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建筑物屏蔽效能综合分析研究

范文

刘林刘为

摘要：为做好电子信息设备的雷击电磁防护，以长沙磁浮工程长沙南站为例，利用GB50343相关条款，结合美国通用公司实验结论，对周边建筑设施和项目内部磁场分布进行了分析，找出了电子信息设备受损类型，并提出屏蔽要求，结合电子信息设备所在场所，提出优化屏蔽方案。

关键词：屏蔽效能雷击磁场分布受损类型

一、引言

随着现代科技发展，各类电子设备得到了广泛应用，耐压低、灵敏度高的设备投入使用频率越来越高。在雷电流的强大电磁脉冲下，其承受的雷电灾害风险损失也越来越高。2015年6月，粤东某大型A级通信大楼IDC数据机房发生雷击事故，造成电源跳闸，直接影响200多台服务器工作异常，故障历时约1个小时，给通信服务造成了较大影响。2009年6月，嘉兴市行政中心遭受雷击，造成楼宇控制系统瘫痪，大量电子设备损坏，直接经济损失65万余元。近年来的雷灾事故表明：新型电子设备在雷电作用下，呈现出受损范围广、系统易瘫痪、经济损失大的特点，因此，做好电子信息设备雷电防护，显得越来越重要和紧迫。

建筑电磁屏蔽是对需要隔离电磁波干扰和防止电磁波外泄的建筑物所采取的建筑技术措施，能够防止外来雷电电磁波干扰，有效保证电子设备安全，避免和减少雷电灾害损失。文章以长沙磁浮工程长沙南站为例，利用相关电子设备损失类型实验结论，对雷击在建筑物附近和建筑物上的磁场分布进行了计算分析，提出防范电子设备各类损失的屏蔽需求，同时结合设备所在位置，提出优化的屏蔽方案。

二、长沙南站周边建构筑设施雷击电磁屏蔽防护分析

（一）电子信息系统设备损失类型安全阀值

根据美国通用研究公司的研究结果（GBT21431-2008），磁场强度为0.07GS时，可以造成计算机误动作，磁场强度为2.4GS时，可以造成计算机元件永久损坏，本次运算取上述结果作为验算标准，计算机误动作对应H1=0.07GS，约为5.55A/m，永久损坏对应H1=2.4GS，约为190.2A/m。

（二）项目与周边建构筑设施雷击电磁分布计算

根据GB50343-2012.建筑物接閃后LPZ0区内磁场强度参照下式进行计算：

H0=i0/（2πsa）

式中：i0——雷电流幅值（A），取历史最大雷电流值363.5*103A;

sa——从雷击点到屏蔽空间中心的距离（m）。

结合美国通用研究公司的研究结果，可以得出电子信息系统各类损坏类型风险临界范围计算公式：

sa=i0/（2πTH1）

式中H1为美国通用研究公司的研究结果临界值，计算结果见下表：

表1不考虑屏蔽情况下电子信息系统各类损坏类型风险对应的临界范围

对于项目内安装有重要设备的路段和建筑，应根据其承受风险的能力，防范周边一定范围内具有明显引雷作用的设施和建筑直接雷击情况下对项目的磁场影响。对于项目周边具有重要敏感电子信息系统的场所，应指导其加强雷电防护，避免应项目遭受直接雷击而对其电子信息系统造成影响和破坏。

（三）项目与周边建构筑设施雷击电磁屏蔽防护需求

考虑屏蔽情况下，假设将各类损坏控制在50、100和200m范围，计算其最小屏蔽系数。

从上面分析可知，当长沙南站遭受直接雷击时，各层设备均有永久性损坏的风险。若要控制其风险在安全范围，需增加相应的屏蔽措施，主要方法有减小LPZI区屏蔽网格尺寸和增加LPZ2的屏蔽效能。

（二）屏蔽方案比较

假设使用减小LPZI区屏蔽网格尺寸的方法降低雷击电磁损坏风险，要使站台层中心位置电磁场强度达不到永久性损坏标准，屏蔽网格宽度应达到如下要求：

W<10.5*2.350.5*190.2/0.01*219*103=1.40

假设使用增加LPZ2的屏蔽效能的方法降低雷击电磁损坏风险，要使站台层中心位置电磁场强度达不到永久性损坏标准，在现有LPZI区等效网格宽度不变的情况下，LPZ2区的屏蔽系数应达到如下要求：

SF≥201g（1122.47/190.2）=15.42

从上述计算结果来看，前一种方法防范范围较大，但对等效网格密度要求太高，工程造价较大，而后一种方法造价低、工程简单，但防护范围有限，建议采取两种方法综合运用的措施来加强防护，

（三）多重屏蔽分区屏蔽要求

在建立两层屏蔽分区的情况下，假设LPZI区等效网格宽度降低到2.5米，按照上节所示方法进行计算，站台层、站厅层、地面层中心位置电磁场强度分别为340.14 A/m、180.99A/m、125.91A/m，较之8.25米等效网格宽度的电磁场强度均有较大的降低，此时站厅层、地面层中心均没有电子设备永久性损坏的风险，在降低等效网格宽度的基础上，假设各层中心位置建立为LPZ2区，LPZ2区的屏蔽系数达到10.则站台层、站厅层、地面层中心位置电磁场强度分别为107.56A/m、57.23A/m、39.82A/m，均能满足该位置电磁场强度达不到设备永久性损坏的风险。

因此，建议采用减小LPZI区屏蔽网格尺寸和增加LPZ2的屏蔽效能两种方式相结合的方法，降低长沙南站遭受直接雷击的建筑物内设备受强电磁场干扰的损失风险，尽可能降低LPZI区屏蔽网格尺寸，建设包括重要的仪器设备、敏感设备的LPZ2防雷分区。

结论：从前面的分析可知，利用GB50343.能够较好地完成雷击后的建筑物附近和内部磁场计算分析，参考电子信息设备受损类型阈值，可以对控制各类损失风险提出屏蔽系数要求;针对需要保护的电子信息系统所在区域，能够给出最优化防护建议，以期对电子设备雷电电磁脉保护提供参考。

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