全国统一服务热线: 0577- 62602786
新闻资讯

防雷技术毕业论文,工程防雷方案

日期:2017-04-28    

 浙江西亚电力设备有限公司创建于1995年,投资1000多万元, 是集生产、销售、开发研究为一体的高新科技技术企业.公司占地面积5亩,拥有8000mx现 代化厂房以及配套设施,具有其全的生产装备和完善的检测设备,是一家专业生产跌落式熔断器、氧化锌避雷器防雷绝缘子隔离开关复合绝缘子穿墙套管和浪涌保护器及成套类产品的厂家,是电力部、国家机械工业部重点生产企业,历年被评为“先进单位”。
绪论
自古以来,雷电灾害一直存在,据有关研究统计,地球上任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着,平均每秒有100次闪电,每个闪电强度可高达10亿伏,足见其能量之大,产生的危害可想而知。
200多年前,富兰克林发明避雷针以后,建筑物等设施已得到了一定的保护,人们认为可以防止雷害,对防雷问题有所松懈。但是随着近代高科技的发展,尤其是微电子技术的高速发展,雷电灾害越来越频繁,损失越来越大,原先的避雷针已无法保护建筑物、人和电器设备。握着电话话筒而受雷击致死的人时有所闻,原先许多从来不发生雷电灾害的行业和部门也频频受害。这些雷害是人们意料不到的。据统计,现今全球平均每年因雷电灾害造成的直接经济损失就超过10亿美元,死亡人数在三千人以上。我国根据气象部门和劳动部门的估算,每年雷击伤亡人数均超过1万,其中死亡3000多人。例如1989年8月12日,我国青岛市黄岛油库遭雷击失火,燃烧104小时才勉强扑灭。伤亡人员近百名,烧毁原油3.6万吨,整个油库毁坏殆尽,变成一片废墟。又如某数据中心,集全体技术人员历时三年的研究成果和宝贵数据因一次雷灾而化为乌有。类似的案例不胜枚举。
90年代以后,雷灾出现新的特点,这主要是因为一些高大建筑的兴起,最典型的就是高层智能大厦,这种高大的建筑物很容易吸引落雷,从而使本身所在建筑及附近建筑遭到破坏。另外,随着微电子技术高度发展及广泛应用到各个领域,使雷害对象也发生了转移──从对建筑物本身的损害转移到对室内的电器、电子设备的损害,以至发生人身伤亡事故。随之防雷对象也由强电转移到弱电,雷电产生的电磁脉冲超过直接雷击而成为主要危害。

从上面的叙述可以看出,防雷工作是十分必要的,各行各业有关部门均应给予重视。尤其是电气设计人员,在进行建筑物的防雷设计时,一定要严格按照我国《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 2000)强制性国家标准来进行设计。
本文从雷电对建筑物产生危害的四个方面入手,先叙述了直击雷、雷电波侵入、感应过电压和地电位提高等对建筑及其内部设备的损害,再介绍建筑物防雷等级确定的方法,然后阐述目前针对这四种雷电危害的电气综合防雷系统的设计──外部防雷和室内防护,最后以一个实际工程对防雷系统设计过程进行详细的介绍。
1 雷击的危害
通常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。当然,云层之间的放电主要对飞行器有危害,对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而,云层对大地的放电,则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大,这是电气防雷设计的主要对象。
雷击的危害主要有四个方面:
(1)直击雷
带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象,称为直击雷。它的破坏力十分巨大,若不能迅速将其泻放入大地,将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁,甚至危及人畜的生命安全。
(2)雷电波侵入
雷电不直接放电在建筑和设备本身,而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散,侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此,往往在听到雷声之前,我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。
(3)感应过电压
雷击在设备设施或线路的附近发生,或闪电不直接对地放电,只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷,并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。
雷击放电于具有避雷设施的建筑物时,雷电波沿着建筑物顶部接闪器(避雷带、避雷线、避雷网或避雷针)、引下线泄放到大地的过程中,会在引下线周围形成强大的瞬变磁场,轻则造成电子设备受到干扰,数据丢失,产生误动作或暂时瘫痪;严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁,使整个系统陷于瘫痪。
(4)地电位反击
如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施,接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分,流向供电系统或各种网络信号系统,或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统,从而反击破坏或损害电子设备。同时,在未实行等电位连接的导线回路中,可能诱发高电位而产生火花放电的危险。
如图1所示,当10KA的雷电流通过下导体入地时,假设接电阻为10欧姆,根据欧姆定律,可知在入地点A处电压为100KV。因A点与C点、D点相连,所以这几点电压都为100KV。而E点接地,其电压值为0,设备的D点与E点间有100KV的电压差,足以将设备损坏。
图1
以上四方面中雷电对建筑物的危害主要以后雷电波侵入、感应过电压与地电位反击三者居多,这三者统称为雷电电磁脉冲。据有关统计资料,直击雷的损坏仅占15%,而雷电电磁脉冲的损坏占85%。因此,现代建筑的防雷设计已不同以往,对雷电电磁脉冲的防护必须要加以重视。
2 防雷等级分类计算
我们在着手建筑物防雷设计的第一步时,首先是要确定建筑物的防雷等级。《建筑物防雷设计规范》(GB50057-97 2000)中,对建筑物防雷等级的划分,除了由建筑物的功能定性外,第二、三类防雷建筑,还取决于建筑物的预计年雷击次数N。
2.1 建筑物的预计年雷击次数计算
建筑物年预计雷击次数应按下式计算:
N = k * Ng * Ae  (1)
式中:N ──建筑物年预计雷击次数(次/a);
      k ──校正系数,在一般情况下取1,在下列情况下取相应数值:位于旷野孤立的建筑物取2;金属屋面的砖木结构建筑物取1.7;位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取1.5;
      Ng ──建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2·a)];
      Ae──与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。
雷击大地的年平均密度应按下式计算:
Ng = 0.024T d 1.3  (2)
式中:T d──年平均雷暴日,根据当地气象台、站资料确定(d/a)。
建筑物等效面积Ae是其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法分以下三个方面:
(1)当建筑物的高H小于100m时,其等效面积按以下公式计算:
(3)式中: L、W、H──分别为建筑物的长、宽、高(m)。
(2)当建筑物的高H等于或大于100m时,建筑物的等效面积按下式计算:
Ae =[ LW+2 H(L+W)+πH2 ]·10-6  (4)
(3)当建筑物各部位的高不同时,应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度,其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。
(4)按以上公式计算得到N后就可以确定防雷等级了。一般先把建筑物按其重要性和使用性质分为部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物和住宅、办公楼等一般性民用建筑物两类。
部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物其年预计雷击次数N大于0.06次/a时,该建筑就划为第二类防雷建筑物;若N大于等于0.012次/a,且小于或等于0.06次/a,则该建筑就划为第三类防雷建筑物。住宅、办公楼等一般性民用建筑物其年预计雷击次数N大于0.3次/a时,该建筑就划为第二类防雷建筑物;若N大于等于0.06次/a,且小于或等于0.3次/a,则该建筑就划为第三类防雷建筑物。
那么,如果N小于0.012次/ a该怎么办呢?按照规范的要求,如果N小于0.012次/ a,同时该建筑物又不属于国家机关、政府大楼等重要建筑的话,可以不做防雷设计。但是,从2004年7月开始,上海气象局对没有做建筑防雷设计的建筑工程不与审批通过。因此,年预计雷击次数小于0.012次/ a的建筑物的防雷设计还要根据各个地方的地方规定。
2.2 计算举例
例1:南京某大学教学楼,其屋顶平面图见附录图纸“教学楼屋顶平面图”,各尺寸见平面图标注,试确定其防雷等级。
解:从建筑屋顶平面图各标高可以看到,此建筑属于上述三类中的(3),即建筑各部位的高度不同。
但它还有一个特殊的地方,就是整幢建筑的外形呈半工字形,对这种特殊的联体式的建筑,防雷计算有两种不同的可行的方法。一种是把整幢建筑的外周长加起来,算做等效长度,然后根据等效长度和宽、高来计算年预计雷击次数。第二种是把整幢建筑按其结构功用分为三个单体来分别计算,计算后取防雷等级大的为整个建筑的防雷等级,然后根据每个单体建筑的长、宽、高适当增设避雷针。
第一种做法是常规的做法,而第二种做法是一种经验做法,目前已经被审图公司认可,之所以可以采取此种方法计算是因为像这样的建筑,因为其单体功能不同,建筑里配电设备一般是按单体设计的,每个单体都有其单独的室内防护(将在后面叙述),因此外部防雷也可以分开。
此建筑按第二种方法计算其年预计雷击次数。因为其对称,所以只需计算上边部分与中间的单体。现把其按高度分为4块区域(两边上屋顶楼梯不计)。计算如下:
块1:长21m、宽18m、高22.9m,所以
Ae1=0.01808
块2:长72m、宽21.1m、高21m,所以
Ae2=0.024739
块3:长30.2m、宽16.3m、高20.1m,所以
Ae3=0.017439
把Ae1、Ae2、Ae3相加得到上边部分的建筑等效面积
Ae=0.060258
南京地区年平均雷暴日T d=35.1d/a,所以
Ng =2.449686411
校正系数k取1,则年预计雷击次数
N 1=0.148
此学校建筑应该归类于人员密集的公共建筑物,其年预计雷击次数N大于0.06,因此此建筑单体属于二类防雷建筑。下部单体与其对称,也属于二类防雷建筑。
块4:长52m、宽37.8m、高14.5m,所以
Ae=0.019726
其年预计雷击次数
N2=0.0483
N大于0.012而小于0.06,所以此建筑单体属于三类防雷建筑。
综上所述,可以看到三个建筑单体的防雷等级不同,但按照原则,此建筑应归类于二类防雷建筑。因此此建筑的所有防雷设计都应按照防雷设计规范上“二类防雷建筑物的防雷措施”进行设计。
3 综合防雷系统设计
3.1 综合防雷设计的六大要素
防雷设计是一个很复杂的问题,不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响,必须针对雷害入侵途径,对各类可能产生雷击危害的因素进行综合防护,才能将雷害减少到最低限度。这种综合防护主要包括接闪、分流(保护)、均压、屏蔽、接地、合理布线,统称为综合防雷六大要素。
(1)接闪
接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道,而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道,将雷电能量泄放到大地中去。
(2)分流(保护)
这是现代防雷技术迅猛发展的重点,是保护各种电子设备或电气系统的关键措施。
所谓分流就是在一切从室外来的导体(包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线)与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD,当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,雷电电流就由此处分流入地了。雷电流在分流之后,仍会有少部份沿导线进入设备,这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的,所以对于这类设备在导线进入机壳前,应进行多级分流(即不少于三级防雷保护)。
(3)均压
指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体,建筑物内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件,因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求,应有目的地把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起,同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起,这就使整个建筑物成为良好的等电位体。
(4)屏蔽
屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施,不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰,而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低,有时附近打雷或接闪时,也会受到雷电波的电磁辐射的影响,甚至在其他建筑物接闪时,还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此,我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋,使其构成一个网笼,从而实现屏蔽。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有密,钢筋密度不够时,设计人员应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解,而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外,建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。
(5)接地
接地就是让已经流入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地,而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用,良好的接地才能有效地泄放雷电能量,降低引下线上的电压,避免发生反击。

过去的一些旧规范要求电子设备单独接地,目的是防止电网中杂散电流干扰设备的正常工作。但现在,防雷工程设计已不提倡单独接地,而是更多的与防雷接地系统共用接地装置,但接地电阻要由原来的小于4Ω减少到1Ω。我国的现用的规范规定,如果电子设备接地装置采用专用的接地系统,则其与防雷接地系统的地中距离要大于20m。防雷接地是防雷系统中最基础的环节,也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。
(6)合理布线
指如何布线才能获得最好的综合效果。现代化的建筑物都离不开照明、动力、电话、电视和计算机等设备的管线,在防雷设计中,必须考虑防雷系统与这些管线的关系。为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响,首先,应该将这些电线穿于金属管内,以实现可靠的屏蔽;其次,应该把这些线路的主干线的垂直部分设置在建筑物的中心部位,且避免靠近用作引下线的柱筋,以尽量缩小被感应的范围。除考虑布线的部位和屏蔽外,还应在需要的线路上加装避雷器、压敏电阻等浪涌保护器。因此,设计室内各种管线时,必须与防雷系统统一考虑。
3.2 综合防雷设计分类
传统的防雷方法主要就是直击雷的防护,其技术措施可分为接闪器、引下线、接地体等。其中接闪器可以根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等,决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网或其联合接闪方式。但随着微电子技术高度发展及广泛应用,传统的防雷设计方法已难以满足现代建筑防雷的需要。
根据以上综合防雷六要素可以把现代防雷保护分为外部防雷保护(建筑物或设施的直击雷防护)和内部防雷保护(雷电电磁脉冲的防护)两部份,外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故,而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及地电位反击电压侵入设备造成的毁坏,这是外部防雷系统无法保证的。
  3.2.1 外部防雷系统及其设计
如上面所述外部防雷主要是指防止建筑物或设施(含室外独立电子设备)免遭直击雷的危害,其技术措施有接闪器、引下线、接地体等几种。下面分别阐述它们的类别和具体设计。
3.2.1.1接闪器
接闪器是避雷针、避雷带(线)、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等的总称。功能是把接引来的雷电流,通过引下线和接地装置向大地中泄放,以保护建筑物免受雷害。现在常用的接闪器有避雷针、避雷带(线)、避雷网等几种。
(1)避雷针
避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来,通过良好的接地装置,把雷电流泄入大地,保护建筑物不受雷击的一种金属装置。
避雷针的工作原理:
当高空出现雷雨云的时候,大地上由于静电感应作用,必然带上与雷雨云相反的电荷,避雷针处于地面建筑物的最高处,与雷雨云的距离最近。由于它与建筑物的钢筋网有良好的电气连接,再通过引下线与基础接地连接,所以它与大地有相同的电位,因此避雷针附近空间的电场强度比较大,容易吸引雷电先驱,使主放电都集中到它的上面,从而使附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少,而避雷针被雷击的几率却大大的提高。由于避雷针与大地有良好的电气连接,能把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放,使因雷击而造成的过电压时间大大的缩短,所以从很大程度上降低了雷击的危害性。以上就是避雷针的工作原理。但需要说明,避雷针必须有足够可靠和接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套,否则,它不但起不到避雷的作用,反而增大雷击的损害程度。避雷针不但不能避雷反而是引雷,它是使自身多受雷击而保护周围免受雷击。我们国内有些教科书,把避雷针的原理说成是靠尖端放电中和云层电荷从而消除闪电,这是错误的。
避雷针保护范围的计算方法:
目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同,大体上有如下几种计算方法:
折线法:即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体。
曲线法:即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体。
直线法:是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定,有爆炸危险的建筑物用45°角,对一般建筑物采用60°角,实质上保护范围为一直线圆锥体。
目前我国《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 2000)采纳了国际电工委员(IEC)推荐的“滚球法”作为避雷针保护范围的计算方法。在此就不再叙述,如有需要可参见《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 2000)附录4。
避雷针的制作规格:
由许多实际调查统计资料表明,避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系。所以,不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。避雷针大多采用圆钢或钢管制成,其直径要求如下:
针长1m以下: 圆钢为12mm 钢管为20mm;
针长1-2m: 圆钢为16mm 钢管为25mm;
烟囱顶上的针: 圆钢为20mm 钢管为40mm (见GB50057-94 2000第四章)。
近来国内市场上经销一种叫主动式避雷针的产品,主要来自法国和澳大利亚。据厂家称,这此产品能够随大气电场变化而吸收能量,当存储的能量达到某一程度时,便会在避雷针尖放电,尖端周围空气离子化,使避雷针上方形成一条人工向上的雷电先导,它比自然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触,形成主放电通道。这样,雷雨云靠该避雷针放电的几率就增加了,相当于避雷针的保护范围加大了,或者相当于将避雷针加高了。
(2)避雷带(线)
20世纪初,在电力系统,为了使输电线路少受雷击,采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法。这种架设在输电线路上方的钢线,称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式,开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护,现在这种方法已经被避雷带所替代。
在房屋建筑屋顶周围,用扁平的金属带做接闪的方法称之为避雷带,它是由避雷线改进而来。在建筑物屋顶上,使用避雷带比避雷针有较多的优点,它可以与楼房顶的装饰结合起来,可以与房屋的外形较好的配合,即美观防雷效果又好。特别是大面积的建筑,它的保护范围大而有效,这是避雷针所无法比的。
避雷带一般采用扁钢制作,其截面积不小于48mm2,厚度不应小于4mm,现今的一般做法是不管建筑物属于几类防雷建筑,都采用4X40的镀锌扁钢制作避雷带。根据规定二类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×l6m的网格。如果同时还有避雷针,则避雷针应用避雷带相互连接。
(3)避雷网
避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法,也叫做暗装避雷网。暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。根据一般建筑物的结构,钢筋距面层只有6-7cm,面层愈薄,雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚,入彀钢筋距面层厚度大于20cm,最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢,网格大小可根据建筑物重要性,分别采用5mX5m或10mX10m的圆钢制成。建筑物顶上往往有许多突出物,如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等,都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。
(4)安装避雷带和避雷网注意事项
a. 避雷带及其连接线经过沉降缝(沉降缝:一座较长的多层建筑物,往往在横向上把建筑物分成几段,段与段之间留有一段空隙,防止各段因下沉不一致而引起建筑物损坏)时,应留有10-20cm以上余量的跨越线。
b. 有女儿墙的平顶房屋,其宽度小于24m时,只须沿女儿墙上部敷设避雷带;宽度大于24m时,须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条。
c. 房屋面坡度为27°-35°且长度不超过75m时,只需沿屋脊敷设避雷带。四坡顶房屋,应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护,应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m,且长度大于75m时,要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。
d. 当屋顶面积非常大时,应在屋顶上敷设金属网格,即避雷网。避雷网分明网和暗网,网格越密,可靠性越好,网格的密度可视建筑物重要程度而定,重要建筑物采用5X5m的网格,一般建筑物用20X20m的网格即可。
3.2.1.2引下线
连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。现代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下线。因为雷击时引下线上有很大的雷电流流过,会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击,而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击。它还比专门引下线有更多的优点,因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的,和接地网络形成了一个整体的"法拉第"笼,它们处于等电位状态,雷电流会很快被分散掉,可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。
规范对引下线的设计有如下要求:
表1
另外,普通引下线采用圆钢时,其直径为不应小于16mm;采用扁钢时,其截面积最小为 48mm2;厚度不小于4mm。装在烟囱上的引下线其尺寸是:圆钢直径大于24mm;扁钢截面积不小于100mm2,厚度为4mm。
为便于检查避雷设施连接导体的导电情况和接地体的散流电阻,要在建筑物四周的引下线上做断接卡子,断接卡子距地面最高为1.8M。当利用混凝土柱钢筋做引下线时,因为是从上而下连接一体,因此不能设置断接卡子测试接地电阻。需在柱内做为引下线的钢筋上,距室外地面0.5m处的柱子外侧,另焊一根圆钢(Φ≥10)引至柱外侧的墙体上,做为防雷测试点。每根引下线处的冲击接地电阻不能大于5Ω。
3.2.1.3接地体
接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时,应将地梁内钢筋连成环形接地装置;没有钢筋混凝土地梁时,也可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内,用40x4mm镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿,形成环形接地。 
当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电系统工作接地等共用接地装置时,接地电阻值应不大于1Ω。 采用共用接地装置时,弱电系统应将各自设备机房内与建筑物绝缘的接地端子,用25mm2以上的铜芯电缆或导线穿焊接钢管做单独的引下线,在建筑物基础处与接地板相连。弱电系统一般要求接地电阻不大于4Ω,如若设独立的接地系统,其与防雷接地系统的距离要大于20m。
  3.2.2 内部防雷系统及其设计
构筑和作用于建筑物内部的防雷工程称为内部防雷工程,其系统就是内部防雷系统。建筑物内部防雷工程涉及面较宽,面对的是包括感应雷、传导雷和因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害,归纳起来危害最大的主要方面是高电压的引入。
高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到室内或其他地方造成破坏的雷害现象。高电压引入的电源有三种:其一是直击雷直接击中金属导线,让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内,即雷电波侵入;第二种是来自感应雷的高电压脉冲,即感应过电压;第三是地电位反击,这种反击会沿着电力系统的零线,保护接地线和各种形式的接地线,以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围,造成大面积的危害。
针对以上三种雷害内部防雷系统主要有屏蔽、安装防雷器SPD和等电位连接等三种措施。屏蔽措施已经在防雷设计六大要素中有所阐述,下面主要阐述防雷器SPD设计安装和等电位连接。
  3.2.2.1 防雷器SPD设计安装
SPD中文简称电涌保护器,又称浪涌保护器。根据IEC标准规定,电涌保护器主要是指抑制传导来的线路过电压和过电流的装置。它的组成器件主要包括放电间隙、压敏电阻、二极管、滤波器等。根据构成组件和使用部位的不同,电涌保护器可分为电压开关型SPD、限压型SPD和组合型SPD。而根据应用场合分类,电涌保护器又可分成电力系统SPD和信息系统SPD。一般信息系统SPD由信息系统设计者负责设计选型。这里主要阐述一下电涌保护器在建筑物电力系统防雷设计中的应用。
电力系统防雷主要是为了防止雷电波通过电源线路而对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大,或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备,以及防止线缆遭受二次感应,依照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 2000)和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004,应采取分级保护、逐级泄流的原则。其具体设计做法:
一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源避雷器,这里一般要用三相电压开关型SPD;二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二或三级电源避雷器,一般用限压型SPD;三是在末端配电处安装四级或称为末端电源避雷器,一般用限压型SPD。究竟要使用几级SPD,可以有建筑防雷等级确定。一般一类防雷建筑需要四级;二类需要三级;三类需要二级。为了确保遭受雷击时,高电压首先经过一级电源避雷器,然后再经过二、三级或末级电源避雷器,一级电源避雷器和二级电源避雷器之间的距离要大于10米,如果两者间距不够,可采用带线圈的防雷箱,这样可以避免二级或三级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。
这里有三个需要注意的地方:一是电涌保护器与母排连接的导线要短而直,长度不能超过5m,连接线过长可能导致上级SPD还没分流,电涌就串到下级SPD处,导致下级SPD一下子被烧毁;二是SPD安装线路上应该装有过电流保护器,原因是为了防止因SPD老化而造成短路。这里的过电流保护器主要使用断路器,按一般经验做法,二级SPD上的断路器整定电流选40A,三级SPD上的断路器整定电流选32A,末级SPD上的断路器整定电流选25A,而一级SPD无需装设,因为一级SPD使用电压开关型SPD,其内部已有自带的过电流保护器。三是各个SPD都需要与接地装置之间进行等电位连接。(参见附录图纸“系统图”)
  3.2.2.2 等电位连接
等电位连接是综合防雷系统中的最重要的一项基本措施。GB50057—94 2000版里强调了等电位连接在内部防雷中的作用。等电位连接是为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险的一项很重要的措施,特别是在建筑物内部防雷空间防止发生生命危险的最重要的措施。
建筑物的等电位连接设计主要有以下几种:
(1)总等电位连接和局部等电位连接
总等电位连接MEB的作用在于降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差,并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害,它主要通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板(接地母排)将下列导电部分互相连通:进线配电箱的PE(PEN)母排;公用设施的金属管道,如上、下水、煤气等管道;建筑物金属结构;如果做了人工接地,也包括其接地极引线。 建筑物每一电源进线都应做总等电位连接,各个总等电位连接端子板应互相连通。
局部等电位连接LEB是指当电气装置或电气装置的某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时,应在局部范围内做的等电位连接。它包括PE母线或PE干线;公用设施的金属管道;如果可能,也包括建筑物金属结构。
(2)建筑物内部导电部件的等电位连接
等电位连接不仅仅是针对雷电暂态过电压的,还包括其它如工作过电压、操作过电压等暂态过电压的防护,特别是在有过电压的瞬间对人身和设备的安全防护。因此,有必要将建筑物内的设备外壳、水管、暖气片、金属梯、金属构架和其他金属外露部分与共用接地系统做等电位连接。而且需要注意的是,绝不能因检修等原因切断这些连接。但是,对于燃气管道,只在进入建筑物处与接地系统相连,但在每个接头处要有辅助跨接线。因为燃气管道本身不容许有多个接地连接,使其成为接地系统的一部分。

(3)信息系统的等电位连接

对信息系统的各个外露可导电部件也要建立等电位连接网络,并与共用接地系统相连。接至共用接地系统的等电位连接网络有两种结构:S型(星型)结构和M型(网格型)结构。对于工作频率小于0.1MHZ的电子设备,一般采用S型(星型)结构;对于频率大于10MHZ的电路,一般采用M型(网格型)结构。
(4)各楼层的等电位连接
将每个楼层的等电位连接与建筑物内的主钢筋相连,并在每个房间或区域设置接地端子,由于每层的所有接地端子彼此相连,而且又与建筑物主钢筋相连,这就使每个楼层成了等电位面。再将建筑物所有接地极、接地端子连接形成等电位空间。最后,将屋顶上的设备和避雷针等与避雷带连接形成屋面上的等电位。
(5) 接地网的等电位连接
在某中意义上说,建筑物的共用接地系统在大范围内即为等电位连接,比如我们常见的计算机房的工作接地、屏蔽接地和防雷接地等采用同一接地系统的原理就是避免各接地间产生的瞬态过电压差对设备造成影响。因此,钢筋混凝土结构建筑物利用基础钢筋网做接地体,一般要围绕建筑物四周增设环形接地体,并与建筑物被柱内用作引下线的柱筋焊接,这样就大大降低了接地网由于雷电流造成地电位不均衡的概率(参见附录图纸“基础接地平面图”)。
综上所述,楼层下部有接地网,楼层里有等电位均压网,楼顶物体与避雷装置连接在一起形成等电位,这样就在电气上成为法拉第笼式结构,人和设备在此环境中绝无雷击危险。因此,等电位连接在建筑物及其电子信息系统中是最重要的一项电气安全措施。
另外,为保证等电位连接的可靠导通,等电位连接线和接地母排应分别采用铜线和铜板。等电位连接这一电气安全措施并不需复杂价昂的电气设备,它所耗用的不过是一些导线,不象埋在地下的人工接地极易因受土壤腐蚀而失效(实际上在实施等电位联结的同时也实现了接地,因它所连接的水管和基础钢筋等本身已起到低电阻长寿命的接地作用),它在保证电气安全上的作用远胜于我们过去习惯采用的专门打入地下的人工接地。在发达国家不要求住户打入人工接地,但住宅楼内如不做总等电位连接和浴室内的局部等电位连接,非但甲方不予验收,当地供电公司也以电气上不安全为由拒绝供电。看来我国的各地气象主管机构和建设主管部门还得要加强新建建筑物中等电位连接一项的审核力度。
4 工程举例
有南京某一大学教学楼,同例1,对此幢建筑物进行防雷设计。设计步骤如下:
4.1 防雷等级分类计算
由例1得:N 1=0.148、 N2=0.0483,两者之中取其大者,由此确定此建筑属于二类防雷建筑。因此此建筑的所有防雷设计都应按照防雷设计规范上“二类防雷建筑物的防雷措施”进行设计。
4.2 外部防雷系统设计
4.2.1 接闪器
本工程采用避雷带作为主要的的接闪器。另外,根据上下部建筑单体长度和高度,决定在其最高点分别装设避雷针。避雷带采用40X4热镀锌扁钢,考虑到美观,对热镀锌扁钢进行贴零敷设。避雷带过伸缩缝和沉降缝时应留有10cm的余量。避雷针型号为PDC6.3,其针对二类建筑的保护半径为93m,满足要求。避雷针应与避雷带相互连接。
4.2.2 引下线
利用结构柱内两根不小于Ø16的主筋做为防雷引下线, 上端与避雷带焊接,下端与接地体焊接,并在建筑物四处外角处的引下线上距地0.6m做暗装测试点。二类防雷建筑的引下线间距为不大于18m,因此,在此建筑每搁16m设一引下线。根据规定二类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。
4.2.3 接地体
本工程利用基础梁内的主筋作为接地体,图示基础梁内的上下两层钢筋均焊成一个回路。接地体四周与引下线焊接处要引出2米镀锌扁钢供补打接地极用。在MEB、LEB端子板处用两根40*4热镀锌扁钢与基础接地体两条主钢筋相焊接引上至各等电位端子箱。用两根40*4热镀锌扁钢与基础接地体两条主钢筋相焊接沿竖井引上至电梯机房作工作接地体。
4.3 内部防雷系统设计
4.2.1 防雷器SPD设计安装
参见附录“系统图”。
4.2.2 等电位连接
在建筑物总进线处敷设总等电位端子板,在电信机房、校园网机房、电梯机房处敷设局部等电位端子板,做等电位连接。
4.2.3其它
应写于设计说明中,如下:
(1)进入建筑物的各种线路及金属管道采用全线埋地引入,所有进出建筑的各种金属管道、建筑物金属结构、电气设备金属外壳PE干线均应与总等电位端子板或就近的防雷引下线地坪下一米处引出扁钢连通。
(2)本单体采用TN-S系统,各插座回路均采用漏电保护开关,低压开关柜下侧设专用接地线(PE),它与配电室的等电位端子箱相焊接,在配电室内PE线采用40x4热镀锌扁钢沿室内周边敷设。
(3)本工程采用电气保护接地,各层弱电设备单点接地与防雷接地共用接地装置,接地电阻不大于1欧姆,施工后如实测接地电阻不能满足要求,应补打接地极。
(4)用电、配电、控制设备的金属外壳、电梯轨道、金属构架、金属灯具的外壳等必须与保护线(PE)线可靠连接,以保障操作安全,在钢管与钢管连接处和钢管与接线盒连接处,均需用不小于Ø6的圆钢作跨接线焊接。
4.4 设计图纸
参见附录图纸“屋顶防雷平面图”与“基础接地平面图”。
5 结论
防雷是建筑物必不可少的一个措施,现代建筑因为其内部越来越多的电子设备的使用,使其受到雷击危害的概率大大增加,形式也越来越多。可以这样说,雷电并没有改变,变的是建筑的使用环境。因此现时的电气防雷设计要求已大大不同于以往,雷电电磁脉冲对建筑及其内部设备的损害已大大超过以往直击雷对建筑物的损害。
所以,现代的建筑防雷设计应该全面考虑雷击危害的各种因素,应采用综合防雷系统设计,由外部防直击雷,内部防雷电电磁脉冲,用外部防雷和内部防雷的各种措施保护建筑、设备、人员的安全。
我国外部的防雷措施已相对完善,但内部防雷措施还存在着各种缺陷,因此我们的电气设计人员要积极学习国外的内部防雷设计经验,把国内的内部防雷设计也逐渐完善。





西亚

0577- 62602786

版权所有 @ 2018 西亚电力设备有限公司 | 全国统一服务热线:0577- 62602786