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        建筑物的防雷技術及應用

        發布時間:2011-06-07  點擊次數:5415  新聞來源:

          防雷器網與您分享:建筑物的防雷技術及應用。雷擊是一種自然現象,它的巨大能量眾所周知。幾個世紀來,人類對雷擊的破壞性的研究、探索和采取預防的措施,已經有了一套比較成熟的理論。從EMC(電磁兼容)的觀點來看,防雷保護由外到內應劃分多級保護區。最外層為0級,是直接雷擊區域,危險性最高,主要是由外部(建筑)防雷系統保護,越往里則危險程度越底。保護區的界面劃分主要通過防雷系統、鋼筋混凝土及金屬管道等構成的屏蔽層而形成,從0級保護區到最內層保護區,必須實行分層多級保護,從而將過電壓降到設備能承受的水平。一般而言,雷電流經傳統避雷裝置后約有50%是直接泄入大地,還有50%將平均流入各電氣通道。

          總體防雷原則是:

          1.將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護);2.阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波(內部保護及過電壓保護);3.限制被保護設備上浪涌過壓幅值(過電壓保護)。

          這三道防線,相互配合,各行其責,缺一不可。

          一、建筑物的綜合防雷技術應用(一)鐵路站場鐵路站場直擊雷防護重點區域是通信樓、信號樓和戶外岔群咽喉區設備。

          1.通信樓直擊雷防護利用通信樓附近的高約45米微波塔,在塔頂上安裝IF3避雷針,避雷針安裝高度超出塔頂2.5米。經計算,避雷針對地面的保護半徑可達119米。引下線采用截面大于12mm×4mm的鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地電阻小于1歐。

          2. 信號樓直擊雷防護利用被保護建筑物信號樓,高度約為10米,在信號樓頂部安裝IF3避雷針,針的安裝高度超出樓頂5米。經計算,保護半徑可達109米。樓頂預埋350mm×350mm×10mm厚鋼板,便于焊接避雷針底座,從底座延相反方向焊接引出兩條引下線,引下線采用大于8mm的圓鋼沿樓外墻引下入地,與樓的接地環相連。防雷接地裝置接地電阻小于1歐,將避雷針與接地裝置貫通。

          3.戶外岔群咽喉區直擊雷防護鐵路站場岔群咽喉區的特點是設備分布較為集中,岔群咽喉區段長度約145米,在岔群咽喉區附近各建立12米高的鐵塔,塔頂安裝IF3避雷針。經計算,保護半徑可達111米。引下線采用截面大于12mm×4mm的鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地電阻小于10歐。

         ?。ǘ┟裼脵C場民用機場的防雷和防雷擊電磁脈沖和內部過電壓的保護的設計與施工既要可靠地設計建筑物外部的防雷擊裝置,又要完善考慮建筑物內部的大量電子信息設備的防雷擊電磁脈沖和內部過電壓的保護。下面討論設計中的一些要點。

          1.外部避雷系統在機場重要的第一類和第二類防雷建筑物的接閃器以普通針、帶、網相結合為主。如建筑物本身無法實施普通的避雷技術措施,可采用國外先進的E.S.E提前放電避雷針。在防雷建筑物的外防雷系統的設計時,應實現總等電位連接和聯合接地??紤]實際應用效果,引下線可考慮使用焊接的主承重柱內的鋼筋引下線逐點檢查核實。

          2. 建筑物內部防雷擊電磁脈沖和內部過電壓保護的設計應特別重視對由低壓電纜引入的雷擊電磁脈沖的防護,依據 GB50057.94《建筑物防雷設計規范》和 IEC61312—1《防雷電電磁脈沖設計的一般原則》以及相關國家、行業標準,對于安裝有大量電子設備(引入PE線的金屬外殼 I類耐過壓水平用電設備,依據IEC664-1)的低壓配電系統,根據防雷分區的定義結合等電位連接的作法,對其防雷電電磁脈沖進行分級設計[4]。

          二、測報工作中防雷技術的應用(一)水文測報系統水文報汛是在規定的時間內進行,在時間上沒有選擇的余地。水文纜道架設地野處,加之纜道的主索、工作索等均是鋼材,屬導電體,易受雷擊,為不影響水文測驗,必須對纜道進行防雷避雷設施建設。

          1.水文纜道設施防雷避雷水文纜道跨度較小,可采用避雷針防雷;跨度較大時,避雷針則無法兼顧整個跨度纜道,采取避雷線的方式避雷。在纜道主桿上端架設一個高3m以上的避雷塔,然后在避雷塔安裝避雷線,使避雷線、鋼支架用扁鋼與地網連接。要求避雷線采用截面積不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線;引下線優先采用直徑不小于8mm的圓鋼,地網電阻不大于4Ω。纜道感應雷的防護主要是依靠電源防雷,信號防雷,合理的地網鋪設等措施可減少或杜絕感應雷的影響。長江委水文局上游局的大多水文站均采用在左右岸鋼支架上端架設一個高3~5m的避雷塔,安裝避雷線,并與地網連接,防雷避雷效果明顯。

          2.水位、雨量儀器防雷避雷采用防雷針、引下線、地網的防雷系統來防止水位、雨量儀器直接雷擊。 由于水位、雨量觀測在野外進行,其觀測的設備——雨量筒、衛星天線、太陽能板都安裝在自記井頂部(自記井頂部最大直徑不超過2m),因此,避雷針也只能安裝在自記井頂部。假如衛星天線的高度為 1.0m,當避雷針高度則為 2.7m時,可將天線置于以避雷針為圓心、半徑約 3m的有效保護范圍內(避雷針的保護角度按60°算,避雷針最好安裝在海事衛星天線的東北方向,因西南方向為衛星登陸方向)。

          為避免電源線將感應雷傳入儀器,采用太陽能電池浮充供電。水位、雨量信息傳輸的信號線采用屏蔽線,將信號線通過PVC套管從地下引入報汛站,報汛站通過PSTN或網絡將水位、雨量信息傳送至水情分中心,報汛站還可通過備用信道——海事衛星(或北斗衛星)直接將水位、雨量信息發送至水情分中心。

          3.水情分中心防雷系統水情分中心一般都建設在大、中城市。地理、地質條件都給地網的布設增加了困難,但避雷針的安裝嚴格按照60度保護角的要求安排避雷針與衛星天線、太陽能板的距離。

         ?。ǘ┨鞖饫走_天氣測報系統雷達的施工建設工作中同樣需要考慮防雷避雷,科學工作者在建設思茅新一代天氣雷達中應用了特別的綜合防雷技術,并對具體設計工作做了報道與分析。

          1.接閃采取了避雷針、帶組合保護的方式:既在雷達探測樓頂部距天線罩外緣3.5m處等圓周、等間距安裝4棵等高10m的玻璃鋼避雷針,并沿屋面女兒墻頂部安裝架空高度為0.3m的避雷帶,使雷達天線和建筑物處以避雷針、帶組合保護的直擊雷防護區。

          2.屏蔽采取了沿機房四周墻體及窗框敷設 150cm×150cm的金屬屏蔽網格,把機房內電氣設備 “包圍”起來,并做好各類設備外露可導電部件的接地,使室內雷達設備處以第一、二、三層屏蔽防護區內。

          3.均壓連接采取的方法是;從建筑物的基礎開始,逐層逐項地將同一層面、同一入口處和雷電防護區交界點的金屬構件作等電位連接,形成等電位連接網絡。均壓連接是一項比較煩雜的工作,是防雷設計與施工質量的主要評判因素之一。

          4.浪涌保護采用電壓開關型和電壓限制型浪涌保護器進行防護。供電系統采取3級防護;SPD1安裝在距雷達站100m處的變壓器低壓側電源總配電箱上,在三根相線上選用I級分類試驗用沖擊電流Iimp通過幅值電流50KA (10/350μs)的SPD;SPD2安裝在雷達站建筑物配電盤上,在三根相線和中性線上選用標稱放電電流40KA (8/20μs)的SPD;SPD3安裝在雷達主機房分配電盤上,在三根相線和中性線上選用標稱放電電流10kA (8/20μs)的SPD。

          5.接地天氣雷達站的接地處理遵循 “共地不共線”的接地原則,即將防雷地、電源地、電源保護地、防靜電地和邏輯地等各種接地分別就近就便匯入一個合格的公共接地網。天氣雷達站的接地,除利用建筑物的自然接地體外,還增設了約 5000 人工輔助接地體,形成的公共接地網接地電阻為0.8Ω,滿足了天氣雷達站在土壤電阻率條件下對接地電阻值的要求。

          三、電信系統的綜合防雷技術應用防雷接地不但是建筑物必須考慮的內容,電氣系統和電子設備也必須考慮防雷。

         ?。ㄒ唬┯芯€電視系統CATV系統的防雷接地應包括3個部分:前端、干線(含超干線)和分配系統。

          1. 前端部分的防雷接地前端機房一般不是獨立的建筑,因此,整個建筑物的防雷接地系統可以保護前端機房內系統設備的安全,故不必重新做防雷接地,但有幾點須引起注意:雷電可能從接收天線串入前端系統;播出機房地板須采用防靜電地板,信號電纜與電力電纜分溝敷設;在電力線明線引入時,雷電有可能從電源網串入。

          2. 干線部分的防雷接地CATV系統的干線(含超干線)部分包括電(光)纜和干線設備(如放大器或光接收機等)兩項內容,該部分置于室外,必須考慮防雷。2.1  電(光)纜的防雷接地對于走地下管道的電(光)纜,應在引下和引上處將金屬管道或電纜金屬外皮與防雷接地裝置相連;市區架空電(光)纜吊線的兩端和架空電(光)纜線路中的金屬管道均應接地;郊區曠野的架空電(光)纜線路要在分支桿、引上桿、終端桿、角深大于1m的角桿、安裝放大器的電桿及直線線路每隔10~15根電桿上加裝避雷針,吊線應接地處理,接地裝置用35 mm×35 mm×2000mm角鋼或直徑10mm以上圓鋼,埋深2m。2.2  干線設備的防雷接地光接收機、干線放大器和供電器的外殼均應就近接地,但不得與電源變壓器和有線廣播的接地線相連;對需要外線電源的放大器、供電器,應按防雷標準要求增設電源避雷器。(二)機房系統1.等電位連接和共用接地系統對于機房系統防雷設施,等電位連接的關鍵是在信息系統機房內布設星形結構 (S型)或網形結構 (M型)或S型與M型組合的等電位連接網絡,使得機房內的電氣和電子設備的金屬外殼、機柜、機架、屏蔽線外層、及各種電涌保護器 (SPD)接地端均能夠實現最短的距離就近與等電位連接網絡連接。優化接地型式的設計應選擇一些導電性好、熱穩定性強、耐腐性和承受雷電流能力高的接地材料,如高效防腐降阻劑、銅、鑄鋼接地極、離子接地極等。

          2.屏蔽雷電電磁場強度的衰減計算能為信息系統設備布置及采取相應的屏蔽措施提供指導意見。根據計算結果信息系統的主機房一般應選擇在大樓的低層中心部位,信息系統設備應盡量遠離建筑物的外墻結構柱,設置在雷電防護的最高防護級別區域內。

          3.電涌保護器的選擇和應用3.1低壓配電系統 SPD選擇和配置能量配合有使用退耦元件和不使用退耦元件的配合、有使用觸發型SPD的配合、還有兩個電壓開關型SPD間的配合、電壓開關型和限壓性SPD間的配合、兩個限壓型SPD間的配合、末級SPD與被保護設備間的配合等多種配合方式。盡管有了正確的能量配合,如果SPD不是安裝在防雷區界面和被保護設備上或其附近,則設備的端子上仍可能出現損害。其原因在于SPD與被保護設備間的線路之間可能引起振蕩,這種振蕩可能導致超過SPD殘壓兩倍的高電壓而損壞設備。

          3.2信號線路 SPD選擇和配置信號線路SPD應根據被保護設備的工作電壓、接口類型、特性阻抗、插損、功率、信號傳輸速率、頻帶寬度及傳輸介質參數選用插損小、限制電壓不超過設備端口耐壓的SPD 。

          3.3天饋線路SPD選擇和配置天饋線上選用的SPD最大傳輸功率應為平均功率的1.5-2.0倍。其它參數,如工作頻率、駐波、插損、特性阻抗、接口等均應符合系統的要求。

         
         
         

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