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防雷工程设计施工和验收

来源:德恩拓 发布时间:2013-6-14 13:15:27

     在气象学中,常用雷暴日数、年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度,来表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。此外,也使用年雷闪频数来评价雷电活动,它是指1000平方公里范围内一年共发生雷闪击的次数。

     大量观测统计资料表明,一个地区的雷闪频数与雷暴日数成线性关系。通常,建筑行业的防雷,更多的注重。雷暴日的多少;航空、航海、气象、通信等行业越来越关心年雷闪频数的多少。我国一般按年平均雷暴日数将雷电活动区分为少雷区(<15天)、中雷区(<15—40天)、多雷区(>41—90天)、强雷区(>90天)。我国的雷电活动,夏季最活跃,冬季最少。全球分布是赤道附近最活跃,随纬度升高而减少,极地最少。防雷器

     雷电的破坏

     雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度(25—30kV/cm)时,所发生的猛烈放电现象。

     通常雷击有三种形式,直击雷、感应雷、球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后,云层带电迅速消失,地面某些范围由于散流电阻大,出现局部高电压,或在直击雷放电过程中,强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。球形雷是球状闪电的现象。

     1)直击雷破坏;

     当雷电直接击在建筑物上,强大的雷电流使建(构)筑物水份受热汽化膨胀,从而产生很大的机械力,导致建筑物燃烧或爆炸。另外,当雷电击中接闪器,电流沿引下线向大地泻放时,这时对地电位升高,有可能向临近的物体跳击,称为雷电反击,从而造成火灾或人身伤亡。

     2)感应雷破坏;

     感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大,会产生强大的交变磁场,使得周围的金属构件产生感应电流,这种电流可能向周围物体放电,如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸,而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。3)静电感应雷;防雷器

     带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时,云层中的负电荷在一瞬间消失了(严格说是大大减弱),那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚,在电势能的作用下,这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。易燃易爆场所、计算机及其场地的防静电问题,应特别重视。

     4)电磁感应雷;

     雷击发生在供电线路附近,或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场,此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在,建筑物上落雷机会反倒增加,内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了,对用电设备造成极大危害。因此,避雷针引下线通体要有良好的导电性,接地体一定要处于低阻抗状态。

     5)雷电波引入的破坏;

     当雷电接近架空管线时,高压冲击波会沿架空管线侵入室内,造成高电流引入,这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物,容易酿成火灾。

     怎样进行雷电灾害防护

     单位应定期由专业防雷公司检测防雷设施,评估防雷设施是否符合国家规范要求,比如:学校、公司、区级以上医院、四星级以上宾馆、城区内高度在45米以上的高层建筑需两年检测一次。单位应设立防范雷电灾害责任人,负责防雷安全工作,建立各项防雷安全工作,建立各项防雷设施的定期检测,雷雨后的检查和日常的维护。如雷雨过后,安装在电话程控交换机、电脑等电器设备电源上和信号线上的过压保护器应检查有无损坏,发现损坏时应及时更换。

     建设单位在防雷设施的设计和建设时,应根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点,雷电活动规律等因素综合考虑,采用安全可靠、技术先进、经济合理的设计施工。

     应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材、避免使用非标准防雷产品和器件。新增加建设和新增加安装设备应同时对防雷系统进行重新设计和建设,如:重新铺设电脑网络线、室外天线的移位和加高等等都应该重新设计和建设防雷设施。

     雷灾发生时应及时处理,采取措施,避免再次雷击。

     常规防雷

     常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成,即接闪器、引下线和接地体;

     雷电保护的整体概念

     六点防雷计划:

     针对雷电的危害,我们认为防雷必须是全面的。主要包括以下六方面:防雷器

     1.控制雷击点(采用大保护范围的避雷针)

     2.安全引导雷电流入地网

     3.完善的低阻地网

     4.消除地面回路

     5.电源的浪涌冲击防护

     6.信号及数据线的瞬变保护

     在科学技术日益发展的今天,虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电,但是经过长期的摸索与实践,已积累起很多有关防雷的知识和经验,形成一系列对防雷行之有效的方法和技术,这些方法和技术对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的指导意义。

     二、防雷接地原理

     接地系统

     接地是避雷技术最重要的环节,不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷,最终都是把雷电流送入大地。因此,没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小,散流就越快,被雷击物体高电位保持时间就越短,危险性就越小。对于计算机场地的接地电阻要求≤4欧姆,并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地,则应在两地网间用地极保护器连接,这样,两地网之间平时是独立的,防止干扰,当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通,形成等电位连接。

     防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程,整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此,所以应该认真的系统的研究。

     电力、电子设备的接地,是保障设备安全、操作人员安全和设备正常运行的必要措施。可以认为,凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地;凡是电力需要到达的地方,就是接地工程需要作到的地方。由此可以我们知道,接地工程的广泛性和重要性。

     一方面,随着时代的进步,强功能高价值设备的广泛使用,要求提供更加可靠的接地保护;另一方面,微电子技术的推广,使得现代设备要求更低的接地电阻,还往往需要抗干扰。实践要求有更加系统的接地理论来对工程实际进行指导。根据近年来的设计施工经验认为:

     a)接地连接方式和接地参数并重;

     b)以减小或消除同系统中不同性质的接地(如防雷地、工作地、外壳接地、静电地、信号地等)之间的电位差为目的,选用适当的布线方式;

     c)根据地网所在地的接地电阻、土层分布等地质情况,尽量进行准确设计;

     接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地,良好的接地才能有效地降低引下线上的电压,避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地,目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。90年代以前,部队的通信导航装备以电子管器件为主,采用模拟通信方式,模拟通信对干扰特别敏感,为了抗干扰,所以都采取电源与通信接地分开的办法。现在,防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地,美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出:不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。接地是防雷系统中最基础的环节。接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。防雷接地是地面通信台站安装验收规范中最基本的安全要求。

     防雷接地

     为使雷电浪涌电流泄入大地,使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害,所有建筑物、电气设备、线路、网络等不带电金属部分,金属护套,避雷器,以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、带、线、网,接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。为防止反击,以往的防雷规范对防雷接地与其他接地之间提出一整套限制措施,即规定两类接地体和接地线之间的最短距离。在有些情况下,间距无法拉开到规定值时,则要采用严密的绝缘措施。防雷器

     接地的种类

     供电系统用变压器的中性点直接接地;以及电器设备在正常工作情况下,不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接,都称为接地,前者为工作接地,后者为保护接地。配电变压器低压侧的中性点直接接地,则此中性点叫做零点,由中性点引出的线叫做零线。用电设备的金属外壳直接接到零线上,称接零。在接零系统中,如果发生接地故障即形成单相短路,使保护装置迅速动作,断开故障设备,从而使人体避免触电的危险。

     地网工程概论

防雷接地,应按现行国家标准《建筑防雷设计规范》执行。由于接地的良好状态对防雷有非常重要的影响,所以在制作拉地体时一般采用40mm×40mm的角铁,每根长2.5m,间距约5米垂直打入地下,顶端距地面约0.5-1.0m,顶端再用40mm×40mm左右的扁铁全部焊起来,构成一个统一的接地系统。

防雷等电位连接

     接闪装置在捕获雷电时,引下线立即升至高电位,会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络,并使其电位升高,进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险,最简单的办法是采用均压环,将处于地电位的导体等电位连接起来,一直到接地装置。台站内的金属设施、电气装置和电子设备,如果其与防雷系统的导体,特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时,则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时,台站内的所有设施立即形成一个等电位岛,保证导电部件之间不产生有害的电位差,不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。等电位连接的目的,在于减少需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统,以及在一个防雷区内部的金属部件和系统,都应在防雷区交界处做等电位连接。应采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带做等电位连接,而且当需要时,应采用避雷器做暂态等电位连接。

     等电位连接的主体及要求

     等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与系统之间的电位差。当建筑物内有信息系统时,在那些要求雷击电磁脉冲影响最小之处,等电位连接带宜采用金属板,并与钢筋或其他屏蔽构件作多点连接。对进入建筑物的所有外来导电部件做等电位连接的主体应包括以下内容:

     1)设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道;防雷器

     2)供电线路含外露可导电部分;

     3)防雷装置;

     4)由电子设备构成的信息系统。

     大楼的计算机房六面敷设金属屏蔽网,屏蔽网应与机房内环形接地母线均匀多点相连。通过星型(S型结构或网形M型)结构把设备直接地以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。小型机房选S型,大型机房选M型结构。机房内的电力电缆(线)、通信电缆(线)宜尽量采用屏蔽电缆。架空电力线由终端杆引下后应更换为屏蔽电缆,进入大楼前应水平直埋15m以上,埋地深度应大于0.5m,屏蔽层两端接地,非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋15m以上,铁管两端接地。

     三、项目概述

     A、项目勘察的具体情况

     广州某军区通讯站位于广州市。机房位于通讯站办公楼二楼,办公楼属钢筋混凝土框架结构。根据通讯站负责人介绍;位于办公楼南面绿化带有一人工辅助地网,经相关技术员采用电阻测试仪测得人工辅助地网平均电阻值为0.63Ω,符合GB50174-93《电子计算机机房设计规范》要求。但机房无防雷接地端子和等电位连接。

     B、雷暴区及危险等级

     C、客户要求

     根据现场已有的防雷接地在机房内安装符合标准规范的防雷接地端子和等电位连接。

     四、设计方案

     A、引用标准

     uGB50174-93《电子计算机机房设计规范》

     uIEC6I312《雷电电磁脉冲的防护》

     B、方案设计

     依据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》第六章:雷击电磁脉冲,第三节:屏蔽、接地和等电位连接的要求;依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》第五章:防雷设计,第三节:等电位连接及共用接地系统设计中关于等电位连接的要求;参考IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》标准第一部分:通则,第三章第四节:等电位连接的要求;第二部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地中关于等电位连接的要求;按照GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》第六章:防雷施工中关于等电位连接的要求进行施工。   

 

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