的通用傳輸系統，它是智慧化建築物連接“3A”系統的媒介，採用標準的資訊配線系統，綜合了所有語音、資料、圖像與監控設備，並將各類設備終端插頭插入標準的終端盒內。由於PDS系統在建築物內縱橫交錯，它可以使交換系統與其他資訊系統彼此相連，使這些系統成為外部通信網路的一個接入網點。但PDS連接的資料、網路電腦設備對雷電非常敏感，雷電可以對這些設備造成毀滅性的破壞。 智慧大廈受到雷擊時，大樓內衝擊電位分佈和空間暫態電磁場將關係到建築物內人身和設備的安全。由於受衝擊時地電位升高，將影響到裝在大樓內而與樓外有電氣聯繫的網路系統。為此，雷電對智慧大廈的設備危害來自三個方面，首先，浪湧電流沿著纜線進入網路系統；其次，由於地電位對網路系統產生影響，設備的衝擊阻抗的反擊地電位通常可達數十至數千伏；另外，現代的電腦網路對雷電極為敏感，即使幾公里以外的高空雷閃或對地雷閃都有可能導致這些設備的薄弱環節──電腦CPU控制中心誤動或損壞。根據國外資料介紹0.03高斯的磁場強度可造成電腦誤動，2.4高斯即可將元件擊穿。 對於雷電磁場的影響，主要是雷擊大樓時雷電流在建築物的分佈直接影響到網路系統設備，特別是對雷擊敏感的電腦控制單元及數位終端設備在智慧大廈的佈局。合理的在機房安裝設備佈局可有效減少雷害；大樓採用聯合接地可有效解決地電位的影響；在大樓內電源、電腦、控制終端、監控系統、終端設備的介面處安裝浪湧保護裝置，並對大樓的出入纜線採取遮罩、接地等措施，可有效減少雷電對信號及網路系統的侵害。 1 智慧大廈PDS系統遭受雷擊的因素 PDS系統作為整個大樓的核心要害資訊中樞，自然要預先消除任何事故誘發的因素。直擊雷及雷擊時雷電電磁場分佈、接地系統。各個子系統的配電單元及電腦網路與外界聯繫的信號資料線、建築物內部較長的網路資料線，衛星小站的高頻頭、天饋線應該是雷擊的核心。對於雷電電磁場的影響，主要是雷擊大樓時雷電流在建築物的分佈直接影響到網路系統設備，特別是對雷擊敏感的電腦控制單元及數位終端設備在智慧大廈的佈局，合理的佈局可將雷害的損失降低到最低限度。大樓採用聯合接地，均壓等電位可有效解決地電位升高的影響，而在大樓內設備間、建築群子系統、管理子系統、垂直和水準子系統、配電系統、UPS、交換機、伺服器、Hub、監控系統、終端設備的介面處安裝浪湧保護裝置，並對大樓的出入纜線採取遮罩、接地等措施，可有效減少雷電對信號及網路系統的侵害。衛星通信及無線通信天饋線遮罩與接地，根據饋線的長度輔以同軸雷電過電壓保護器可充分抑制雷電流通過饋線系統進入衛星收發信機的量級。 2 PDS系統的雷電過電壓保護 2.1 PDS配電系統的雷電過電壓保護 配電系統雷電過電壓保護並非簡單應用雷電過電壓保護器件，而是運用電磁相容原理，根據雷電保護區的劃分，對一個需要保護的系統進行綜合、多級雷電過電壓保護。傳統的雷電浪湧保護方法，在選擇浪湧SPD件時，僅考慮被保護的通信設備本身，沒有根據電磁相容(EMC)原理，把局部或單一的防護措施歸結到系統防雷，即整體防護的概念。由於缺乏系統整體觀念，容易導致在電源系統網路，甚至在雷電防護的薄弱環節不同點安裝過電壓保護器時，各類防護器件相互之間不能控制和相互協調。由於防護器件在設計時，其防護性能僅僅考慮被保護設備本身的需求，而對於系統的防護，各級防護器件是相輔相成，互相影響的，若用於局部防護的過電壓器件不能有效發揮其防護性能，就會影響整體防護。另外，還有一個重要的立論基礎：“雷電過電壓保護設計必須是建立在聯合接地基礎上”。 2.1.1 PDS系統設備間雷電過電壓保護 在智慧大廈配電變壓器低壓側應安裝標稱放電電流不小於100kA的過壓型SPD(包括主樓與各建築群低壓電纜引入子系統間的配電箱前)。低壓電力電纜引入設備間機房人口處(在交流穩壓器或交流配電屏前)，相線及零線應分別對地加裝過壓型SPD，其標稱放電電流應大於20kA(相應的最大通流量為50kA)。並且，在SPD回路中串接保險絲，其主要目的是防止SPD因各類因素損壞或由於暫態過電壓使SPD燃燒(國內外各類系統曾發生過多次此類事故，國內外防雷公司的SPD產品在工程上都要求採用串接保險絲，IEC60364-5-534《過電壓保護裝置》對此有專門論述)，影響供電線路的正常工作(由於以往的規範忽視了在SPD並聯回路中串接保險絲，從而給正常供電帶來了隱患)。保險絲標稱電流的量級一般為上一級保險絲的1-1.6倍。 根據對雷電活動區的劃分以及智慧大廈的分類、所處的地理環境、建築物的形式、供電方式的情況，在設計中對電源SPD提出了不同要求。 2.1.2 PDS系統二級交接間、各管理子系統設備間的雷電過電壓保護 在智慧大廈配電低壓電力電纜引入二級交接間或各管理子系統設備間機房人口處，相線及零線應分別對地加裝過壓型SPD，其標稱放電電流應大於20kA (相應的最大通流量為50kA)； 2.1.3 各設備間機房內的雷電過電壓保護 交換機、Hub、路由器、網路服務器、遠端感測器控制系統、測試儀錶的拖板式電源插座排內應安裝標稱放電電流為10kA的電源SPD。另外，各類設備應避免直接使用建築物外牆體的電源插座，直流供電系統也應加裝SPD進行保護。 2.1.4 兩級SPD的隔距 按照國內外有關文獻及標準，根據兩級SPD的類型，SPD對雷電反應時間的長短，連接線纜的材料粗細都有要求。當兩級都為MOV時，連接線纜隔距一般要求為3-5m；當兩級SPD為不同器件時，連接線纜隔距一般要求為10m或連接線纜電感量為7-15H。因此，為了有可操作性，當上一級為雷擊電流型SPD，次級採用過壓型SPD時，兩者之間的配電纜線隔距應大於10m。當上一級SPD與次級SPD都採用過壓型SPD時，兩者之間配電纜線的隔距應大於5m。 2.2 PDS電腦網路系統的雷電過電壓保護 2.2.1 信號系統的雷電過電壓保護 根據ITU-TK11規定筆者建議應堅持《過電壓和過電流防護的原則》電磁相容的基本原理，配線架與程式控制交換機用戶板過電壓和過電流防護的關係應是相輔相成的。作為出入通信局站的市話電纜，是雷電過電壓和用戶線與電力線碰線引人的過電流的主要誘因。由於配線架與程式控制交換機用戶板都具備抗擊雷電過電壓和過電流的能力，作為第一級配線架的保安單元與第二級程式控制交換機用戶板的保護電路之間有一個協調的關係，第一級用於一次保護的元件與第二級用於二次保護的元件作用是不同的。雷電過電壓和工頻過電流防護的原則：第一級的保護元件要承受雷電過電壓和工頻過電流的主要能量，而第二級保護元件則承受經過第一級保護後剩餘的能量，第一級是粗保護，而第二級則是精細保護。第一級元件需承受較大的能量，因為元件選擇問題，所以元件參數動作反應時間可能較慢；而第二級是精細保護，承受的能量較小，故元件參數動作反應時間可以較快。 通信行業標準目前還沒有提出在智慧大廈使用總配線架保安器的應用要求，在YD／T694-1998《總配線架》技術要求中也未作規定，因此，本文根據雷電活動區的劃分，提出了各類保安單元的應用條件，並且對總配線架必須就近接地的原則和纜線的雷電過電壓保護提出了要求，從智慧大廈防雷的角度出發，應考慮以下措施： (1)進樓電纜應從地下入局； (2)進樓電纜的金屬外護套應在智慧大廈進線室內就近接地或與地網連接後再人局； (3)進樓電纜的信號線均應對地加裝信號SPD後，再接入網路系統，電纜內的空線對應作保護接地； (4)地處少雷區、中雷區的智慧大廈的市話配線箱，可採用由氣體放電管或半導體放電管(SAD)與正溫度係數熱敏電阻(PTC)組成的保安單元； (5)地處多雷區和強雷區的市話配線箱，必須採用由半導體放電管(SAD)與高分子PTC組成的保安單元； (6)總配線架必須就近接地是關係到配線架的保安單元能否對交換機用戶板起到有效保護的關鍵問題。在機房總體規劃時，總配線架宜安裝在建築物的低層，接地引入線應從地網兩個方向就近分別引入(從地網在建築物預留的接地端子接地或從接地彙集線上引人)； (7)市話電纜空線對，應在配線架上接地。 2.2.2 建築物內部電腦網路系統的雷電過電壓保護 長期以來，建築物防感應雷都是以防止雷電湧沿外線路感應為主，隨著網路系統的電子化、高度集成化、微型電腦控制、智慧化，特別是數位通信技術的發展，通信系統對雷電的承受能力下降，特別是智慧大廈內電腦、控制終端、監控系統、終端設備更容易遭受雷電的侵害。由於在智慧大廈內集中了交換機、傳輸設備、監控及網路設備、控制終端、電源、無線設備等系統，各系統之間的內部連接線路縱橫交錯、非常複雜，連接線路可達100∼200m，這些連接線路因雷電電磁場的感應，將雷電浪湧傳到系統之間的介面電路中去，對浪湧較為敏感的介面電路產生影響和衝擊。另外，由於線纜物理結構上的差異，對雷電電磁場感應影響的大小也有所不同，因而就要求這些通信系統的介面應具有更好的防雷性能。 IEC-61644對連接通信、信號網路介面的浪湧保護裝置提出了基本的要求和測試方法，ITU-TK系列檔對於各種通信系統的雷電保護和測試也提出了指導性方法，最近，ITU推出的K41建議——《電信中心內部通信介面抗雷電過電壓能力》中，主要涉及的是不出局且長度在100m左右的網路資料線。該建議的推出表明，國際上已經將電信中心內部通信介面抗雷電過電壓的要求提到很重要的位置上。這些檔表明：“建築物內部的電腦雷電防護方法和SPD的應用已趨成熟，並走向規範化”。 另外，通過郵電部設計院對深圳、江門、茂名、東莞、韶關、南昌、湖南、河北、南寧等十幾個省市的通信大樓雷害事故的統計表明：樓內網路周邊設備、電腦控制終端、交換機的CPU控制模組、交換機及移動通信的控制終端、微機介面電路、設備測試台、交換機計費系統微機、營業廳內的收費微機、營業用多路計費器、測量室自動測量系統、監控系統等雷擊損壞的事故時有發生。另外，移動通信、微波站內的網管監控及幹線監控、遙信介面、資料獲取板等設備也時遭雷擊。這表明，電腦、控制終端及網路設備的介面是防雷電浪湧侵入的薄弱環節。國外的研究表明：“現代數位化網路系統的控制電腦，對雷電極為敏感。即使幾公里以外的高空雷閃或對地雷閃出也有可能導致這些網路系統的薄弱環節電腦CPU控制中心誤動或損壞。根據國外資料統計，0．03高斯的磁場強度可造成電腦誤動，2.4高斯即可使元件擊穿”。 從另一個方面講，國外廠商早在20世紀90年代初期(國內在1995年前後)就已經推出了大量的電腦、控制終端及網路設備用的SPD，並已有很大規模。其中，用於電腦、控制終端及網路設備的SPD已經系列化，並且其品質和性能完全能滿足通信系統的要求。另外，由於半導體放電管的出現，其元件的特殊性及優良品質使得用半導體放電管元件組合的SPD可以免去每年的例行檢測，且保證了通信系統安全可靠的運行。 因此，對智慧大廈電腦、控制終端及網路設備進行雷電過電壓保護的條件已經成熟，從減少成本和合理投資的角度出發，建議僅對建在多雷區、強雷區的智慧大廈內的電腦、控制終端及網路設備進行雷電過電壓保護，對於建在中雷區的智慧大廈內的電腦、控制終端及網路設備，如果該區時有雷擊損壞的事故發生，則應參考執行。另外，從智慧大廈的調研情況看，現有的智慧大廈電腦、控制終端及網路設備的資料線，由於各方向的線數不多、控制單元分散，一般都用的是無遮罩的線纜，改為遮罩線和串金屬管線在施工和運作方面都有困難(垂直管線除外)，而且成本將非常高，而安裝SPD既經濟、又方便，並且提高了通信系統安全可靠性。對智慧大廈電腦、控制終端及網路設備實施雷電過電壓保護，可參照下列條款： (1)智慧大廈內電腦、控制終端及網路資料線的雷電過電壓保護設計應根據其在大樓內具體的雷電保護區位置、保護等級來確定SPD的保護參數； (2)建在城市內，地處中雷區以上的智慧大廈內電腦、控制終端及各類網路資料線，若長度小於50m，各類網路資料線宜穿金屬管道(金屬管道應電氣連接)，金屬管兩端應就近與均壓網焊接。建在郊區或山區，地處多雷區、強雷區內的智慧大廈的電腦、控制終端及各類網路資料線，若長度小於30m，各類網路資料線宜穿金屬管道，金屬管兩端應就近與均壓網焊接； (3)建在城市，地處中雷區以上的智慧大廈內的電腦、控制終端及各類網路資料線，若長度大於50m而小於100m，應在設備的一端採用資料線SPD保護，若長度大於100m，應在兩端採用資料線SPD保護； (4)建在郊區或山區，地處多雷區、強雷區的智慧大廈內電腦、控制終端及各類網路資料線，若長度大於30m、小於50m，應在設備的一端採用資料線SPD保護，若長度大於50m，應在兩端採用資料線SPD保護； (5)地處多雷區以上的智慧大廈對於有出人網路資料線的設備，雷電過電壓保護設計必須採用下列措施： ①控制及資料獲取用的電腦介面應採用電腦介面SPD保護； ②在局域網工作站的輸入端及檔伺服器前應採用資料線SPD； ③出人大樓的各類金屬資料線兩端設備必須採用資料線SPD保護； (6)出人大樓的各類金屬信號線應穿金屬管後，再從地下引入其他機房，金屬管兩端應就近與地網焊接。 2.2.3 建築物內PDS系統與外界有聯繫的傳輸設備的雷電過電壓保護 郵電部設計院對全國十幾個省市智慧大廈的雷害調研表明，“許多出入智慧大廈的電纜及光纜未按智慧大廈的標準進行接地處理，由於進入大樓的PCM電纜芯線未加裝保安單元，特別是進入無線智慧大廈的纜線未加裝保安單元，致使PCM介面、PCM邏輯盤、話路板以及2Mb介面被雷擊壞的事故時有發生”。而這些存在的問題，正是IECl312和ITU-K系列檔專門論述的要點，為了減少雷害事故的發生，這些問題更應引起我們的注意。 (1)出人智慧大廈的電纜，應在進線室將金屬鎧裝外護層做接地處理； (2)出入智慧大廈的光纜，應將纜內的金屬構件，在終端處接地； (3)進入智慧大廈的PCM電纜芯線應加裝保安單元，空線對應就近接地； (4)進入無線智慧大廈的纜線應加裝保安單元後，再與上下話路的終端設備相連。 2.3 衛星、無線天饋系統的雷電過電壓保護 根據對廣東、福建、廣西、湖南、浙江、遼寧等省無線系統的雷擊情況調研，由天饋線引入的雷電浪湧損壞通信設備的事故概率是小概率事件。鑒於無線通信系統依據所處的具體地理環境來確定同軸SPD的安裝原則，並根據電磁相容的原理，提出同軸SPD接地端子的接地引線應在機房外接地。另外，無線通信的天饋線的雷電過電壓保護還應滿足： (1)建在城市內孤立的高大建築物或建在郊區及山區，地處中雷區以上的無線系統，當饋線採用同軸電纜，且長度超過30m時，應在同軸電纜引進機房入口處安裝標稱放電電流不小於5kA的同軸SPD，同軸SPD接地端子的接地引線應從天饋線人口處外側的接地線、避雷帶或地網引接； (2)建在城市內孤立的高大建築物上的衛星站，其饋線系統應穿鐵管(鐵管應與避雷帶焊接相連)並且饋線兩端應接地後再進入機房。 2.4 智慧大廈遙控、監控系統雷電過電壓保護設計 (1)出入智慧大廈的遙控、監控系統控制線必須埋地，線纜的金屬外護套兩端應就近接地； (2)建在中雷區以上的智慧大廈，其內部的遙控、監控系統的纜線(纜線中含控制、電源、視頻線)，若長度大於50m小於100m時，應在設備的一端採用SPD保護，若長度大於100m，應在兩端採用SPD保護。對於出入智慧大廈的遙控、監控系統的纜線(纜線中含控制、電源、視頻線)，應在兩端分別安裝SPD保護； (3)出入智慧大廈遙控、監控系統的纜線若採用光纜傳輸信號，應將纜內的金屬構件在兩端接地，無需採用SPD保護。但為兩端設備供電的電源芯線應對地安裝標稱導通電壓大於供電電壓最大值10V，標稱放電電流為10kA的過壓型SPD(應根據3．6．2條對長度要求的內容確定一端或兩端採用SPD保護)； (4)監控信號採集器的遙信輸入端應加裝由SAD組成的資料線SPD； (5)監控系統的雲台、防雨罩必須就近接地。 2.5 PDS雷電過電壓保護器件的選擇 2.5.1 配電系統的雷電過電壓保護器件的選擇 (1)電源用雷電過電壓保護器件的選擇，雷電過電壓保護器件包括： 浪湧保護器的分類：根據IECl312-1(通則)、IEC-1312-3(浪湧保護器的要求)、IECl643-2(低壓系統的浪湧保護器)及ITU-TK36(保護裝置的選擇)，浪湧保護器(SurgeProtectiveDevices簡稱SPD)可由氣體放電管、放電間隙、MOV、SAD、齊納二極體、濾波器、保險絲等元件混合組成。國內外各種類型SPD產品一般都由這些元器件組成。浪湧保護器可分為三類：電壓開關型SPD(Voltage Wwitehing Type SPD)； 限壓型SPD (Voltage LimitingTypeSPD)；組合型SPD(CombinationTypeSPD)。 雷擊電流型SPD(歸屬於電壓開關型SPD類)：是安裝在通信局(站)建築物外雷電保護區0區的SPD，可最大限度地消除電網後續電流，以疏導10／350μs的模擬雷電衝擊電流(無論這些電流是遠處的雷電過電壓還是由直擊雷引起的)。雷擊電流型SPD一般由高性能火花隙組成，它的特點是放電能力強，但殘壓較高，通常為2000~4000V，檢驗測試器件採用一般10／350μs的模擬雷電衝擊電流波型。 限壓型SPD：限壓型SPD一般由氧化鋅壓敏電阻 (MOV)及半導體放電管(SAD)等元器件組成，是安裝在雷電保護區建築物內的SPD，可疏導8／20μs的模擬雷電衝擊電流，在過電壓保護中具有逐級限制雷電過電壓的功能，檢驗測試器件的殘壓一般採用8／20μs的模擬雷電衝擊電流波型。 混合型電源SPD：半導體放電管(SAD)與MOV組成的混合型電源SPD。 半導體放電管主要技術特徵包括：對浪湧電壓的回應速度非常快，與原有的保護單元相比，對陡峭的雷擊電壓可以充分抑制，這樣使原來的保護單元多級保護設計變得簡單，而且更加小型化；利用半導體內部的電子和空穴原理進行工作，不存在劣化問題，保養簡單，使用壽命增加；用矽PN結的工作原理設計半導體放電管，其雙向、單向、開關動作均能自由、精確地設計出來，一致性較好。因此，採用半導體放電管(SAD)與MOV組成的混合型電源SPD，可能利用SAD對浪湧電壓的回應速度非常快等特點，在一般雷電過電壓的保護時，由SAD承受浪湧電流，其標稱放電電流可達10~20kA；若遇到較大量級的雷電過電壓，第一級由SAD組成的電路保險管可自動斷開，由第二級MOV作為雷電過電壓保護，作為混合型電源SPD，其MOV能承受衝擊通流能量一般大於100kA。 MOV與濾波器組成的混合型電源SPD：根據一個典型的沿配電線路侵入的雷電波，其浪湧波形是符合傅立葉變換的，其大部分能量分量具有相對較低的頻率，採用MOV與濾波器組成的混合型電源SPD在同一測試條件下，可以具有比單一並聯的SPD更低的殘壓。RFI濾波器可對150kHz~20MHz的雷電波進行濾波；標稱放電電流40kA時殘壓可小於1000V。 (2)SPD技術參數和名稱術語： 標稱導通電壓：在施加恒定直流lmA電流的情況下，MOV啟始動作電壓。 SPD的標稱放電電流：用來劃分SPD等級，具有8／20μs、10／350μs模擬雷電電流衝擊波的放電電流。 衝擊通流容量：SPD不發生實質性破壞而能通過規定次數、規定波形的電流峰值最大限度。 SPD殘壓：模擬雷電衝擊電流通過SPD時，SPD端子間呈現的電壓(其中採用MOV的限壓型SPD，殘壓的大小與採用元件的直流1mA參考電壓、元件的組合形式及所承受的雷電電流大小等參數有關)。 10／350s與8／20μs模擬雷電電流衝擊波能量的比較：10／350μs是描述建築物遭受直擊雷時的模擬雷電電流衝擊波，脈衝為10／350μs波形的電荷量約為8／20μs模擬雷電電流衝擊波電荷量的20倍。即：Q(10／35μs)≌20Q(8／20μs)由於10／350μs模擬雷電電流衝擊波的能量遠大於8／20μs模擬雷電電流衝擊波的能量，因此，一般需要使用電壓開關型SPD(如放電間隙、放電管)才能承受10／350μs模擬雷電電流衝擊波，而由MOV、SAD組成的SPD所承受的標稱放電電流是8／20μs模擬雷電電流衝擊波。 (3)SPD的功能要求。 電源用SPD模組及SPD箱的功能既要滿足SPD一般性能的需要，又要考慮環境集中監控對SPD性能監控的要求。另外，根據IECl643-1相關條文規定，用於電源配電系統、由MOV、SAD及濾波器組成的混合型SPD在國內外通信局(站)已經大量使用。 一般要求：SPD應根據雷電保護區分區原則，按照雷電保護區所在位置正確選用；SPD的殘壓並非是衡量SPD好壞的唯一指標，選擇SPD應在同一測試指標下考慮SPD所選元器件的參數及元器件組合方式；SPD的選擇應考慮通信局(站)遙信及監控的需要；用於交流系統的過壓型SPD標稱導通電壓一般為Un=2.2U(U為運行工作電壓的最大值)；用於直流系統的過壓型SPD標稱導通電壓一般為1.5U≥Un≥1.2U(U為運行直流工作電壓的最大值)。功能要求：建在城市、郊區、山區等不同環境下的通信局(站)，設計選用過壓型SPD時，必須考慮通信局(站)供電電源的不穩定因素，對SPD的標稱導通電壓提出要求；通信局(站)採用的雷電過電壓模組SPD，應具有以下功能：SPD模組損壞告警、遙信插孔、SPD模組替換、熱容和過流保護；通信局(站)採用的雷電過電壓保護電源避雷箱，應根據通信局(站)的具體情況，具有供電電壓顯示、SPD模組損壞告警、雷電記數、保險跳閘顯示、備用SPD模組自動轉換、遙信插孔、SPD模組替換、浪湧識別抑制器、熱容和過流保護等功能，可根據用戶要求進行選擇。 SPD衝擊通流容量的選擇。單純從價格的意義上講，衝擊通流容量較小的SPD的價格小於衝擊通流容量大的SPD，但從技術經濟比的角度去考慮問題，可能這一觀點又有了新的含義，通流容量是指SPD不發生實質性破壞而能通過規定次數、規定波形的最大電流峰值，衝擊通流容量較小的SPD在通過同樣的雷電流的條件下其壽命遠小於衝擊通流容量大的SPD。根據有關資料介紹：“MOV元件在同樣的模擬雷電流8／20μs、10kA測試條件下，通流容量為135kA的MOV的壽命為1000-2000次，通流容量為40kA的MOV的壽命為50次，兩者壽命相差幾十倍(據筆者分析，被測試的MOV元件可能是由小通流容量的MOV組合型的產品。但測試結論也可以說明，衝擊通流容量較小的SPD在通過同樣的雷電流的條件下其壽命遠小於衝擊通流容量大的SPD)”。由於配電室、電力室人口處的SPD要承受沿配電線路侵入的浪湧電流的主要能量，因此，其SPD在滿足人口介面處標稱放電電流要求的前提下，可根據情況選擇較大通流容量的SPD。 2.5.2網路資料線雷電過電壓保護器件的選擇 (1)SPD標稱導通電壓：各類信號線、資料線、天饋線、電腦網路介面的SPD標稱導通電壓1.2U≥Un≤1.5U(U為額定工作電壓的最大值)，工作電流應滿足系統的要求； (2)各類SPD用元器件：各類信號線、資料線、天饋線、電腦網路介面的SPD元器件一般可有：陶瓷放電管、半導體放電管(SAD)、氧化鋅壓敏電阻(MOV)、PTC等元器件組成。陶瓷放電管的優點在於通流能力大，但回應速度慢，該器件主要用於非靈敏設備的保護。MOV的缺點主要是極間電容較大，不適合傳輸速率較快的快速乙太網和ATM網路。SAD的廣泛應用是由於回應速度快，極間電容界于放電管和MOV之間，缺點是通流能量小(其失效模式是短路接地，在信號回路中作為防雷使用是最好的選擇)。 在滿足信號傳輸速率及帶寬的情況下，盡可能採用半導體放電管，半導體放電管有以下主要技術特徵： ①對浪湧電壓的回應速度非常快，與原有的保護單元相比，對陡峭的雷擊電壓可以充分抑制，使原來的保護單元多級保護設計變得簡單，而且更加小型化； ②利用半導體內部的電子和空穴原理進行工作，不存在劣化問題，其保養簡單，使用壽命增加，無須進行經常性保安單元放電管的檢測工作； ③用矽PN結的工作原理設計的半導體放電管，其雙向、單向開關動作均能自由精確設計，一致性較好； ④半導體放電管既適用於普通電話的300-3400Hz類比傳輸，又適用於ISDN的2B+D數位傳輸(MDF配線架國內基本上採用由放電管作為雷電的過電壓保護器件，隨著程式控制交換機在國內的普及，程式控制交換機內集成化程度不斷提高及控制方式不斷更新，程式控制交換機內部使用的器件要求具備高速率、寬頻帶、可靠性強等特點，現代化程式控制交換機需要與之特點相適應的保安單元。因此，原有放電管式的保安單元已經不可能有效地保護程式控制交換機的安全運行，現階段半導體放電管是取代現有氣體放電管保護電話交換機和用戶終端設備抗雷電電湧理想的器件。為此，國外已經大量採用固體放電管SAD組成的保安單元)。 2.5.3 SPD的選擇 SPD選擇原則可參考下列要求： (1)信號線SPD的選擇 ①信號線SPD的箝位元電壓應滿足網路系統介面的需要，工作電壓及電流應滿足系統的要求，對雷電回應時間應在納秒級； ②總配線架的保安單元應符合YD／T694-1998總配線架技術要求的規定； ③信號SPD應滿足信號傳輸速率及帶寬的需要，其介面應與被保護設備相容； ④信號SPD的插入損耗應滿足通信系統的要求； ⑤信號SPD的標稱放電電流為3kA。 (2)同軸SPD的選擇 ①同軸SPD插入損耗應≤0.2dB，駐波比≤1.2，工作電壓及電流應滿足系統的要求，同軸SPD最大輸入功率能滿足發射機最大輸出功率的需要，安裝與接地方便，具有不同的接頭，同軸SPD與同軸電纜介面應具備防水功能； ②同軸SPD的標稱放電電流應≥5kA。 (3)網路資料線SPD的選擇 電腦、控制終端、監控系統網路資料線用的雷電過電壓保護器件有RJ45、RJll、RS232、RS422、RS485介面及同軸型資料線SPD等，其中，RJ系列的SPD分為單埠和多埠產品，其SPD的工作電壓和傳輸速率可供選擇。 電腦介面、控制終端、監控系統的網路資料線SPD應滿足各類周邊設備傳輸速率的要求，SPD介面的線位元、線排、線序應與被保護設備介面相容，設計時應在滿足設備傳輸速率條件下，優先採用由半導體放電管組成的保護電路SPD。電腦介面、控制終端、監控系統的網路資料線SPD的標稱放電電流應≥3kA。 2.6 PDS系統的接地 2.6.1 相關防雷接地標準 (1)資訊產業部標準YDJ26-89《通信局(站)接地設計暫行技術規定》(綜合樓部分)； (2)資訊產業部標準YD5098-2001《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規範》； (3)國家標準GB50057-94《建築物防雷設計規範》； (4)國家標準GB50174-93《電子電腦機房設計規範》(標準要求採用聯合接地)； (5)國家標準GB9361-88《計算機場地安全要求》 (要求分設電腦接地專設並與建築物內部金屬構件絕緣)； (6)國家標準GB2887-89《計算機場地技術條件》也規定了電腦接地工作地、保護等地的接地電阻值； (7)公安部標準GAl73-1998《電腦資訊系統防雷保安器》(中華人民共和國社會公共安全行業標準，即各部標準外的行業)。 2.6.2 PDS系統的接地要求 (1)智慧大廈PDS系統接地的目的智慧大廈的接地，其主要目的有： ①保護工作人員和維護人員及設備的使用者，防止危險電壓的安全保護； ②保證通信設備的安全，防止危險電壓的保護； ③限制通信系統中的串話電流(如市話交換機)、雜訊和電磁干擾電流，使其低於某一個(規定)數值，以保證通信系統的正常工作； ④防止整流器產生的高頻電流和交流工頻電流影響通信； ⑤提供人地通道，保護通信局(站)的安全。 (2)資訊系統接地的分類 針對上述目的，在20世紀90年代以前由於通信局(站)接地一般採用分散接地，接地方式有： ①直流工作地； ②交流工作地； ③保護地(交、直流保護地；防雷接地)； ④防止電磁干擾和遮罩接地； ⑤信號接地(電路接地，即工作接地)。 在90年代以後，原郵電部標準YDJ26-89《通信局(站)接地設計暫行技術規定》(綜合樓部分)將局(站)的接地分為： ①工作地； ②保護地(含遮罩地)； ③建築物的防雷接地。 這三種地在標準中規定共同合用一組接地體，即通信局(站)的聯合接地方式。 (3)智慧大廈建築物的混凝土鋼筋基礎為PDS系統提供一個良好的地網。國家標準GB50057-94《建築物防雷設計規範》要求建築物的接地一般都採用其鋼筋混凝土基礎作為地網，因為建築物鋼筋混凝土基礎埋地較深，與大地的接觸面積大，在相同的土質條件下，用其基礎作接地體比一般人工接地所得的電阻低得多。另外，基礎鋼筋埋設在混凝土中，作為接地體的鋼筋不會受到外力的損傷和破壞，不需要維護，使用期限長，接地電阻穩定，對於通信局(站)這種接地方法是相當有效的。同樣，利用辦公大樓、高層建築的基礎作為智慧大廈PDS系統的接地是可行的； (4)網型、星型和星型一網狀混合型接地的特點 ①網狀分配接地如圖1所示。網狀分配接地減少了不同設備接地之間的電位差，通信系統可以從不同的方位就近接地。另外，這種網狀分配接地由於相互之間沒有一個嚴格的絕緣要求，對建築物內的金屬構件包括可能被連接的混凝土的鋼筋，以及電纜支架、槽架無需專門做絕緣處理，因此，實施施工較為容易； ②星型分配接地如圖2所示。提出星型分配接地主要解決了通信系統的干擾問題，因為這種分配接地的方式減少了環流電流的干擾，使得干擾電流不能形成回路。星型分配接地的實施方案，一般由若干個主幹地線分別由公共接地匯流排引出，每個主幹地線(120mm2)再分幾路分支地線，每個分支地線(50imm2)接到n個大列地線，每根大列地線分別接到列內各個機架； ③星型一網狀混合型接地如圖3所示。星型一網狀混合型接地對設備的一部分接地採用網狀佈置，而另一部分對交流和雜音較為敏感的設備的接地採用星型佈置； ④PDS系統及網路設備的接地。PDS系統的地線系統是典型的星型分配接地的衍生物樹枝型分配接地，只需從公共接地匯流排引出一根垂直的主幹地線到各子系統室的分接地匯流排，再由分接地匯流排分若干路引至列架和機架，互相之間沒有回路。因此，不會通過地線網路對其他電路產生影響。 另外，接至列架和機架的接地線，其目的是為列架和機架中的各類網路設備提供接地通路，因此，機架中所有設備均應與其保持良好的電氣連接，即所有網路設備的外殼接地線應通過該點接地。 (5)從電磁相容的角度談遮罩接地和信號接地。星型網路實際上也被稱為“一點接地”網路，其各個分支點之間沒有閉合回路，從而防止了相互之間的傳導耦合干擾，由於它們僅在“一點”相互連接，由此獲得基準“零電位”。從信號接地系統來講，應分別連在這個“基準點”，其“基準點”可設在智慧大廈內或設施的任何位置，國外的做法一般是採用將該點接至“大地”的接地電極上，認為在這一點的電位接近於“大地”的零電位。 從雷電保護和電力故障保護來講，將防雷保護地線和交流保護地接至“大地”接地電極上是有意義的，這樣可以避免雷電流和電力故障影響其他系統的正常工作，並能迅速安全地通過接地電極流人地下，就近散流。但“一點接地”在智慧大廈中作為接地網路有其致命的缺點，因為要用很長的接地連接線，而對於信號接地系統，較長的接地連接線在低頻時對信號影響不大，高頻時又有很多問題： ①高頻時網路將變為高阻抗； ②高頻時各路地線之間將會出現由分佈電容形成的電容耦合； ③高頻時長導線將變為等效天線。 由於“一點接地線”網路只有在低頻時才是低阻抗，當頻率升高時由於導線電感的作用而變為高阻抗。從電磁相容的角度考慮頻率的劃分是依照1MHz為高頻、低頻的分界頻率。 一般認為，以1MHz為低頻與高頻的分界頻率是恰當的，在信號頻率為1MHz以下時，用“一點接地”系統(在自然空間1MHz的波長為300m，為了消除接地連線成為等效天線的概率、減少長導線相互間的電感耦合，其長度不超過波長的十分之一，即λ／10。對於MHz的波長來講λ／10就是30m)，信號頻率為1MHz以上時，則採用多點接地系統(同樣在高頻時，遮罩體一端接地是無效的，因為遮罩體(線)對地有分佈電容的耦合，所以實際上等效於多點接地，因此，高頻時電纜的遮罩層必須兩端接地才能有好的遮罩效果)。 (6)SPD的連接線、接地線的要求。電源SPD的連接線及接地線截面積應符合下表的要求，資料線SPD以及其他類型SPD的接地線截面積應不小於2．5mm2，連接線及接地線材料為多股銅線。模組電源SPD的接線端子與相線和零線之間的連接線長度應小於0．5m，其接地線的長度應小於1m，且應就近接地。SPD箱的接線端子與相線和零線之間的連接線長度可根據實際情況適當加長，避雷箱連接線加長後，其截面積應適當增大。避雷箱接地線的長度應小於1m，連接線宜採用凱文接線方式就近接地。 (7)雷電過電壓保護SPD對接地電阻的要求。智慧大廈的聯合接地地網的接地電阻值已滿足SPD接地的需要，因此，對在使用的SPD接地電阻值不做嚴格要求，設計時僅需將使用的各類SPD的接地端子就近接地。 3 結束語 智慧大廈內部的電腦網路系統包含了ATM(非同步)交換機、傳輸設備、監控及網路設備、控制終端、電源、無線等子系統。各子系統之間的內部連接線路縱橫交錯，其網路介面對雷電較為敏感的電路又是防雷電侵入的薄弱環節，大樓雷電電磁場的分佈直接影響到具有敏感元器件的電腦及控制終端的佈局。在設計規劃時，對大樓內網路設備的安裝位置應避開雷電湧集中的雷電流分佈通道，力求安裝在建築物的中部位置，即雷電電磁場最小的室內中央位置，並且網路設備避免直接使用大樓的外牆體的電源插孔。 另外，智慧大廈PDS系統的雷電過電壓保護建立在大樓的接地系統共用一個接地網，即聯合接地的基礎上，採用SPD(正確選用各類SPD)對侵人大樓內電腦、控制終端及網路資料線、信號線、傳輸設備、遙控、監控系統及無線系統天饋線的雷電過電壓進行抑制，並對智慧大廈出入纜線採取遮罩、接地等措施，可有效減少雷電對信號及網路系統的侵害。雖然智慧大廈PDS系統雷電過電壓保護是防雷要素中極為重要的因素之一，但由於如何減少雷害確是一個整體的、全面的防雷問題，因此只有將防雷問題從各個方面加以解決，按照聯合接地均壓等電位的理論、避雷針的保護半徑、浪湧電流就近疏導分流、內線纜的遮罩接地和通信電源及信號線的雷電過電壓多級保護的原則，正確選擇雷電過電壓保護器件和防雷方案(根據年雷暴日、海拔高度、環境因素做出選擇和考慮)，進行整體的、綜合的雷電防護，才能有效減少雷害。
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