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1 材料与方法
1.1 建筑物基本情况
该住宅楼位于盐城市区,地形平坦,交通便利,建筑物长:54.4米、宽:16.7米、高89.0米,共28层,距其约28米处有更矮的建筑物。建筑物的尺寸即:L=54.4m,W=16.7m,H=89.0m。
1.2 雷电灾害风险评估计算
参照规范:GB/T 21714.2/IEC 62305-2 雷电防护 第二部分:风险管理。
火灾风险:低 rf=0.001 灭火设施:灭火器、消防栓 rP=0.5 特殊危险:中等惊慌 hz=5 内部系统:P+S 雷击密度:Ng=3.89[次/(km2.a)];位置因子:Cd=0.5;环境因子:Ce=0.1 Lc=1000m 土壤电阻率:ρ=27.66Ω・m。
该住宅楼及入户线路的截收面积计算:
Ad=LW+6H(L+W)+9π(H)2=262723.34m2
A1(P)=[LC-3(Ha+Hb)]=3855.34m2
Ai(P)=25LC=131491.88m2
A1(S)=[LC-3(Ha+Hb)]=3855.34m2
Ai(S)=25LC=131491.88m2
该住宅楼及入户线路年预计雷电闪击次数计算:
ND=NgAdCd10-6=0.5110次/年
NL(p)=NgAlCdCt10-6=0.0007次/年
NI(p)=NgAiCeCt10-6=0.0512次/年
NL(s)=NgAlCd10-6=0.0037次/年
NI(s)=NgAiCe10-6=0.2558次/年
该住宅楼雷电灾害风险分量计算:
根据RA=ND×PA×ra×Lt
RB=ND×PB×h×rP×rf×Lf
RU=(NL+ND/a)×PU×ra×Lt
RV=(NL+ND/a)×Pv×h×rP×rf×Lf
R1=RA+RB+RU+RV
得出R1=17.9974×10-5
对于该住宅楼风险R1=17.9974×10-5比可接收风险值RT=10-5 的值高,所以需要对建筑物进行防雷保护。
为达到技术与经济的最佳方案先采用三类防护措施:
则PB=0.1 PSPD=0.03 PA=0。
根据三类防护措施所得的风险值:
R1=1.2809×10-5
如上所述,采取三类防护措施后,该住宅楼风险R1仍比可接收RT=10-5的值高。
为了更有效的保护该住宅楼,采用二类防护措施:
PB=0.05 PSPD=0.02 PA=0。
根据二类防护措施所得的风险值:
R1=0.6410×10-5
如上所述,采取二类防护措施后,该住宅楼风险降至可承受风险值之下,即:R1<10-5。
综上所述,根据GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷电防护 第二部分:风险管理得出该住宅楼应按照第二类防雷要求设计。
1.3 建筑物防雷分类计算
参照规范:《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)
校正系数k:根据该住宅楼的实际情况,k取1;
雷击大地的年平均密度:
盐城市区近40年(1971年-2010年)的年平均雷暴日(Td)为28.7天,则
Ng=0.1Td=2.87次/(km2.a);
由于该住宅楼H=89.0m,小于100m,则每边扩大宽度
D==99.39m
在其2D范围内有比它更矮的建筑物,则等效面积:
Ae=[LW+(L+W)+πH(200-H)/4]・10-6
=0.01573km2
建筑物年预计雷击次数:N=kNgAe=0.05次/a
可知,该住宅楼年预计雷击次数0.05次/a≤N≤0.25次/a
综上所述,根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)得出该住宅楼应划为第三类防雷建筑物。
2 浅析计算结果的差异性
由于采取的规范不同,所以计算的方式也不同,但对于建筑物防雷而言,某些因子是必然要采用的。例如:年预计雷击次数、截收面积等。
(1)年预计雷击次数:雷电灾害风险评估过程中,年预计雷击次数Ng是采集该项目地理位置参数,根据其中心经纬度,通过雷电监测系统,统计分析该住宅楼3.5km范围内5年(2006~2010)地闪资料得出的(见图1)。
闪电定位仪:是一种监测雷电发生的气象探测仪器,是指利用闪电辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电放电参数的一种自动化探测设备,并把经过预处理的闪电数据实时地通过通讯系统送到中心数据处理站实时进行交汇处理,可全天候、长期、连续运行并记录雷电发生的时间、位置、强度和极性等指标。
《建筑物防雷设计规范》中,年预计雷击次数Ng是根据当地气象台、站资料确定年平均雷暴日后计算得出。
雷暴日:在指定区域内一年四季所有发生雷电放电的天数,用Td表示,一天内只要听到一次或一次以上的雷声就算是一个雷电日。通常情况下,距离观测点15km以内的雷电可以听到其雷声,超出此范围的雷电不能够被听到,也就是说,该指定区域的范围是以观测点为圆心,以15km为半径的圆形区域。
这里的雷声既包括云地闪发出的,也包括云内闪和云际闪发出的,所以雷暴日并不能准确表征地面落雷的频繁程度。而上述的雷电监测数据是利用闪电定位仪对闪电放电参数得出的,其不仅可以接收地闪,还能接受到云闪,我们可以通过程序选择利用它所接受的地闪,从而更加准确地计算出某一地区某一时段雷击大地次数,所以对建筑物防雷而言,雷电监测数据Ng更准确且更具实际意义。
(2)截收面积:雷电灾害风险评估中,对于平坦大地上的孤立建筑物,截收面积Ad是从建筑物上各点,特别是上部各点(见GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷电防护 第二部分:风险管理 图A.1)以斜率为1/3的直线全方位地面投射,在地面上由所有投射点构成的面积。可以通过作图法或计算法求出Ad。
由GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷电防护 第二部分:风险管理图A.1可知,在雷电灾害风险评估计算时,建筑物截收面积的计算中其每边扩大宽度约3H。
《建筑物防雷设计规范》规定,当建筑物的高H小于100m时,其每边的扩大宽度按公式D=计算确定(见GB50057-2010图A.0.3)。
如上所述,两规范截收面积的计算方法也有所不同。
在《建筑物防雷设计规范》中,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。不难发现校正系数k反映的是建筑物所处的位置和环境,而这些在《雷电灾害风险评估规范》表A.2、A.5表述更为详细。
除以上因子外,雷电灾害风险评估针对特定的项目还考虑了其它种种因子,在此就不一一例举了。
综上所述,运用不同的规范进行防雷类别计算,对于某些建筑物计算结果存在差异具有一定的必然性。因为《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)是一种基本规范,而《雷电灾害风险评估规范》(GB/T 21714.2/IEC 62305)对项目更具有针对性,考虑甚至更为全面。
3 结语
本文根据《雷电灾害风险评估规范》(GB/T 21714.2/IEC 62305)及《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)计算得出,盐城市某住宅楼防雷类别的计算结果不一致,通过简单的分析可知雷电灾害风险评估结论因更符合项目特点、更经济有效、更科学实用。所以说,大型建设工程、重点工程、爆炸危险环境等项目进行雷电灾害风险评估是非常必要的。
Abstract: to make standard of the expression of more rigorous, more in line with the actual situation, combined with the recent research achievements of, the building lightningproof design specification of GB50057-2010 in the lightning transient invasion in many changes. In order to more comprehensive grasp of the old and new standard lightning transient into the difference between measures, by comparing the relevant provisions of the regulation of the old and new content, in view of the low voltage power distribution lines, from the basic rules, different types of lightning protection building measures taken different requirements of laying methods, this paper analyzes the low voltage distribution lines and lightning transient invasion of the modified content and measures difference, finally summarized the new standard of this overall change. Lightning protection technology staff need to grasp new standard standard requirements, right of low voltage distribution lines to the protective measures to protect more reasonable and effective.
Keywords: standard of low voltage distribution lines contrast surge protector difference
中图分类号:TM642+.2文献标识码:A文章编号:
0引言
闪电电涌侵入是指由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用,雷电波,即闪电电涌,可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备[3]。低压配电线路是采取防闪电电涌侵入措施的主要项目,《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010(以下简称新规范)与GB50057-94(2000年版)(以下简称旧规范)对此方面的规定有比较大的变化,笔者就此部分内容提出自己的一些理解,以供大家参考。
1基本规定
旧规范的基本规定:各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。
新规范的基本规定:各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置,并应采取防闪电电涌侵入的措施;在建筑物的地下室或地面层处,建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线应与防雷装置做防雷等电位连接。
可见,新规范将术语名称由“防雷电波侵入”改为“防闪电电涌侵入”,新旧规范都将该措施作为基本规定,但新规范增加了对建筑物的地下室或地面层处的要求,目的是为了防止在外部防雷装置与上述部件之间(建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线)放生危险的火花放电。具体到低压配电线路,就是要求各类建筑物入户处低压配电线路的金属外皮、钢管等均应与防雷装置做防雷等电位连接。新规范为强制性条文,必须严格执行,要求明显提高。
2第一类防雷建筑物低压配电线路的防闪电电涌侵入措施
第一类防雷建筑物分为两种情况,一是在条件允许下应装设独立接闪杆或架空接闪线或网,即防直击雷的接地装置与防闪电感应的接地装置分设;二是特殊情况下难以装设独立的外部防雷装置(如建筑物高度很高),防直击雷的接地装置与防闪电感应的接地装置合设,即采用共用接地。
2.1分设时采取措施
2.1.1首先对低压配电线路的敷设方式及类型提出要求,为防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险,新规范规定室外低压配电线路应全线采用电缆直接埋地敷设,而旧规范则为宜。此时要求入户处将电缆的金属外皮、钢管等接到等电位连接带或防闪电感应接地装置上即可。
2.1.2当难以全线采用电缆时,应采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线,并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入,也就是说,不允许将架空线路直接引入建筑物内。新旧规范架空线与建筑物的距离及电缆埋地长度的要求对比如表1所示。
表1架空线与建筑物的距离及电缆埋地长度的要求对比
旧规范GB50057-94(2000年版) 新规范GB50057-2010
架空线与建筑物的距离 未做要求 不应小于15m
电缆埋地长度 且不应小于15m
从表1可以看出,新规范增加了架空线与建筑物的距离要求,对电缆埋地长度的要求也有所不同。根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92规定,架空线路与爆炸性气体环境的水平距离不应小于杆塔高度的1.5倍。一般杆高为10m,故新规范要求为15m。规定架空线路与爆炸危险环境的间距,主要是考虑一旦发生架空线断线或杆塔倒塌事故,线路短路或接地电火花(电弧)不会作用到爆炸性气体环境,不会形成电气引燃源。对电缆埋地长度的要求是考虑电缆金属外皮、铠装、钢管等起散流接地体的作用。旧规范要求电缆埋地长度不得小于15m,也是为了满足架空线和建筑物的距离要求,但是在实际操作中,因未做明确规定,会出现架空线距建筑物只有几米,埋地电缆为满足长度要求而环绕建筑物敷设的情况。可见,新规范的规定更为合理、科学。
为防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险,新旧规范规定在电缆与架空线连接处,尚应装设电涌保护器,电涌保护器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地。电涌保护器的设置及接地措施,起到限压泄流的作用。其冲击接地电阻旧规范要求不应大于10Ω,新规范要求不应大于 30Ω,对接地阻值的要求有所降低。并且新规范对安装电涌保护器的条件、参数等做出了详细的规定,操作性比较强。
需要注意的是,当全线埋地或架空转换埋地引入时,入户处总配电箱没有明确要求安装SPD,主要是因为:
一、当全线埋地电缆引入时,电缆相当于处于LPZ1区,并且由于防直击雷接地装置和防闪电感应接地装置分设,在两者间隔距离满足规范要求的前提下,当防直击雷装置接闪时,流过防闪电感应接地装置的感应电流数值会很小,且在金属物已普遍等电位连接和接地的情况下,电位分布均匀,雷电流引起的电位差也会很小。
二、当架空转埋地引入时,为防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险,已在转换处应装设SPD,此处装设SPD后,亦相当于形成一个防雷分区界面。
2.2合设时采取措施
除按分设时采取相应措施外,旧规范规定在电源引入的总配电箱处宜装设过电压保护器,而新规范明确规定在电源引入的总配电箱处应设置电涌保护器,主要考虑此时接闪器遭受雷击时,感应电流对建筑物有关线路上的影响比外部防雷装置独立设置时要求大得多。
新规范对此处装设的电涌保护器的实验类型、电压保护水平明确了具体要求(Ⅰ级试验;Up≤2.5kV),每一保护模式的冲击电流值,分屏蔽线路和非屏蔽线路两种情况分别按公式进行计算,当无法确定时,应取等于或大于 12.5 kA。而旧规范规定“当线路有屏蔽时,通过每个SPD的雷电流可按上述确定的雷电流的30%考虑”。相比而言,新规范更为合理。
3第二类防雷建筑物低压配电线路的防闪电电涌侵入措施
旧规范对于爆炸危险环境的第二类防雷建筑物的低压架空线,当其处于平均雷暴日小于30d/a地区时,才允许直接引入建筑物内,否则应改换一段埋地金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入,并且对埋地长度、接地及接地电阻值有相应的要求,并且转换处应装设避雷器。而对于非爆炸危险环境的第二类防雷建筑物,当架空线转换金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入时,其埋地长度应大于或等于15m,其他要求同爆炸危险环境;当架空线直接引入时,要求在入户处装设避雷器。
新规范将防闪电电涌侵入措施合并到防高电位反击中。
新规范则取消了埋地长度的要求,对低压配电线路的穿钢管等敷设方式也未做明显的要求和区分,也就是说允许架空线缆直接入户,但有强制性条文要求:低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处以及配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处,并在低压侧配电屏的母线上应装设电涌保护器。理论上,安装适配的SPD是可以限制瞬态过电压和分走浪涌的,能够满足防闪电电涌侵入的要求。但从工程实际应用看,采用穿钢管或铠装电缆埋地的方式更为实用、有效,因为如果只安装SPD,在工程上有很多使SPD失效或降低效用的因素,如SPD的质量问题、未明确的参数选择问题、老化问题、安装工艺问题等等,而采用穿钢管或铠装电缆埋地仅在入户处等电位接地即可,不存在SPD的这些问题。
另外,新规范取消了旧规范中对低压配电线路相关措施的接地阻值的要求,新规范强调采用共用接地,共用接地装置的接地电阻值在新规范第4.3.6条中作出了规定,因此就没有必要再做规定了。
4第三类防雷建筑物低压配电线路的防闪电电涌侵入措施
旧规范对埋地电缆及转换处与第二类相同,对低压架空线允许直接引入,但应在进出处装设避雷器。而新规范与第二类的要求基本一致,只是具体公式上选值的不同,在此不做赘述。
5 结论
综合分析新旧规范关于低压配电线路防护措施的规定,其主要变化如下:
1、明确了各类防雷建筑物(除一类接地装置分设视情况确定)总配电箱处均应装设SPD;
2、不同类别的防雷建筑物采取的敷设方式及要求有所区别,尤其是对第二、三类防雷建筑物的引入方式不做要求;
3、明确了各类防雷建筑物低压配电线路安装的第一级SPD的类型及参数要求及计算方法。
建筑物低压配电线路的防护是整个防雷措施的重要环节,新规范对其做了诸多修改,使规范的表述更加严谨,更有利于实际操作,同时也体现了安全可靠、经济合理的理念。修改后部分低压配电线路采取的措施及要求有所不同,本文所分析的关于新旧规范在此方面的区别及对新规范的理解提供给防雷技术工作人员参考,全面掌握新规范内容,正确采取相应措施,使建筑物低压配电线路采取的防护措施更加符合防雷安全的要求,进一步做好防雷减灾工作。
参考文献:
[1] 机械工业部.建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000年版)[S].北京.中国计划出版社.2001
引言
防雷设计技术评价成为防雷技术服务中的一项基本业务,在整个防雷工程建设中起到了举足轻重的把关作用。本文就结合平时工作实际,对防雷设计技术评价中几个容易忽视的问题给予提出,并加以讨论。
1、防雷类别确定的随意性
很多工程没有根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-942000版)第2.0.1-2.0.4条确定建筑物的防雷类别,类别的确定比较随意性。特别是对一座防雷建筑物中兼有多种防雷类别建筑时,应认真计算其“年预计雷击次数”,依据计算结果和《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 2000版)第3.5.3条的要求确定工程防雷类别,不应凭感觉随意地按某类防雷建筑设计,这样就很可能违反规范。
2、直击雷设计图的标注简单化,信息量不足
各单位的防雷设计图纸往往很简化,标注太简单,信息量不够,施工时难以按图施工,难以保证施工质量。应该做到:
绘制建(构)筑物屋顶平面,有主要轴线号、尺寸、标高、标示避雷针、避雷带、引下线位置。注明材料型号规格、所涉及的标准图编号、页次。
绘制接地平面图,绘制引下线、接地线、接地极、测试点、断接卡等的平面位置,应标明材料型号、规格、相对尺寸等及涉及的标准图编号、页次,当利用自然接地装置时,宜按结构条件图绘制。
3、接地电阻要求不明确
防雷设计图上往往都是标注接地电阻要达到多少以下,没有明确是冲击电阻还是工频电阻,工频、冲击接地电阻两者的区别及关系是:工频电阻=A倍的冲击电阻即R~=ARi[详见《建筑物防雷设计规范》(GB 50057-94 2000版)。在城镇土壤电阻率低(100欧/米以下)的地方,工频电阻和冲击电阻是相等的,但在土壤电阻率高的郊区和山区,工频电阻比冲击电阻大几倍。在纯防雷接地设计中一定要清楚地注明“防雷冲击接地电阻”要达到多少,以利施工技术人员理解,避免误解引起防雷装置接地工程难度增加和资金浪费。
4.2直击雷防护措施
4.2.1避雷针保护范围问题
我国现行通用的计算方法是滚球法,其中一类防雷建筑物滚球半径为30米,二类为45米,三类60米。
现在不少智能建筑为了美观都设计带有装饰性能的优化避雷针,其保护范围的计算与普通避雷针不同,要根据其产品的具体设计安装参数来做工程设计。
4.2.2避雷带、避雷网等接闪器的布局要严格按照GB50057-94要求来设计
不同类别的建筑物,屋顶防雷网格的尺寸有不同的要求:一类防雷建筑物不大于5m×5m或6m×4m;二类防雷建筑物不大于10m×10m或12m×8m;三类防雷建筑物不大于20m×20m或24m×16m。
4.4对于防雷电波侵入,应采取如下措施
在低压220/380V供电系统中,应采用三相五线(TN-S)系统,以便于装置接地(PE)线和中性(N)线分开。对有特殊要求的可采用其他接线系统。
4.5过电压保护
智能建筑中各智能化设备普遍存在的绝缘强度低,过电压和过电流耐受能力差,对雷电引起的外部侵入造成的电磁干扰敏感等弱点。如不加以有效防范,无法保证智能化系统及设备的正常运行。
4.7接地装置
对于建筑的接地问题现在基本上达成了一个共识就是采用共用的接地方式,即建筑物的防雷接地、保护接地、工作接地、防静电接地、直流工作接地等共同接至一个接地体上,这样对于接地装置的泄流能力就提出了比较高的要求,利用建筑物的桩基础作接地装置,具有经济、美观和有利于雷电流场流散以及不必维护和寿命长等优点,混凝土内基础也能满足利用钢筋混凝土作为自然基础接地体的要求,因此建议推广使用。
6、结语
通过对防雷设计图纸技术评价中几个容易忽视问题的分析,我们得到结论,即:防雷类别的确定以及SPD的安装位置及参数选取必须按照防雷设计规范的要求,认真计算相关数据,确定防雷类别,正确安装SPD,只有正确安装,才能在雷击情况发生时,起到安全泄流的作用。此外,还要注意规范中关于接地电阻及各种防护措施如屏蔽、等电位、合理布线的问题,严格控制设计图纸的质量,提高工作质量及业务服务水平。
参考文献
[1]GB50057-94(2000年版),建筑物防雷设计规范[S]
[2]GB50343-2004,建筑物电子信息系统防雷技术规范[S]
[3]02D501-2,等电位联结安装[S]
[4]99(03)D501-1,建筑物防雷设施安装[S]
随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其内各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。
直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流;感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化和导体感应出的过电压,过电流形成的雷击。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)规定,建筑物的防雷区划分为LPZOA,LPZOB,LPZ1,LPZn+1等区(各区的具体含义本文不再赘述)。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区,是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置,从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现和共同接地体等电位联结。
建筑物直击雷的保护区域为LPZOA区,其保护设计已为电气设计人员所熟知,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版),设计由避雷网(带),避雷针或混合组成的接闪器,立柱基础的钢筋网和钢屋架,屋面板钢筋等构成一个整体,避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体,将强大的雷电流入大地。建筑物感应雷的保护区域为LPZOB,LPZ1,LPZn+1区,即不可能直接遭受雷击区域;感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,形成感应雷电压的机率很高,对建筑物内的电气设备,尤其低压电子设备威胁巨大,所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下三个途径摘要:(1)由供电电源线路入侵;高压电力线路遭直击雷袭击后,经过变压器耦合到各低压0.38KV/0.22KV线路传送到建筑物内各低压电气设备;另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。据测,低压线路上感应的雷电过电压平均可达10KV,完全可以击坏各种电气设备,尤其是电子信息设备。(2)由建筑物内计算机通信等信息线路入侵;可分为三种情况摘要:①当地面突出物遭直击雷打击时,强雷电压将邻近土壤击穿,雷电流直接入侵到电缆外皮,进而击穿外皮,使高压入侵线路。②雷云对地面放电时,在线路上感应出上千伏的过电压,击坏和线路相连的电器设备,通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播,涉及面广,危害范围大。③若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时,当某一导线被雷电击中时,会在相邻的导线感应出过电压,击坏低压电子设备。(3)地电位反击电压通过接地体入侵;雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地,在接地体四周放射型的电位分布,若有连接电子设备的其他接地体靠近时,即产生高压地电位反击,入侵电压可高达数万伏。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地,在四周空间产生强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压,因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机,反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱,通常在100伏以下,因此必须建立多层次的计算机防雷系统,层层防护,确保计算机非凡是计算机网络系统的平安。
由此可见,对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容;设计的合理和否,对电气设备的平安使用和运行有着至关重要的功能。
目前,在感应雷的防护当中,电涌保护器的使用已日趋频繁;它能根据各种线路中出现的过电压,过电流及时作出反应,泄放线路的过电流,从而达到保护电气设备的目的。
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4条规定摘要:电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求摘要:通过电涌时的最大钳压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应和所属系统的基本绝缘水平和设备答应的最大电涌电压协调一致。
现在,我们根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。
一、一类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为200KA,波头10us;二次雷击电流幅值为50KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计);首次雷击摘要:总配电间第根供电线缆雷电流分流值为200*50%/3/3=11.11KA;后续雷击;总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50*50%/3/3=2.78KA;假如进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11*8=88.9KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU100型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB和LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1和LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
二、二类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为150KA,波头10us;二次雷击电流幅值为37.5KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击摘要:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150*50%/3/3=8.33KA;后续雷击摘要:总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5*50%/3/3=2.08KA;假如进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33*8=66.6KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU65型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB和LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1和LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
三、三类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为100KA,波头10us;二次雷击电流幅值为25KA,波头0.25us;根据附图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击摘要:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为100*50%/3/3=5.55KA;后续雷击摘要:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为25*50%/3/3=1.39KA;假如进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为5.55*8=44.4KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB和LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1和LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
在供电线路中,电涌保护器的具体安装以较常用的TN-S系统,TN-C-S系统,TT系统为例,示意如下摘要:
1)TN-S系统过电压保护方式
2)TN-C-S系统过电压保护方式
3)TT系统过电压保护方式
综上所述可见,在防雷保护设计中,总的防雷原则是采用三级保护摘要:1、将绝大部分雷电流直接引入地下基础接地装置泄散;2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压;3、限制被保护设备上浪涌过电压幅值(过电压保护)。这三道防线,缺一不可,相互配合,各行其责。目前通常作法是以下三点摘要:
1)建立联合共用接地系统,形成等电位防雷体系
将建筑物的基础钢筋(包括桩基、承台、底板、地梁等),梁柱钢筋,金属框架,建筑物防雷引下线等连接起来,形成闭合良好的法拉第笼式接地,将建筑物各部分的接地(包括交流工作地,平安保护地,直流工作地,防雷接地)和建筑物法拉第笼良好连接,从而避免各接地线之间存在电位差,以消除感应过电压产生。
2)电源系统防雷
以建筑物为一个供电单元,应在供电线路的各部位(防雷区交接处)逐级安装电涌保护器,以消除雷击过电压。
目前,在感应雷的防护当中,电涌保护器的使用已日趋频繁;它能根据各种线路中出现的过电压,过电流及时作出反应,泄放线路的过电流,从而达到保护电气设备的目的。
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4条规定:电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求:通过电涌时的最大钳压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。
现在,我们根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。
一、一类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为200KA,波头10us;二次雷击电流幅值为50KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计);首次雷击:总配电间第根供电线缆雷电流分流值为200*50%/3/3=11.11KA;后续雷击;总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50*50%/3/3=2.78KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11*8=88.9KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU100型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
二、二类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为150KA,波头10us;二次雷击电流幅值为37.5KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150*50%/3/3=8.33KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5*50%/3/3=2.08KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33*8=66.6KA;即设计应选用
电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU65型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
三、三类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为100KA,波头10us;二次雷击电流幅值为25KA,波头0.25us;根据附图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为100*50%/3/3=5.55KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为25*50%/3/3=1.39KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为5.55*8=44.4KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
在供电线路中,电涌保护器的具体安装以较常用的TN-S系统,TN-C-S系统,TT系统为例,示意如下:
1)TN-S系统过电压保护方式
2)TN-C-S系统过电压保护方式
3)TT系统过电压保护方式
综上所述可见,在防雷保护设计中,总的防雷原则是采用三级保护:1、将绝大部分雷电流直接引入地下基础接地装置泄散;2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压;3、限制被保护设备上浪涌过电压幅值(过电压保护)。这三道防线,缺一不可,相互配合,各行其责。目前通常作法是以下三点:
1)建立联合共用接地系统,形成等电位防雷体系
将建筑物的基础钢筋(包括桩基、承台、底板、地梁等),梁柱钢筋,金属框架,建筑物防雷引下线等连接起来,形成闭合良好的法拉第笼式接地,将建筑物各部分的接地(包括交流工作地,安全保护地,直流工作地,防雷接地)与建筑物法拉第笼良好连接,从而避免各接地线之间存在电位差,以消除感应过电压产生。
2)电源系统防雷
以建筑物为一个供电单元,应在供电线路的各部位(防雷区交接处)逐级安装电涌保护器,以消除雷击过电压。
3)等电位联结系统
国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(局部修订条文)明确规定,各防雷区交接处,必须进行等电位联结;尤其建筑物内的计算机房等弱电机房,遭受直击雷的可能性比较小,所以在此处除采取电涌保护器进行感应雷防护外,还应采用等电位联结方式来进行防雷保护,本文不再叙述。
作为电气设计人员都非常清楚,建筑物的防雷保护设计是一项既简单又繁琐的内容,但对建筑物的安全使用,电气设备的正常运行有着至关重要的作用,所以还有待于各位电气设计人员作进一步的研究与探讨;同时必须严格按照国家规范,善为谋划,精心设计。本文仅此设计作了一点粗浅的探讨,所以文中不足之处,望同行不吝赐教。
参考文献
引言
随着经济水平的提升及科技的快速发展,现代智能化建筑越来越多,建筑物内部的电子设备也越来越多样化,这些楼宇自控系统、消防报警系统、闭路电视监控系统、综合布线及通讯系统、门禁及保安报警系统等微电子设备耐过电压等级低、防干扰要求高,极易遭受雷击产生的雷电波入侵危害,雷电灾害频发。我国每年因建筑物内弱电设备遭受雷击破坏的事件时有发生,而且损失巨大。而防雷工程属多学科、跨部门复杂系统工程,必须采取综合治理、系统防护措施,严格遵循防雷规范规定,加强各设备系统的单独防护和综合设计,实现防雷工程的科学化、实用化和经济化。
1.智能建筑物防雷设计
1.1 防雷设计原则
①智能建筑物防雷设计以预防为主、安全第一为指导方针,遵循综合防雷系统要求,在设计前对现场雷电环境进行调查评估,确保防雷设计的合理性、科学性和实用性。
②根据智能建筑物所在区域雷电活动规律、周围环境因素和建筑内放置的电气设备等重要性以及遭受雷击后果的严重程度,分别对其采取相应的雷电防护设计。
③应参照《建筑物防雷设计规范》规定,坚持全面规划、综合防治、优化设计、技术先进、经济合理的设计原则对智能建筑物进行综合防雷设计,加强建筑物外部防雷,并针对建筑物内微电子设备进行直击雷防护、等电位连接、屏蔽、共用接地系统及安装电涌保护器等综合防雷措施,并根据微电子设备系统对雷电电磁脉冲抗扰度采取不同的防护措施,放置于不同的雷电防护区内。
1.2 防雷设计依据
防雷设计依据为:《建筑物防雷规范》GB50057-94、《电子设备雷击保护导则》GB7450-87、《计算机房防雷设计规范》GB50174-93、《计算机站场安全要求》GB9361-88、《计算机信息系统防雷保安器》GA173-1998、《电信专用房屋设计规范》YD5003-94、《移动通信基站防雷与接地设计规范》YD5068-98、《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》GB64-83、《雷电电磁脉冲的防护》IEC1312、国家标准《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-92等。
1.3 防雷设计思路
要重点对屋顶作直击雷防护以及建筑物内机房进行感应雷防护;综合考虑建筑物内部整个供电系统雷电感应防护措施及等电位连接及接地系统等。
2.智能建筑物雷电防护措施
2.1 外部防雷
智能建筑物外部防雷主要为直击雷和侧击雷防护,包括接闪装置、均压环、引下线和接地装置。其中接闪装置可为避雷针、带、网,整个建筑屋面组成≤5m×5m的避雷网格,并增加天面预留接地端子数量;较高智能建筑物由于引下线较长,可将每层建筑外圈梁钢筋及适当内圈梁钢筋焊接连通形成均压环,然后与引下线连接,这样可减小引下线电感,分流并降低反击电压;引下线是用于连接接闪装置和接地装置,在设置引下线时,可尽量采用建筑物外墙柱筋作为引下线;应根据建筑物所处地理位置的土质情况、土壤电阻率,增设建筑物桩筋、承台钢筋、地梁梁筋接地体,确保接地装置均匀分布。
2.2 弱电防护
雷电击中建筑物后,约有一半以上的雷电流击中接闪器后沿敷设的引下线经接地装置泄入大地,而一部分频率成分复杂的雷电流在快速流经引下线时感应出强电磁场,直接危害电气设备及人员安全。雷电波及雷电电磁脉冲防护已成为智能建筑物防雷保护的重点,主要采取安装电涌保护器及等电位连接措施。
①电源系统防护。为将供电线路电压限制在安全水平范围内,应在线路上安装电涌保护器,通常分为三级防护:其中I级电涌保护器可将雷击产生的过电流在瞬间泄放入大地,使瞬间过电压限制在2.5KV以下;II级电涌保护器可进一步限制I级电涌保护器泄放电流后的剩余残压,控制瞬间电压在1.8KV以下,用于建筑室内一般用电设备的安全防雷;III级电涌保护器用于服务器、交换机等重要设备,装设在其前端,起到精细保护和抑制噪声作用,并进一步将残压限制在0.9KV以下,而且还能吸收非雷击操作产生的过电压。
②通信线路防护。建筑物弱电防雷保护中,通信线路电涌保护器选型和安装较为复杂,也极易发生故障,发生雷击时即使未出现雷电波入侵,也可能因设计失误或型号选取不当等造成防护失效、数据包丢失甚至是通信中断。在进行通信线路电涌保护器选择、安装时首先要详细了解相关设备,按照通信线路、通信接口、供电方式、工作频率、带宽等要求选择相应速度快、通流量大、频带宽、插入损耗小的电涌保护器。
③屏蔽、接地、等电位连接及综合布线。进出建筑物室内的电源线、信号线应置于屏蔽槽内,然后将屏蔽槽两端接地,并要求各线缆屏蔽层两端需同时接地,如果系统要求应单端接地,就必须作二次屏蔽处理。为减小防雷保护区内各金属物、系统之间电位差,可参照相关标准,将防雷保护地、防静电地、电气设备工作地等进行等电位连接,机房门窗、设备金属外壳、等电位连接端子盒和防雷保护区内所有金属物及设备系统均应就近连接等电位连接带(网),使机房内各接地线之间的电位达到均衡,及时将积聚在地板表面及电气设备外壳上的静电电荷泄流入地。
2.3 强电保护
①高压电缆接入点和室内变压器高压侧需安装防雷器,而且低压侧也应装设必要的防雷器,分别在各楼层分配电间、计算机房、闭路电视监控间、消防监控间等弱电设备机房设计安装第II级、III级电涌保护器。
②要求必须将各高低压电缆线路金属保护层于配电主干线进、出线处与接地端子进行连接,采用4mm?的多股铜线作为干线电缆屏蔽层,连接至接地汇流排,同时必须保证电缆屏蔽层电气通路。非屏蔽干线电缆线路需敷设金属线槽或穿金属管,金属线槽或金属管接头处要进行牢固连接,以保证电气连通,而且电缆线路经过配线间时必须采用6mm?辫式铜带与接地装置相连。
③市电主接地网应通过采用 16镀锌圆钢的接地母线,与智能建筑物接地网变配电间接地母线作必要的焊接连通。
3.防雷装置日常维护及检测
新建、改建或扩建智能建筑物防雷工程应按照文件规定获得气象部门的行政许可,经防雷中心技术评价后,由具有防雷施工资质的防雷机构进行设计施工,最后由防雷检测机构进行检测,合格后才能投入使用;建筑物内信息系统建设前,应提前或同步开展防雷系统建设。智能建筑物所在小区或物业管理部门应安排雷电灾害防御责任人,专门负责防雷装置日常维护及报检工作,定期或不定期检查安装强、弱电电涌保护器运行情况,发现损坏应及时向防雷施工部门上报进行更换。每年雷雨季来临前,由气象部门防雷检测机构定期进行防雷检测,对防雷装置是否符合国家规范要求进行评估。发生雷击事故后,要及时、如实的上报气象主管部门,开展灾情调查、分析、处理及评估,避免再次遭受雷击。
中图分类号:TU856 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)06-0061-03
新建建(构)筑物防雷装置设计方案技术评价,是指根据国家法律、法规、技术标准与规范,对设计单位所作的防雷设计施工图或方案,就安全性、有效性、稳定性和强制性标准、规范执行情况等进行的技术评价。目前我们开展这项工作所依据的规范主要是:《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)、《防雷装置技术评价规范》(QX/T 106-2009)及《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)等。
而对公共建筑物,《防雷装置技术评价规范》(QX/T 106-2009)给出的定义是指用于公共目的的建筑物,而结合《消防法》(2009版)给出的解释能让我们更深入地理解“人员密集的公共建筑”这个概念,新《消防法》(2009版)第七十三条:(四)人员密集场所,是指公众聚集场所,医院的门诊楼、病房楼,学校的教学楼、图书馆、食堂和集体宿舍,养老院,福利院,托儿所,幼儿园,公共图书馆的阅览室,公共展览馆、博物馆的展示厅,劳动密集型企业的生产加工车间和员工集体宿舍,旅游、宗教活动场所等。
随着城市建设的高速发展,出于社会公益目的或者是纯商业目的的公共建筑建设项目越来越多,单个项目规模也越来越庞大,且其建设地址常位于城市的繁华地带,人员流动量大,建筑物内容纳的人员数量多、密度大。对此类建筑物的防雷设计评价关系到人民群众的的生命财产安全,关系到如何充分发挥防雷减灾为经济发展和人民生活保驾护航的作用。
下面就分别从几个方面就此类建筑的防雷设计方案技术评价要点进行简要阐述。
1 防雷级别分类方面
根据2011年10月启用的新规范《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010),预计雷击次数大于0.05次/a的人员密集的公共建筑物为第二类防雷建筑物,预计雷击次数大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的人员密集的公共建筑物为第三类防雷建筑物,这与之前的旧规范在防雷类别的划分上有些许差别,在实际评价工作中应查阅设计图中的防雷平面图和立面图,取其长宽高数值,计算该建筑的等效截收面积,结合当地的年平均雷暴日,来计算该人员密集公共建筑的年预计雷击次数,以便给予其准确的防雷分类。因为建筑物的防雷类别决定了应以什么样的的标准对其设计方案进行评价,所以准确的防雷类别划分,是设计方案评价重要的第一步。
若建筑物的形状较复杂,难以直接量取其长宽高尺寸,有条件的话建议联系设计单位,获取该项目设计图纸的电子版,通过计算机CAD作图法,来计算其等效截收面积。
2 直击雷防护方面
人员密集公共建筑的直击雷防护,是此类建筑设计方案评价的重点。其评价方法,主要审阅该项目的天面防雷平面图、基础接地平面图及立面图等,评价其天面避雷网格是否符合该防雷类别标准,引下线间距是否达到该防雷类别要求。天面各类金属物是否与防雷装置良好连接,非金属物是否在防雷装置滚球法的保护范围之内,接闪带支架的高度是否达到150mm的要求等。
若该人员密集的公共建筑设计高度超过45m,依照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)相关规定,查看其接闪带是否沿屋顶周边敷设,是否敷设在外墙外表面或屋檐边垂直面上,如若未按规范执行,则应提出意见。屋面设计有阳角的,我们出于防雷安全的考虑,建议其在阳角处设置短接
闪杆。
3 均压环及侧击雷防护方面
均压环,顾名思义,主要作用就是均压,其可将高压均匀分布在该环周围,保证在环形各部位之间没有电位差,避免因高电位差而产生的危险放电现象。一些设计单位会在设计有均压环楼层的防雷平面图上详细画出均压环的敷设方法,这比较容易让我们评价该建筑均压环的设计,而较多的设计单位则是在电气设计总说明里以文字方式表述其均压环的设计方案。《防雷装置技术评价规范》(QX/T 106-2009)里,对于人员密集的公共建筑物,明文要求其从首层起每两层设计一个均压环,并将每层的金属门、窗与均压环的预留端子作电气连接。由雷电学的相关原理可知,建筑物高度超过45m时,雷电流,特别是电流值较小的雷电流,不单只会从建筑物的天面击中建筑物,还可能会从建筑物的侧面击中建筑物,所以在设计均压环的同时,我们也要求将每层的金属门、窗与就近均压环可靠连接,做侧击雷防护使用。
而目前有许多像大型商场之类的人员密集公共建筑,在设计上为了美观都喜欢采用玻璃幕墙做外墙,对于这种设计有玻璃幕墙的建筑,我们要求其每层均应设计均压环,并将每层的玻璃幕墙与均压环进行可靠的电气连接。
对于人员密集公共建筑内常设计有的自动扶梯,其自动扶梯导轨上下两端应接地,以实现等电位连接。
4 SPD设置方面
SPD即浪涌保护器,其作用主要是为了防止雷电电磁脉冲引起的过电压和过电流产生的瞬态波对建筑管线系统的破坏。新版的《建筑物防雷设计规范》对于SPD的要求较为详细,除了对其安装的位置做了要求之外,还对SPD的具体参数做了详细要求。所以我们在评价其电气系统图时,除查看其SPD是否安装、安装位置外,还要查看其所示的参数值,即SPD的电压保护水平值和保护模式的冲击电流值是否在规范要求范围之内。对于人员密集公共建筑内常设计有的封闭式电梯和自动扶梯,由于封闭式电梯作为一种特殊场所,若电力线路遭受雷电电磁脉冲侵入,导致线路损坏,人员会被困于封闭的空间内,造成危险。而自动扶梯作为一种载人的活动装置,其电力线路若遭受雷电电磁脉冲侵入,同样由于电力中断、运转突然停止而导致人员挤压和摔倒,造成危险。所以我们要求电梯和自动扶梯各自的专用配电箱内都应加装一级适配的SPD。
对于人员密集公共建筑里常设计有的自动消防报警装置,其连接至消防报警中心的119电话外线也应加装一级SPD,以保障其与城市消防指挥中心的通信畅通,及时将火灾危险情况通知消防指挥
中心。
人员密集的公共建筑,无论是其设计方案还是建成后使用,都存在其特殊性,要做好此类建筑的技术评价,首先要了解这类建筑的特殊性,包括建设地址、建筑规模、内设装置、内部布线方式、今后大致的使用人数等等,只有了解了这些信息,才能充分地、准确地利用相关规范,对其做出一个客观的、正确的技术评价。
参考文献
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[3] 建筑物电子信息系统防雷技术规范(GB50343-2004)[S].中华人民共和国建设部,2004.
汽车加油站一旦发生雷击并引发火灾将造成不可估量的损失。本文就中山市一家汽车加油站在进行防雷设计与安装过程中,总结出的经验做一些分享。
一、汽车加油站现场勘测
1)地理位置:中山市XX加油站地处五镇山镇城桂路旁,地处偏僻旷野,周围无高耸建筑物,如若在此地区发生雷击,此加油站容易遭受雷击。
2)建筑物防直击雷系统:汽车加油站建筑主要由站房、营业厅、加油亭、辅助用房等,已安装防直击雷装置。
3)电源系统:未安装任何电涌保护器。
4)电子信息系统:液位仪、监控系统、传真电话、网络等未安装电涌保护器。
5)每年雷雨季节,该站液位仪、监控等系统都会受雷电影响造成设备损坏,严重影响加油站的正常工作。
从雷电防护角度来看,汽车加油站属于易燃易爆场所,任何防雷系统必须符合规范要求,因此需要采取强有力的防护措施。根据 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》、 GB 50074-2002《石油库设计规范》等国家标准及 IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》 标准,除了需要安装完整的直击雷防护装置外,还必须安装防雷电感应的防护装置。
二、设计目的及范围
目的:为减少雷电对建筑物电子信息系统造成的危害,降低油罐区由于雷击而发生重大事故的可能性。
范围:在进行建筑物电子信息系统防雷设计时,应根据建筑物电子信息系统的特点,将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一,按工程整体要求,经行全面规划,做到安全可靠、技术先进,经济合理。本次防感应雷改造工程,受加油站现状限制,应建设单位的要求,其内部防雷措施仅在加油站内抑制线路过压(安装SPD)及接地系统改造两方面作考虑,其线路屏蔽、合理布线均不予考虑(油罐信号线及加油枪信号线已采取屏蔽措施),所以只对一、二级电源、液位仪系统进行安装专用浪涌保护器与接地处理。
三、加油站防雷等级的确认
该汽车加油站占地510㎡,其中站房长23米,宽8米,高4.2米;营业室长10.6米,宽6米,高3.8米;中山市年雷暴日为84.5d,依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》,
建筑物及入户设施预计雷击次数N值可按下式确定:
N=N1+N2
㈠、N1= k·Ng·Ae ; N g = 0.1Td
式中 N1 建筑物预计雷击次数(次/年);
k 雷击次数校正系数;在此类型情况下取2;
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 );
Td 该地区的年平均雷电日数;
在下列情况下 k取相应数值:
a、位于旷野孤立的建筑物取2;
b、金属屋面的砖木结构建筑物取1.7;
c、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;
根据以上年预计雷击次数参数,该加油站位于公路旁边,由此计算出该加油站的预计雷击次数为:
N1 = kN g A e ≈ 0.15次/a
㈡、N2=Ng·Aeˊ=(0.1·Td )
·(Ae1ˊ+ Ae2ˊ)
式中N2 入户设施年预计雷击次数(次/年)
Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2 ·a)];
Td 该地区的年平均雷电日数;(中山市的年均雷暴日84.5天)
Ae1ˊ电源线缆入户设施的截收面积(K㎡);低压埋地电源电缆2·ds·L·10-6( L取最大值为1000m,ds取最大值500)
Ae2ˊ信号线缆入户设施的截收面积(K㎡);埋地信号线 2·ds·L·10-6 (L取最大值为1000m,ds取最大值500)
由此计算 N2≈15.35次/a
所以N=N1+N2=15.5次/a
按防雷装置拦截效率E的计算式E=1-Nc/N确定其雷电防护等级:
式中Nc=5.8X10-1.5/C
由此算得E≈0.96。当0.90
建筑物电子信息系统年平均最大雷次数按下式计算: Nc=5.8×/C
C-各类因子C1,C2,C3,C4,C5,C6之和;
C1为信息系统所在建筑物材料结构因子,此加油站屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料,故C1取1.0;
C2为信息系统重要程度因子,此加油站安装的是D类电子信息系统,即一般用途的电子信息设备,故C2取1;
C3为电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力因子,此加油站的电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力较弱,故C3取值1.0;
C4为电子信息系统所在防雷防护区的因子,此加油站的设备在LPZ1区内,故C4取值1.0
C5为电子信息系统发生雷击事故的后果因子,此加油站信息系统业务原则上不允许中断,但在中断后无严重,故C5取1.0
C6表示区域雷暴等级因子,中山地处多雷区,故C6取1.2
综上所述 C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=6.2
Nc=5.8×/C≈0.093
综上所述,参照 GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条的要求,其属于标准规定的“ 具有 1区爆炸危险环境的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者”。因此应定为二类防雷建筑物,电源线路至少应采取两级雷电防护,信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求。
四、设计内容
⑴ 电源部分
根据 IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》及GB 50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求,针对汽车加油站配电系统的特点,可将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于如前所述单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护,可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。
A、电源一级防雷
依据《建筑物防雷设计规范》第 6.3.4条及第6.4.7条规定,在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处,从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时,每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑,汽车加油站为二类防雷建筑物,首次雷电流幅值为150KA,电源线路为非屏蔽埋地的TN配电模式,因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为:在建筑物已安装合格的防直击雷措施后,有 50%的雷电流通过引下线流入接地装置,因此每线分配电流为: In =[150 KA×50%]÷4 = 18.75KA ,按 《建筑物防雷设计规范》第 6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时,依据《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条及 IE C61312 《雷电电磁脉冲的防护》第三部分:浪涌保护器的要求,浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到 4KV以下。
在加油站 380V低压总配电箱安装防爆型电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护 (该浪涌保护器的基本参数:标称工作电压为:380V/50HZ,冲击电流为:25KA(10/350us),响应时间为:小于等于25NS)。
B、电源二级防雷
根据《建筑物防雷设计规范》第 6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》的有关规定,依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第Ⅲ类耐冲击过压,其耐压为4KV。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后,电源对地短路,需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。
在加油站 380V低压营业厅配电箱安装电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第二级电源防护 (该浪涌保护器的基本参数:标称工作电压为:380V/50HZ,冲击电流为:20KA(8/20 us),响应时间为:小于等于25NS)。
⑵ 信号部分
在雷击发生时,产生巨大瞬变电磁场,在 1KM范围内的金属环路,如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击,将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。对于网络、信号及通讯方面的防雷工作是较易被忽视的,往往是当系统受到巨大破坏、资料损失惨重时才想到应该做预先的防范。本设计中网络、信号设备防护方面,依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》和加油站的相关技术规范中信号系统雷电及过电压防护要求,在进入营业厅液位仪总控制线上安装4个信号电涌保护器, 用于4台液位仪总控制线路的保护(该浪涌保护器的基本参数:标称工作电压为:24V,标称放电电流为:5KA,响应时间为:小于等于1NS)。
⑶接地设计
㈠电源系统的接地:加油站总配电电源电涌保护器连接至原有接地装置上。在营业厅的电源避雷器安装处安装一个等电位接地端子,接地端子引至原有加油站地网上。
㈡信号系统的接地:营业厅内安装的信号避雷器接地线(2.5㎡铜线)也均引到室内等电位接地端子上。
五、实施效果
该加油站的防雷改造工程于2008年春节完工,交付甲方使用。根据售后访问,至今已经历五年多时间,多个雷雨季节的考验,没有再发生由于雷击而导致的财产损失及电子系统的损害,甲方对此次防雷改造工程的效果满意。
六、总结
对于汽车加油站防感应雷设计中应注意几点:
1.现场勘察时应该注意细节,如:配电系统的形式、电子信息系统的重要性、使用性质和价值;
2.设计前应结合实际确定防护类别;
3.设计全面考虑各类防护因素和甲方需求;
4.施工中应注意安全性与投资的协调性;
参考文献
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:
前言
随着新时期我国经济的快速增长,人们的生活水平也在不断提升。如今民用建筑物越来越多,一般是六、七层,楼高大概在30米左右,结构大多为刚劲混凝土条形基础和砖混结构。通过对多处民用建筑物施工图纸的分析审核,发现设计人员大多忽略了防雷工作的重要性。设计人员对于国家规定的防雷设计规范了解还不够深入与透彻,在民用建筑物的防雷设计方面存在诸多漏洞。很多设计都无法具体到防雷设计规范的章节,有些参考规范甚至早已过时。这既加强了防雷监管部门的监管难度,也造成了建筑施工的重复建设,造成了人力、物力与财力的浪费。因此,本文将通过研究民用建筑物防雷设计的特点,为忽视防雷设计的工作人员敲响警钟。
一、民用建筑物防雷设计的必要性及其现状
(一)民用建筑物防雷设计的必要性
雷电是大自然的普遍现象,是由大气层在特定的条件下形成的。雷云通过对地面泄放出电荷造成雷击,雷击一般分为三个阶段。第一阶段是先导放电阶段。第二阶段是回击阶段,也称为主放电阶段,这个阶段所需时间很短,但却能产生极大的雷电流,甚至高达几百千安,破坏力非常大,对建筑物、电气设备、电气线路甚至是人畜都会产生直接或间接的影响。雷击的直接破坏表现在雷电所引起的冲击波、热效应和机械效应;间接破坏则表现在其产生的静电效应、暂态过电压以及电磁感应等方面。第三阶段则是余辉阶段。由于雷电会对人们的生活产生极大的影响,因此采取有效措施来防范雷击的不可抗力和危害性成为必然,这样才能减轻民用建筑及住宅居民与内部设备所遭受的危害。
(二)民用建筑物防雷设计的现状
目前,多数的家电设备都是在民用建筑物完工之后,用户自己选择设备,生产厂家或者销售商上门来安装的。由于很多设计人员在建筑物设计阶段没有完善的防雷设计,没有防雷连接的预埋节点,导致了家电进行安装时,无法与民用建筑的防雷设施点进行连接。国家的《建筑物防雷设计规范》明确要求了要在民用建筑物上设置防雷设施。由于设计人员的疏忽或者为了降低设计成本,没有按照规定完成,给人民的生命和财产带来极大的安全隐患。因此,监管部门需要严格监督设计人员在设计阶段预留明显螺栓,为建筑防雷人员的工作带来便利,进行正常的防雷设施安装,避免雷电天气给居民带来危害。
二、民用建筑物防雷的分类及其结构
(一)防雷分类
由于雷电天气的不可控性,人们只能做好防雷措施,在建筑物上安装防雷装置,防止雷击造成人身伤害和财产损失。根据不同的建筑物需要安装不同的防雷装置。根据建筑物的使用性和重要程度,把建筑物防雷类别可以划分为三类,民用防雷类别一般是第二类和第三类较多。对于雷击次数大于0.05次/a并且人员比较密集的公共建筑物和雷击次数超过0.25次/a的住宅或者办公楼等一般性建筑,把它规划为二类防雷建筑。对于雷击次数大于或等于0.01次/a并且小于或等于0.05次/a的人员密集的公共建筑和雷击次数大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的民用建筑或办公楼,划分为第三类防雷建筑。
(二)防雷设计的构成
一般民用建筑物的防雷装置设计构成包括接闪器、接地体、引下线三个基本装置。接闪器是用来接受雷电的,在雷击时直接承受雷电的电流。接闪器就是人们常说的避雷针、避雷线、避雷网和避雷带等单个或者组合装置。引下线,顾名思义就是将接闪器接收到的电流进行引导,流入接地体的导线。一般引下线都是安装在建筑墙体内,避免接触。接地体就是与引下线和地面接触的装置,通常就是防雷设施的预埋件,埋在土壤下层或者建筑物的混凝土中,接地体也有接地线、接地网和接地棒之分。
三、民用建筑物防雷设计特点
(一)防直击雷设计
一般的民用建筑物防雷设计都采用的避雷针和避雷网或者两者兼备,可以利用建筑物顶端的金属面作为简单的接闪器,但要保证和引下线良好的接触,符合规范。对于具有放射性的金属接闪器坚决不允许使用。其他形式的防雷器只能够安装在高杆铁塔的建筑物上。建筑物顶端比较突出的物件,如天线和卫星信号接收器等要保证安装在防雷设施的保护范围之内。如果通过滚球法计算,不在保护范围内并且其他设施又不能进行移动操作,就需要另外再安装避雷针,使它们处于避雷针的保护范围中,并且要将另外接的避雷针与防雷装置进行有效的连接。一般的引下线难以承受超高的雷击电流,在引下线选择时,应该优先考虑建筑物的钢筋混凝土柱或者墙体内的主力钢筋,另外建筑物中的钢柱也可以作为引下线。钢筋混凝土柱中的钢筋作为自然引下线,也可以作为接地装置。接地装置可以利用混凝土中的钢筋,有钢筋混凝土地梁的情况下,需要将地梁内的钢筋连成环状,形成环形接地。
(二)防侧击雷设计
据《防雷规范》,对于高度超过45m的高层建筑物,《防雷规范》有如下规定:
1、对于水平方向外突的物体,当滚球半径为45m的球体从接闪带外垂直下降到地面并接触到了突出的物体时,此时应采取防雷措施。
2、对于高于60m的建筑物,若其上部占总高度的20%并且超出60m的部位,则应采取防雷侧击措施,并且应该符合以下规定:(1)其表面边缘、尖物、设备、墙角以及突出较明显的物体,则应按其屋顶的保护措施进行考虑。(2)在上面布置接闪器时应该符合国家规定要求,接闪器要重点布置在边缘、墙角或者突出明显的物体之上。(3)对于外部金属物,若其下面没有易燃物,铅板厚度超过2mm的情况下时,可将其作为接闪器,除此之外还可以将布置在建筑物垂直边缘处的外部引下线当作接闪器。
3、外墙内外竖直敷设的金属管道及其顶部或者底端,应等电位连接防雷装置。
而在现实中对民用建筑物进行防侧雷击设计时,要注意将钢筋混凝土和钢构架相互连接,采用柱内钢筋作为防雷的引下线,并且30m和以上的栏杆以及门窗等金属物都要与防雷装置相连。对于没有圈梁和组合柱的建筑物,应该每隔三层在外墙内就要敷设一圈镀锌圆钢,若有圈梁和组合柱,则要利用圈梁钢筋作为均压环。均压环应该与防雷装置的引下线相连。
(三)接闪器的设计
接闪器就是通常所说的避雷针或者避雷网,在防雷装置安装过程中,应尽量将避雷针和避雷网结合使用,组合成接闪器系统。避雷网和避雷针材质需要是镀锌的圆钢,安装间距大于一米,安装要保证设备的固定性,并设立较高的保护架,在阳角梯屋顶的四个角上另外安装避雷针或者避雷带。
(四)等电位连接设计
以前的等电位连接往往都被忽视,等电位连接的主要目的是降低建筑物内的金属物件的电位差,消除危险电压的危害,一般是通过进线配电箱旁边的总等电位连接端子板与进线配电箱的PE(PEN)母排或者进出建筑物的金属水管及煤气管道等作等电位连接。
(五)浪涌保护器的选择
一般而言,在选择浪涌保护器时大致可以分为以下五类:一是根据其使用性质来确定浪涌保护器的类型,二是根据其安装位置来确定它的分类水平以及电压保护水平,三是根据系统标称电压来选择浪涌保护器最大持续的运行电压,四是要校验浪涌保护器的电压保护水平,五是要保证浪涌保护器之间的级别配合。
四、防雷设计在生活中的具体体现
接下来笔者将举例说明防雷设计在我们实际生活中的运用,比如地震临时安置房、变电所以及对于民用建筑物内部的电子信息系统的防雷设计进行相关探讨。
(一)地震临时安置房
现今由于我国地震频发,地震所造成的危害巨大。设置地震临时安置房能够方便受灾人群居住,而对于地震临时安置房的防雷设计也是需要格外注重的内容。安置房宜采用架空避雷线或者独立避雷针作为其接闪器,由于这两者的支撑杆多为金属杆体,因此在其长度大于25m时就要增设支撑杆,作为引下线。为了防止雷电流经过金属支撑杆时产生高电位从而对附近金属物造成反击,要求支撑杆与安置房的金属构架间不得低于3m。并且在安装避雷针时,其支撑杆以及金属拉线从地面起的2m内都要采用绝缘材料,并设立警示标识。其雷电反击与引下线的安全距离可用以下公式表示:
其中,I为雷电流幅值,Ri为接电装置的冲击接地电阻,L0则为引下线单位长度电感,di/dt是雷电流的波头陡度,h是引下线单位长度电感。
(二)变电所防雷设计
而对于我国变电所的防雷设计,国家法律法规也有了明确规定,其防雷类别为第三类。凡是变电所内架结构上安装有避雷线、避雷针等防雷措施的,都应该采用集中接地装置。而对其避雷器的安装一般要注意以下几点:第一,未沿着全线架设的35Kv-110Kv进线,为保护断路器或者隔离开关,需安装阀式避雷器或者排气式避雷器;第二,35Kv以上的电缆进线段,在其连接处要安装阀式避雷器。其长度未超过50m或即使超过也符合保护要求的则可只装一组阀式避雷器,否则在其末端要再装一组;第三,具有架空进线35Kv或以上的变电所在其每组母线上都需要安装阀式避雷器;第四,对于3Kv-10Kv的配电装置应在其母线和架空线上都安装有阀式避雷器。
(三)电子信息系统防雷设计
近年来我国智能建筑物发展迅速。然而,由于电子设备绝缘能力差,对于电压和电流的耐热性差,对于电磁干扰也较为敏感等缺点,使得建筑物一旦遭受雷击时就会影响电子设备的正常运行。因此除了要做好建筑物本身的防雷设计,还要加强其电子信息系统的防雷措施。其措施可以参考以下几点:其一,在实际工作中应该充分认识到建筑物防雷方法与其内部电子信息系统的防雷方法既统一又相互独立,不能同等对待,要认识到其异同点;其二,在对电子信息系统进行防雷设计时,要充分考虑到其存在问题,加强弱电设备的防雷监护工作;第三,在建筑物安装电子信息系统时就要提出防雷防护问题,选择品质优良的浪涌保护器,做好经济上与技术上的支持,从而开发出最优的防雷防护系统。
结束语
综上所述,做好新时期民用建筑物的防雷设计,不仅符合国家的安装规定和标准,同时还有利于施工单位、监督部门和检测部门的管理工作。民用建筑物防雷装置,采用上述的技术措施后,基本可以保证避免雷电造成的危害,保护生命和财产安全。但是雷电天气无法控制,雷击事件也具有突发性质,只能在大多数情况下保护建筑物的安全。因此,只有保证建立标准化的防雷装置,才能降低雷电带来的危害,保证人民的生命和财产安全。
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在近几年开展的雷灾调查和隐患排查整治工作中发现,大部分建设工程都是在建设之初设计环节埋下的雷灾隐患。随着我国新型城镇化建设,建设工程项目逐渐向大型化、复杂化、自动化发展,给建设工程防雷设计审查提出了新的课题和更高的要求。防雷装置与其它专业工程联系紧密。防雷装置质量好坏直接影响整个工程的总体质量,甚至影响到工程投入使用后效率的高低和人员财产安全。因此,把握好设计审查关不但能为竣工后的防雷检测提供方便,更为确保施工质量和减少雷击危害打下了基础。下面就防雷设计图纸的技术审查提出自己的见解,以供同行们交流分享。
1图纸审查的含义
经气象主管机构认定的专业防雷机构,根据国家法律、法规、规章、技术标准与防雷设计规范,对设计单位所作的防雷设计施工图或方案,就安全性、有效性、稳定性和强制性标准防雷设计规范执行情况等进行的技术评价审查。
2图纸审查的原则
a) 设计审查是政府强制,是经气象主管机构认定委托的专业中介防雷机构,应是业内专家;
b) 遵循国家标准防雷设计规范、经济合理、安全可靠的原则;
c) 应与其它行业的通行做法及防雷设计规范标准一致,就高不就低,求异存同,避免承担不必要的责任;
d) 图纸审查本质上是一次重新设计过程,是内行对内行的审查;
e) 审查机构承担审查的相应失察责任,技术质量责任仍由原设计单位承担。
3防雷设计技术性审查
防雷设计审查应对以下具体项目进行技术审查。
1、看标题栏及图纸目录。了解工程名称、项目内容、设计日期及图纸数量和内容等。
2、看总说明。了解工程总体概况及设计依据,了解图纸中未能表达清楚的各有关事项。(重点:设计的依据防雷设计规范图集、年预计雷击次数、防雷的分类、电源系统的制式、接地电阻 、均压环楼层的设置 、接地共用形式。在设计说明中我们还可以看出本建筑物的主要用途,其内是否有消防监控、安全门禁、宽带、有线电视等弱电系统设施等)
3、看设备材料表。设备材料表给我们提供了该工程使用的设备、材料的型号、规格和数量,收集归纳检测点的重要依据之一。
4、看系统图。了解系统图的基本组成,主要电气设备、元件等连接关系及它们的规格、型号、参数等,掌握该系统的基本概况(竖向系统图和配电系统图)。
5、看平面布置图。如基础、屋面防雷和楼层管线配置、设备布置等的平面图等,都是用来表示设备安装位置、线路敷设方法及所用导线型号、规格、数量、管径大小的。(接闪带布设、桩利用系数、桩筋利用情况,防雷网格的设置,地圈梁闭合环,人工接地预留外引端子、接地电阻1Ω,安全距离的计算,接地检测预留端子。接地干线,如幕墙、机房、配电房、电梯机房和信息设备场地等的接地电阻测试端子。引下线的数量、间距、布置。屋顶面布设的航障灯、装饰灯、广告牌、水箱、太阳能等。)
6、审查基础接地平面图。基础接地平面图是建筑物防雷的基础,从基础接地平面图中可查验基础地网的形状、埋设深度。应了解地质报告与地下水位;应知土建基础设计型式,基础钢筋埋设深度,估算埋地钢筋表面积。确认设计是否合理、自然接地体可否利用以及接地电阻设置可否能满足要求。重点审查防雷接地与其它接地共用接地装置的接地电阻要求(1Ω、4Ω、5Ω、10Ω、30Ω或100Ω等)。
7、审查引下线设置位置、根数、平均间距等。引下线间距可以按照相邻三档平均滑动计算。
8、审查侧击雷防护装置。防侧击雷均压环、外墙金属门窗、阳台围栏、空调搁板等处的等电位接地要求。侧击雷防护均压环二、三类建筑均为建筑顶上20%且超过60米部分需要布设均压环和防侧击雷。(室外空调机搁板应预留接地。)
9、建筑缝处防雷装置设置。
10、审查等电位连接设置。等电位连接是建筑物防雷的重要措施之一,它不仅可以减少雷击产生雷引起的电位差,还能增强屏蔽效能,防止雷击电磁脉冲危害,改善电磁环境。等电位接地(等电位连接按其功能分为总等电位连接(MEB)、辅助等电位连接(SEB)、局部等电位连接(LEB)、楼层等电位连接(FEB)、等电位连接带(EBB)、等电位连接(EB)、等电位连接网络(BN)等。应知接地干线敷设、总等电位接地端子设置能否满足防雷设计规范要求。审查可能有附属设备设施的楼层、房间、屋顶宜预留局部接地端子。
11、审查屋顶平面图防雷接闪网(带)的敷设。防雷网(带)的敷设方式、位置及格距等。
12、SPD设置。安装的位置、级数、雷电通流量等。对已经设计有SPD的建筑物,也应根据其防雷类别判定SPD的位置、级数、雷电通流量是否合理。(应该通过雷击风险评估的雷击类型S1、S2、S3、S4和线杆类型,雷电流参数、可能雷击点、线路敷设和设备耐压水平及SPD电压保护水平等参数计算,确定是否需加装SPD,满足防雷设计规范安全要求即可,不可强制要求设置多级。对于TN制式一般不设置P+N形式。
13、看安装大样图。是用来详细表示设备安装方法的图纸,也是用来指导安装施工和编制工程材料计划的重要依据。也是我们要审查的对象,(如防雷施工、卫生间、幕墙预留端子、女儿墙及配电柜接线等的大样图。)防雷平面图、大样图之间有无矛盾。
14、接地导线截面积,SPD上下级匹配,SPD保护开关整定电流是否符合防雷设计防雷设计规范要求。强弱电桥架、线槽、线管形式、连接是否符合防雷设计规范要求。
15、建筑施工图、结构施工图及水、电、暖、设备、消防、人防等专业施工图中涉及防雷部分的轴线、位置(坐标)、标高及交叉点是否矛盾。
16、审查进出建筑物的金属管线(水、电、暖、通风、燃气的金属管线)在进出建筑物时是否与等电位连接端子做等电位连接。燃气管网与强弱电管线、防雷引下线、接闪器距离,审定合理性。
17、应知玻璃幕墙等电位设计、女儿墙铝塑扣板、大理石压顶、不锈钢栏杆、屋顶避雷网格是否满足防雷设计要求与验收规范要求。
18、消防中心控制室、监控室、计算机室、楼宇自控室、程控交换机房、电梯机房的位置设计是否符合防雷电磁环境要求。
19、防雷产品的说明书及有关证明。
20、埋设管路,吊顶布管,材质和设置是否符合防雷设计规范要求。
21、审查航空障碍灯设置、防雷措施。
22、还应参见其四置图、建筑效果图、立(剖)面图、规划总平面图、幕墙结构施工图、钢结构施工图、建筑结构说明、施工说明等。
4结束语
防雷设计的审查工作是勘察设计管理体制和运行机制的需要,是与国际惯例接轨的需要,是提高勘察设计质量的需要,是维护国家和社会利益的需要。同时也是《建筑法》、《建设工程质量管理条例》和《防雷装置设计审查和竣工验收规定》等法律法规规章的规定要求,未经审查的设计图纸不得交付工程施工。因此,提高建设工程防雷设计的合格率,对于减少不必要的经济损失,消除减少雷击灾害的发生,是一件非同寻常、至关重要的工作,必须给予极大的关注。
参考文献
中图分类号:TU2文献标识码: A
引言
幕墙是一种由面板与相应承力结构组成的能够承受一定变形而直接悬挂在墙体主体结构上,这种建筑结构不但能够承担一定的荷载,而且具有着良好的防护作用与美观作用。就目前的建筑工程施工项目而言,幕墙除了应有较为成熟的技术体系之外,其施工方法和工艺也较为完善。通过多年的工程建设经验分析总结而言,目前幕墙结构按照其施工材料可以分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙和混凝土幕墙等。但随着近年来建筑工程项目的不断增加,新型的气循幕墙、智能幕墙和光电幕墙也较为常见,成为幕墙工程的主要结构形式之一。在当前的建筑工程领域中,幕墙是现代建筑派系特征的主要体现者,在整个工程项目中具有着不可替代的艺术地位和艺术特色。在当前社会发展中,建筑幕墙结构主要应用于人群较为密集的商业和大型的公共建筑物外墙上。正因为其位于建筑结构最为,因此其在应用的过程中存在着极大的雷击隐患。这主要是由于幕墙结构多数由玻璃、石材等组成,而这些材料本身是一种脆性材料,抗雷击的能力较差,当发生高温时极容易引起炸裂和破碎现象。
一、雷电对建筑物的危害
地上建筑物千姿百态、高矮不一,对雷电的形成和发展也有着促进作用。特别是高层或超高层的建筑物,使地面的电场分布发生了严重的畸变,其电场强度比一般建筑物大得多。而建筑物本身的电场强度的分布也不是均匀的,往往在建筑物的尖顶及边缘上的电场强度最大,而又由于建筑物本身构造及其附属构件积蓄的电荷,雷电就自然被吸引向这些地方,这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。如金属屋顶、金属天沟、金属水箱、金属栏杆等,都是易遭受雷击的部位。遭受雷击的对象,本身的直接经济损失有时并不太大,而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点.某寻呼台遭受雷击,导致该台中断寻呼数小时,其直接损失是有限的,但间接损失将大大超过直接损失。再有,雷电袭击时会产生高温与巨大的电流,高温会引起火灾,电流会引起触电事故的发生。因此,建筑物需要设防雷装置。
二、建筑幕墙防雷设计
1、建筑幕墙防雷设计相关技术规范
《建筑物防雷设计规范》GB50057―2010与《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601―2010是建筑物防雷设计、施工与验收上位规范的现行版本。这两本标准的修订和制订均参照和采纳了国际电工委员会IEC62305系列标准,是与国际雷电防护新标准体系接轨、技术水平先进的标准规范。与建筑幕墙防雷设计相关的技术规范还有《民用建筑电气设计规范》JGJ16、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102和《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133。JGJ16由于并未采纳国际雷电防护新标准体系,存在一些与《建筑物防雷设计规范》GB50057―2010相抵触的规定。JGJ102和JGJ133目前正在进行修订,其中有关幕墙防雷设计的条文也将参照《建筑物防雷设计规范》GB50057―2010和《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601―2010的规定进行修订。
2、幕墙防雷设计原则
幕墙的防雷设计原则是:首先把幕墙自身的横、竖龙骨通过导体连接在一起,根据该建筑物的防雷等级要求的网格尺寸将幕墙自身制做成为一套防雷体系,再将幕墙与建筑自身的防雷装置进行可靠连接,使其两部分成为一个整体,形成一个完整的防雷系统,把雷电袭击幕墙时的巨大电流,迅速地输送到大地,共同起到保护幕墙和建筑物免遭雷电破坏的作用。
二、建筑幕墙的防雷设计及施工要点
建筑幕墙的骨架主要为金属材质,在遇到雷电时容易成为导体。如果建筑幕墙没有进行防雷设计和施工,一旦遇到雷电侧击会造成很大的危害和损失,还容易引发火灾。因此,建筑幕墙在设计时需要充分考虑防雷问题,在施工时也需要做好防雷措施。
1、建筑幕墙的防雷设计
经试验测试,建筑幕墙超过50m以后雷电通过幕墙的时间极短,只有几十微秒,但每米电位差却能够达到万伏以上,因此建筑幕墙必须要做好相应的防雷设计,否则会对建筑本身造成极大的损害。因此,为了保证建筑幕墙能够具备较好的防雷能力,则需要其形成自身的防雷网,该防雷网要和主体的防雷体系相互连接,一般防雷网的设置不能超过100m2,否则会影响防雷效果。建筑每隔一段距离要设置均压环,每隔均压环之间的垂直距离要控制在12m之内。均压环内部具有钢筋,其纵向钢筋需要进行接地处理,将引下线、金属设备等连接到均压环上。
在进行主材料的选取时尽量选用单层铝板和飞铝塑复合板,单层铝板的接地效果更好,而复合板之间有聚乙烯填充物,由于聚乙烯不能导电,因此复合板无法实现接地。因此为了预防雷电对建筑幕墙的损害,则需要选择导电性能较好的单层铝板,该种材料不易受雷电损害,较为耐用。单层铝板能够保持数十年不变形,其使用年限比一般材料要长很多,并且该材料能够达到较好的防火、防雷效果,因此常用于作为建筑幕墙的材料。
2、建筑幕墙的防雷施工
建筑幕墙防雷施工需要注意以下几点:第一,在进行建筑主体结构施工时,要将每个埋件的直锚筋和楼板中的钢筋进行焊接,也可以使用绑扎法进行连接。对采用的后设锚板要将每个锚板于主结构的钢筋连接,锚板之间的连接可以形成较好的电气通路效果。在进行建筑防雷施工时要注意一项重要内容,即避雷针的安装或避雷带的设置。对于建筑而言,安装避雷针或避雷带是进行避雷的最有效措施。避雷带一般可以设置在建筑幕墙的女儿墙外侧,沿着屋顶周边进行布设。在屋顶可以设置金属物作为接闪器,接闪器要事先做好接地处理。接闪器也可以设置在建筑幕墙和女儿墙之间,该种设置需要设置较厚的金属板,一般保持大于0.5mm。
四、防雷设计中应注意的事项
在玻璃幕墙的防雷过程中应注意以下三点:一是,充分利用建筑物的接闪器、引下线、接地装置。二是,将均压环层的幕墙横竖向龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物防雷网联通。三是,将首层的幕墙的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的防雷网联通。通过以上,玻璃幕墙在遭受雷击的过程中,由于其玻璃幕墙的防雷与建筑物防雷联成一体,则玻璃幕墙将能获得的电能,通过建筑物的接地系统迅速地输送到地下,从而达到保护建筑物和玻璃幕墙免遭雷电的破坏。
高层玻璃幕墙的顶部为了美观,一般都采用铝板,铝板是入地较好的导体,它沿建筑物顶部分布,其电场强度很大,雷电就很容易被吸引过来,受雷击最大的部位,铝板则是很好的接闪器,可以接受雷电流,将固定铝板的主横担与建筑物避雷系统联成一体,这样就可以安全的将雷电流导入大地。高层建筑的玻璃幕墙顶部的接闪器可以有效地防雷直击,但不能防止侧雷击,在玻璃幕墙防侧雷时,其要根据建筑物防雷等级来确定其作法:一类防雷30米,二类防雷在45米,三类防雷在60米,综合建筑物的防雷等级在30米、45米或60米以上的高层玻璃部位,每层设一个均压环,并将建筑物防雷网及玻璃幕墙防雷系统联通,形成一个电气通路,为了防止球形雷,将玻璃幕墙首层的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的接地网联成一体。
结束语
总之,建筑幕墙的防雷施工是保障其使用效果和安全的重要措施,在施工之前要进行科学的规划和设计,设计单位必须要具备专业设计资格。在进行施工时,要保证施工单位具有合格的技术水平才能着手操作。施工需要严格按照设计要求和设计图纸进行操作,将每一个细节都做到位,确保建筑幕墙能够做好严密的防雷工作,为日常的使用排除安全隐患。
参考文献