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防雷设计
时间: 2019-04-30 08:58 浏览次数:
1、防雷与接地设计的整体考虑 以往的建筑物都有传统的防雷系统(即富兰克指针、钢筋、铜带、法拉第和接地网)对建筑物及其中的人员起到保护作用。但这些传统的防雷系统不能有效地防止雷
       1、防雷与接地设计的整体考虑
       以往的建筑物都有传统的防雷系统(即富兰克指针、钢筋、铜带、法拉第和接地网)对建筑物及其中的人员起到保护作用。但这些传统的防雷系统不能有效地防止雷电感应、电磁脉冲、电路浪涌、静电等许多外界干扰对微电子、通信等设备的危害,其表现为:
       (1)当雷电直接击中传统防雷系统时,巨大的能量通过建筑物结构某一不可预知钢筋或铜带向大地导通。它产生巨大的电磁效应会感应到供电线路,更有甚者,雷击直接由下导铜带或钢筋向供电线路或数据线路跳火。
       (2)雷电直接击中延伸建筑物外的供电线路和通信数据线路,甚至击中数千米以外的供电线路时,雷电电流都会迅速侵入建筑物内部。
       (3)城市公用输电网切换和大的电力用户的设备起停而产生的浪涌
      (4)建筑物内部电气设备(如空调、电梯、通风机等)的频繁起停而产生的浪涌。
      (5)供电线路、通信线路、数据线路与其相连的其他建筑物或地面被击中而传输或感应的电磁脉冲和浪涌电流。
      (6)静电通过数据线路对设备电路板上电子元件直接的损害建筑物弱电系统防雷是一个系统工程必须综合考虑的,将智能大厦外部防雷措施和部防雷措施等各种因素作为整体来统一考虑。
       2、防雷装置
       防雷装置一般由避雷针、避雷线、避雷带(避雷网和避雷器)组成。不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷,最终都是防雷装置把雷电流送入大地。常用的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷带和避雷器。
       (1)避雷针。避雷针由接闪器、引下线和接地体三部分组成。
       (2)避雷线。避雷线由悬挂在空中的接地导线、支持物和接地引下线组成。
       (3)避雷带(避雷网)。避雷带(避雷网)普遍用来保护高层建筑免遭直击雷和感应雷的作用。
       避雷器:避雷器用来防护变、配电站及其他建筑物内的设备免遭感应雷的作用。
       3、建筑物的防雷设计
       建筑物的防雷设计分为两大部分:外部防雷和内部防雷。建筑物防雷的基本框架如图1所示。由图1,现代防雷技术一般分为“两大部分”“三道防线”。
建筑物防雷的基本框架
       两大部分:外部防雷和内部防雷
       三道防线:①通将绝大部分雷电流直接引入地下泄散(属于外部防雷);②阻击沿电源线或数据信号线引入的侵入雷电波(属于内部防雷);③限制被保护设备上雷电过电压幅值(过电压保护)。
       建筑物的防雷设计采取“两大部分”、“三道防线”防护措施。
       1、外部防雷
       外部防雷由避雷针(避雷带、避雷网)、引下线和接地装置三部分组成。
       避雷针(避雷带、避雷网):位于建筑物的顶部,其作用是引雷或截获闪电,即把雷电流引下。
       引下线上与避雷针(避雷带和避雷网)连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。
       接地装置位于地下一定深度之处,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。
       (1)建筑物楼顶装置与雷电流引下线的设计要求
       ①在建筑物楼顶上的标志灯、节日彩灯、空调附属设备等设施,其金属框架、电源线的金属护层上下端均应与暗装避雷网或女儿墙上的避雷带连接焊牢,焊点作防腐处理。大楼的避雷带设于女儿墙上,每隔5~10m与暗装避雷网连接并焊牢,暴露在空气中的焊点一律作防腐处理。楼顶设有微波天线、移动通信天线等均应在其上设置避雷针,其引下线应就近在两个相对方向上与暗装避雷网连接焊牢。有塔楼的应在塔楼上装置避雷针,利用塔楼柱内的两根主钢筋作为引下线并与暗装避雷网连接焊牢。
        ②雷电流引下线由楼顶开始,引至大楼环形接地体形成一个笼形结构,大楼底层均压网宜与大楼周围的环形接地体每5~10m用镀锌扁钢连接一次并焊牢,焊点应作防腐处理。
        ③铁塔的雷电流引下线应采用扁钢或铜排焊接连通,直接引入联合接地体
       ④避雷针应采用符合国家标准GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》的接闪器即常规型避雷针,其他非常规避雷针或消雷器慎用。
       ⑤垂直接地体长度宜为1.5~2.5m,垂直接地体间距为其自身长度的1.5~2倍接地体之间所有焊接点(除浇铸在混凝土中的以外)均应进行防腐处理,接地体的上端距地面不宜小于0.7m。
       ⑥接地线和接地引线宜短、直,采用截面积为35~95mm2的多股铜线,接地引人线长度不宜超过30m,其材料为截面积不小于40mm×4mm的镀锌扁钢和截面积不小于 95mm2的多股铜线。接地引线由地网从两个方向就近引出与机房接地汇集线接通,避免从雷电流引下线附近引出。
       ⑦接地汇集线一般设计成环排状,采用截面积应不小于120mm2的铜材,也可采用镀锌扁钢。机房的接地汇集线可安装在地槽内、墙面或走线架上。
       (2)接闪功能。指实现接闪功能所应具备的条件,包括接闪器的形式(避雷针、避雷带和避雷网)、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价及接闪器等。
       (3)分流影响。指引下线对分流效果的影响,引下线的粗细和数量直接影响分流效果。引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定,当建筑物很高、引下线很长时,应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降(这不仅可以分流,而且还可以降低反击电压)。
        (4)接地效果。良好的接地是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好和最经济。
        ①钢筋混凝土结构的建筑物(符合规范条件)应利用基础内的钢筋作为接地装置。
       ②对木结构和砖混结构建筑物,必须制作独立引下线并采用独立接地装置接地方式。当土壤电阻率大,使用接地极较多时,可作周围式接地装置。因为周围式接地装置的冲击阻抗小于独立接地装置接地的冲击阻抗,而且有利于改善建筑物内的地电位分布,减小跨步电压。采用独立式接地方式,以钻孔深埋接地极(4~12m)的效果为最好,深孔接地极容易达到地下水位,且能减少接地极的用钢量。
       (5)大厦防雷设计应考虑的措施
       ①进楼电缆应从地下进楼。
       ②进楼电缆的金属外护套应在大厦进线室内就近接地或与地网连接后再进楼。
       ③进楼电缆的信号线均应对地加装信号SPD后,再接入网络系统,电缆内的空线对应做保护接地。
       ④地处少雷区和中雷区大厦的市话配线箱,可采用由气体放电管或半导体放电管与正温度系数热敏电阻组成的保安单元。
       ⑤地处多雷区和强雷区大厦的市话配线箱,必须采用由半导体放电管与高分子PTC(正温度系数热敏电阻)组成的保安单元。
       ⑥总配线架必须就近接地,是关系到配线架的保安单元对交换机用户板起到有效保护的关键问题。在机房总体规划时,总配线架宜安装在建筑物的低层,接地引入线应从地网两个方向就近分别引入(即从地网在建筑物预留的接地引人端子接地引入或从接地汇集线上引入)
       ⑦市话电缆空线对应在配线架上接地,内部防雷。
       2、内部防雷
       只设计外部防雷装置而忽略内部防雷手段,接闪器再好,也无法获得好的防雷效果。
       内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁脉冲干扰、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外,所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷,它包括等电位联结设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器及合理布线和良好接地等措施。
       (1)建筑物内的雷电电磁脉冲干扰。
       建筑物内的雷电电磁脉冲干扰是指以下3种情况:
       第一是空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和电子设备的电磁干扰。
       第二是建筑物的防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流对建筑物内电力线路和电子设备的干扰。
       第三是由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内电子设备的干扰。
       (2)等电位。等电位指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位。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
       (3)屏蔽设施。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,应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板墙面以及梁、柱内的钢筋,使其构成一个六面体的网笼(即笼式避雷网),从而实现屏蔽,还能防球雷、侧击雷和绕击雷的袭击。
       (4)安全隔离距离与等电位联结。在建筑物内部,防雷措施可分为安全隔离距离和等电位联结两类。安全隔离距离指在需要防雷的空间内,两导电物体之间不会发生危险的火花放电的最小距离,即不会发生反击的最小距离。等电位联结的目的是减小或消除内部防雷装置各个部位上所产生的电位差,包括靠近进户点的外来导体上的电位差。等电位联结措施包括:
        ①出入大厦的线缆必须埋地,线缆的金属外护套两端应就近接地。
        ②机房内走线架、吊挂铁架、机架过机壳、金属通风管道、金属门窗等均应做等电位联结和接地。
        ③设备的接地引入线宜从接地汇流排上就近引入
       ④变压器的中性点、避雷器的接地端及缆线金属护套应就近连接接地。



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