（國(guó)藥集團(tuán)重慶醫(yī)藥設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400042）

雷電是自然界中強(qiáng)大的脈沖放電過程，雷電侵入地面建筑物或設(shè)備造成的災(zāi)害是多渠道的，一般說來，可以把雷電放電可能產(chǎn)生的危害形式劃分為直擊雷擊、感應(yīng)雷擊和雷電反擊。

直擊雷擊是在雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑或設(shè)備等對(duì)地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。直接雷擊產(chǎn)生大電流、高電位，雷電擊中人體、建筑或設(shè)備時(shí)，強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞，以及設(shè)備毀壞等主要危害[1]。

感應(yīng)雷擊是雷電感應(yīng)而出現(xiàn)的過電壓現(xiàn)象，從雷云密布到發(fā)生閃電放電的整個(gè)過程中，雷電活動(dòng)區(qū)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和雷電過電壓侵入三種物理現(xiàn)象，均為感應(yīng)雷擊的形式，交變電磁場(chǎng)的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上，對(duì)用電設(shè)備及電子系統(tǒng)設(shè)備造成極大危害[1]。

雷電反擊是指遭受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引下線和接地體），在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時(shí)，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生非常高的電壓，對(duì)周圍的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，就會(huì)對(duì)與大地連接的其他金屬物體發(fā)生放電（又叫閃絡(luò)），這種的現(xiàn)象叫雷電反擊，雷電反擊同樣會(huì)對(duì)人員、建筑物以及設(shè)備造成很大危害[1]。

因此，無論哪種雷擊形式都有可能給建筑物、設(shè)備、人員產(chǎn)生巨大的危害，為了避免或減少雷擊的危害，應(yīng)對(duì)各種雷擊形式采取完善的防護(hù)措施。

1 防雷的工程設(shè)計(jì)

建筑物的防雷接地和配電線路電源浪涌保護(hù)一般由電氣專業(yè)設(shè)計(jì)，這里不做討論，本文主要介紹醫(yī)藥工程電子信息系統(tǒng)的防雷接地，主要包括室外電子設(shè)備的防直接雷擊、電子信息系統(tǒng)防感應(yīng)雷擊、防雷電反擊的措施以及等電位聯(lián)結(jié)。

1.1 直接雷擊的防護(hù)措施

設(shè)置在建筑物屋面的電子信息設(shè)施（如接收天線、攝像機(jī)）和廠區(qū)室外設(shè)施（如攝像機(jī)）根據(jù)滾球法確認(rèn)不在建筑物防雷的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)設(shè)置防直接雷擊的設(shè)施。

1.1.1 建筑物屋面電子信息設(shè)施的防護(hù)

建筑物屋面電子信息設(shè)施應(yīng)設(shè)置防直接雷擊的接閃器（接閃桿），接閃器應(yīng)采用專用引下線不少于2 處與建筑物防雷設(shè)施（接閃帶或接閃網(wǎng)）直接連接，接閃桿不應(yīng)與建筑物內(nèi)等電位連接網(wǎng)、接地干線相連接。

接閃桿宜采用熱鍍鋅圓鋼或鋼管材料，桿長(zhǎng)1 m，圓鋼直徑應(yīng)不小于12 mm，鋼管管徑應(yīng)不小于20 mm。

引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼、扁鋼或鋼管（兼作支架），最小截面積不應(yīng)小于50 mm2，采用熱鍍鋅圓鋼時(shí)直徑不小于8 mm；采用熱鍍鋅扁鋼時(shí)厚度不應(yīng)小于2.5 mm；采用熱鍍鋅鋼管兼作接閃桿的立柱支架時(shí)管徑不小于50 mm[3]。

1.1.2 室外地面電子信息設(shè)施的防護(hù)

廠區(qū)室外設(shè)施根據(jù)滾球法確認(rèn)不在建筑物保護(hù)范圍內(nèi)，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置防直接雷擊的接閃桿、引下線及單獨(dú)的接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于10 Ω。

接閃桿宜采用熱鍍鋅圓鋼，桿長(zhǎng)0.5 m，圓鋼直徑應(yīng)不小于12 mm。

引下線宜采用熱鍍鋅鋼管（兼作支架），最小截面積不應(yīng)小于50 mm2，熱鍍鋅鋼管立柱兼作引下線時(shí)接閃桿應(yīng)與熱鍍鋅鋼管立柱焊接連通，引下線與接地裝置焊接連通。

接地裝置宜采用垂直接地體和水平接地體組成，每處接地裝置的電阻達(dá)不到10 Ω 要求時(shí)，應(yīng)采用降阻劑或接地模塊。

1.2 感應(yīng)雷擊的防護(hù)措施

1.2.1 電源線路電磁脈沖防護(hù)措施

電源線路的防雷電、防浪涌保護(hù)主要是為了防止雷電波通過電源電纜對(duì)電子信息系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備造成危害，電源系統(tǒng)一般實(shí)施三級(jí)防雷、防過電壓保護(hù)。

（1）第一級(jí)防雷：在變配電室或建筑物總配電柜（箱）設(shè)置第一級(jí)防雷（強(qiáng)電專業(yè)在10 kV 高壓進(jìn)線及低壓母線上均設(shè)置避雷器），采用Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器（10/350 μs）或開關(guān)型浪涌保護(hù)器（100 kA）作為第一級(jí)保護(hù)，對(duì)直擊雷電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)，將傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放（電氣專業(yè)設(shè)計(jì)）。

（2）第二級(jí)防雷：在消防控制室、智能化控制室、信息網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、電話機(jī)房及智能弱電系統(tǒng)總配電箱的電源進(jìn)線處設(shè)置第二級(jí)防雷，采用II 級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器（8/20 μs）或限壓型浪涌保護(hù)器（40 kA）作為第二級(jí)保護(hù)（后級(jí)保護(hù)），經(jīng)過第一級(jí)防雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射，需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。

（3）第三級(jí)防雷：在各機(jī)房UPS 前端及分配電箱設(shè)置第三級(jí)防雷，采用II 級(jí)或Ⅲ 級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器（8/20 μs）或限壓型浪涌保護(hù)器（20 kA）作為第三級(jí)保護(hù)（精細(xì)保護(hù)）。

（4）對(duì)于部分重要的電子信息設(shè)備，在其電源端口采用帶防雷保護(hù)模塊的電源插座或Ⅲ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為電子信息設(shè)備的精細(xì)保護(hù)。

1.2.2 信號(hào)線路電磁脈沖防護(hù)措施

信號(hào)線路（電纜）的防雷電、防浪涌保護(hù)主要是為了防止雷電波通過信號(hào)電纜、控制電纜對(duì)電子信息系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備造成危害，在信號(hào)傳輸電纜的設(shè)備前端設(shè)置浪涌保護(hù)器，用來保護(hù)后續(xù)設(shè)備，防止雷電波從信號(hào)電纜涌入損傷設(shè)備。因此在以下位置的信號(hào)、控制電纜設(shè)置信號(hào)浪涌保護(hù)器。

（1）進(jìn)出消防控制室的室外信號(hào)線纜、控制線纜均應(yīng)設(shè)置信號(hào)浪涌保護(hù)器，達(dá)到對(duì)設(shè)備的保護(hù)（雷擊、浪涌）。

（2）進(jìn)出各建筑單體的室外（含屋面）信號(hào)線纜、控制線纜均應(yīng)設(shè)置信號(hào)浪涌保護(hù)器，達(dá)到對(duì)設(shè)備的保護(hù)（雷擊、浪涌）。

（3）在進(jìn)出各建筑單體的光纜不設(shè)置浪涌保護(hù)器，因?yàn)楣饫|主要是由光導(dǎo)纖維（玻璃絲）和塑料保護(hù)套管及塑料外皮構(gòu)成，不導(dǎo)電、也不感應(yīng)雷電，因此光纜不應(yīng)設(shè)置信號(hào)浪涌保護(hù)器。對(duì)于鎧裝光纜，只需將金屬鎧裝層兩端做接地處理即可。

1.2.3 遠(yuǎn)離避雷引下線

建筑物遭受直接雷擊，引下線在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流（幾十kA～幾百kA）流入大地時(shí)，會(huì)在引下線周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁感應(yīng)，可能對(duì)電子信息設(shè)備（或系統(tǒng)）造成損害，因此電子設(shè)備（或系統(tǒng)）應(yīng)遠(yuǎn)離防雷引下線。特別是電子信息機(jī)房?jī)?nèi)不應(yīng)有防雷引下線穿越，在布置機(jī)房時(shí)應(yīng)合理設(shè)置機(jī)房位置，不宜靠外墻，機(jī)房?jī)?nèi)的柱（包括墻、邊柱）不應(yīng)作為防雷引下線的位置，避免防雷引下線穿越機(jī)房。

1.3 雷電反擊的防護(hù)措施

建筑物或其金屬體遭受直擊雷，在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時(shí)，由于接地裝置存在接地電阻，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生非常高的電壓，對(duì)周圍的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，就會(huì)對(duì)周圍的金屬物體放電，對(duì)人員、建筑物以及設(shè)備造成很大危害。為了避免產(chǎn)生電位差，主要措施就是采用共用接地和等電位聯(lián)結(jié)，使得同一區(qū)域所有金屬體、接地干線、接地網(wǎng)、電源等的電位同時(shí)升高（達(dá)到電位相同），消除電位差。共用接地和等電位聯(lián)結(jié)的設(shè)計(jì)詳見下面第2 節(jié)。

2 接地的工程設(shè)計(jì)

2.1 等電位聯(lián)結(jié)

每層弱電豎井及機(jī)房?jī)?nèi)電子信息設(shè)備應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié)，電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、功能性接地、浪涌保護(hù)器接地端等均應(yīng)以最短的距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)連接，見圖1。

圖1 等電位聯(lián)結(jié)示意圖Fig.1 Diagram of equipotential bonding

（1）接地端子板（箱）的設(shè)置

在建筑物最底層的弱電豎井應(yīng)設(shè)置總等電位接地端子板（箱），每層樓弱電豎井設(shè)置樓層等電位接地端子板（箱），各控制室、機(jī)房以及建筑其他各控制機(jī)柜（如會(huì)議控制機(jī)柜、自控PLC、樓控DDC 等）處設(shè)置局部等電位接地端子板（箱）。

（2）接地端子板（箱）的選擇[4]

① 機(jī)房局部等電位接地端子板（排）的材料宜采用銅帶，其截面不應(yīng)小于50 mm2；

② 樓層等電位接地端子板的材料宜采用銅帶，其截面不應(yīng)小于100 mm2；

③ 總等電位接地端子板的材料宜采用銅帶，其截面不應(yīng)小于150 mm2。

（3）等電位接地端子板之間的連接[4]

各類等電位接地端子板之間的連接導(dǎo)體宜采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶，其連接線的最小截面積應(yīng)符合下列要求，見圖2和圖3。

① 機(jī)房?jī)?nèi)等電位連接網(wǎng)格采用銅箔或多股銅芯導(dǎo)體，其截面不應(yīng)小于25 mm2，銅箔宜為100×0.3或者30×3；

② 電子信息設(shè)備應(yīng)采用兩根不同長(zhǎng)度的銅芯導(dǎo)線與等電位連接網(wǎng)格連接，連接導(dǎo)線的截面積不應(yīng)小于6 mm2（RV-1×6）；

③ 機(jī)房局部端子板（箱）之間的連接導(dǎo)體應(yīng)采用多股銅芯導(dǎo)線進(jìn)行連通，其截面積不應(yīng)小于16 mm2（RV-1×16）；

④ 機(jī)房局部端子板（箱）與樓層端子板（箱）之間的連接導(dǎo)體應(yīng)采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶進(jìn)行連通，其截面積不應(yīng)小于25 mm2（RV-1×25），見圖2；機(jī)房局部端子板（箱）也可與接地體直接連接，其截面積不應(yīng)小于50 mm2（RV-1×50），見圖3；

⑤ 辦公樓音視頻、車間自控PLC 柜（含DDC 箱）局部等電位端子板（箱）與樓層端子板（箱）連接時(shí)應(yīng)采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶進(jìn)行連通，其截面積不應(yīng)小于25 mm2（RV-1×25）；

⑥ 總等電位接地端子板（箱）與樓層端子板（箱）之間的垂直接地干線應(yīng)采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶進(jìn)行連通，其截面積不應(yīng)小于50 mm2（RV-1×50 或40×4）；

⑦ 總等電位接地端子板（箱）與接地裝置的連接不應(yīng)少于兩處，其截面積不應(yīng)小于50 mm2（RV-1×50）。

2.2 共用接地

電子信息接地系統(tǒng)若單獨(dú)設(shè)置，為了減少建筑防雷系統(tǒng)對(duì)弱電接地的影響，弱電接地體要求距建筑物防雷接地體的距離應(yīng)大于20 m，并且要求弱電系統(tǒng)接地的引出連接線必須與防雷接地用的建筑鋼筋絕緣。由于單獨(dú)設(shè)置接地體受到距離的限制、同時(shí)為了減小或消除電位差，一般弱電接地與電氣接地采用共用接地，工程中將所有基礎(chǔ)內(nèi)各柱網(wǎng)上地基梁的兩根主鋼筋進(jìn)行連接（焊接）、圈梁內(nèi)的兩根主鋼筋進(jìn)行連接（焊接）以及它們相互間進(jìn)行連接（焊接）作為共用接地系統(tǒng)的接地裝置（一般電氣專業(yè)已設(shè)計(jì)）。

圖2 接地干線圖（1）Fig.2 Diagram of grounding trunk line （1）

圖3 接地干線圖（2）Fig.3 Diagram of grounding trunk line （2）

電子信息系統(tǒng)與電氣共用接地裝置，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)設(shè)置（共用）一套接地干線，各局部等電位聯(lián)結(jié)通過接地干線與總等電位電子板（箱）相連，最后通過專用接地干線不少于2處與接地裝置連通，其接地電阻要求小于1 Ω。若測(cè)試達(dá)不到要求，在室外增設(shè)接地極（通過地下約1.0 m處基礎(chǔ)接地引出的圓鋼與基礎(chǔ)接地網(wǎng)焊接連通）或接地模塊或使用物理型長(zhǎng)效復(fù)合接地降阻劑等措施，直到達(dá)到接地電阻值的要求為止。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技高速發(fā)展，大部分制藥企業(yè)都應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能制造技術(shù)，不同程度實(shí)施了醫(yī)藥信息化（SCADA、MES）系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)以及自控（PLC、DCS）系統(tǒng)，設(shè)置了各種電子信息系統(tǒng)。為了保證醫(yī)藥工程電子信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，除了電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)外，其防雷接地設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。電子信息系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)全面，對(duì)各種雷擊形式采取有效的防護(hù)措施，各個(gè)子系統(tǒng)接地及等電位聯(lián)結(jié)應(yīng)完善，避免或減少雷擊給電子信息系統(tǒng)帶來的危害。實(shí)際上，本防雷接地的工程設(shè)計(jì)也適合其他建筑物的電子信息系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)。