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关键词:规范 对比 低压配电线路 电涌保护器 区别
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
[2] 化工部.爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92[S].北京.中国计划出版社.1992
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;设计的合理与否,对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。
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
1、国家标准建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000年版)北京中国计划出版社2001
关键词:加油站防雷防雷改造 综合防雷防感应雷中图分类号:TU856 文献标识码:A文章编号:
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
1、《雷电与避雷工程》 苏邦礼等 中山大学出版社
关键词:建筑幕墙;防雷设计;施工要点
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
[1]侯宪法.建筑物防雷措施与防雷装置安装研究[J].科技促进发展(应用版),2010(02).
1.基本原则:
防雷设计的技术措施应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》进行防雷分类,参照《建筑物防雷设计规范》的相应要求,采用滚球法计算避雷针的保护范围,采用等电位联结这一保障安全的最重要措施。
2.防直击雷的措施,应符合下列要求:
(1)接闪器采用避雷针、避雷带(网),或两者混合的方式,还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器,但应符合规范要求。不应采用装有放射性物质的接闪器。其他形式的消雷器,只宜用于屋面上架设有高杆铁塔的建筑物上。
屋面上的突出物,如卫星和共用天线接收装置、节日彩灯、航空障碍灯和屋面风冷机组等,应在防雷装置保护范围内,若按滚球法计算不在保护范围内时,应另设避雷针、带加以保护,并与屋面防雷装置相连。
(2)引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋,还宜利用建筑物的消防梯、钢柱、金属烟囱等作为引下线。
当利用钢筋混凝土柱中的钢筋、钢柱作为自然引下线,并同时采用基础钢筋作为接地装置时,不设断接卡,但应在室外适当地点设若干与柱内钢筋相连的连接板,供测量、外接人工接地体和作等电位联结用。
砖混结构的建筑物,在外墙四周另设引下线,并在离地1.8米出装设断接卡。其1.7米至地下0.3米一段应采取保护措施。
(3)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,可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内,用-40x4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1欧。采用共用接地装置时,弱电系统应将各自设备机房的、与建筑物绝缘的接地线柱,用25平方毫米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4欧,如若设独立的接地系统,其与防雷接地系统的距离不宜小于20米。
3.防侧击雷的措施,应符合下列要求:
高度超过30米的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物,应采取下列防侧击雷和等电位联结的保护措施:
(1)钢构架和钢筋混凝土的钢筋应互相连接;
(2)应利用钢柱或钢筋混凝土柱内钢筋作为防雷装置引下线;
(3)应将30米及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连;
转贴于
(4)竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和低端应与防雷装置连接;
(5)没有组合柱和圈梁的建筑物,应每隔三层在外墙内敷设一圈¢12的镀锌圆钢做均压环,有组合柱和圈梁时,利用圈梁的钢筋作均压环。将建筑物的各种竖向金属管道每三层与均压环连接一次。均压环应与防雷装置引下线连接。
4.防雷电感应的措施,应符合下列要求:
(1)被保护建筑物内的金属物接地,是防雷电感应的主要措施。因此,建筑物内的设备外壳、管道、构架等主要金属物,应就近接到防雷接地装置或电气设备的保护接地装置上。
(2)平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮的长金属物,其净距小于100mm时应采用金属线跨接,跨接点的间距不应大于30m;交叉净距小于100mm时,其交叉处亦应跨接。
5.防雷电波入侵的措施,应符合下列要求:
(1)低压线路宜全线采用电缆直接埋地引入,在入户端将电缆金属外皮或保护钢管接到防雷接地装置上;若为架空线应换接50m电缆进户,线缆换接处应装设避雷器,并将其与电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等连在一起,其冲击接地电阻不应大于10欧。若采用架空线引入时,引入处应装设避雷器。
(2)架空和埋地的金属管道,应在进出建筑物处与防雷接地装置相连。
固定在建筑物上的节日彩灯、航空障碍灯及其他用电设备的线路,应根据建筑物的重要性采取相应的防雷电波侵入的措施: