试论建筑物内电气设备防雷的设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 试论建筑物内电气设备防雷的设计 摘 要：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。通过多年对建筑防 雷设计方面的学习和研究，总结一些经 验和同行共勉。 中国论文网 /2/view-12794789.htm 关键词：建筑物；电气设备；防 雷；设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 文章编号： 随着现代社会的发展，建筑物 的规模不断扩大，其中各种电气设备的 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 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主要形式。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与导体感应出 的过电压，过电流对电气设备的毁坏。 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， 从而决定位于各区域内的电子设备采用 何种电涌保护器在何处以何种方式实现 同联合接地体的等电位联结。 建筑物直击雷防护的保护区域为 LPZOB 区，其保护设计已为电气设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 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，基础内的钢筋网、柱筋及 钢屋架等构成一个整体，避雷网通过全 部立柱基础内的钢筋作为接地体，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 由雷击电磁脉冲感应而产生的，形成感 应过电压的机率很高，对建筑物内的电 气设备，尤其对低压电子设备威胁更大， 所以说对建筑物内部设备的雷电保护的 重点是防感应雷入侵。感应雷产生的过 电压、过电流主要有以下三个途径： （1）由供电线路入侵；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 线路后传送到建筑 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由于附近雷闪感应 出过电压。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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 坏各种电气设备，尤其是电子信息设备。 （2）由建筑物内信息线路入侵；可分 为三种情况：当地面突出物遭受直击 雷时，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。雷云对地面放电时， 在线路上感应出上千伏的过电压，击坏 与线路相连的电气设备，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。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，击坏低压电气设备。 （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， 在接地体附近放射型的电位分布，若与 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。建筑物防直击 雷的避雷装置接受了强大的雷电流通过 引下线入地，在附近空间产生强大的电 磁场变化，会在相邻的导线（包括电源 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 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 次的防雷系统，层层设防，确保计算机 网络系统的安全。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。 根据国家标准建筑物防雷设计 规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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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。 一类防雷建筑物，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 间每根供电线缆雷电流分流值为 20050%/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 5050%/3/3=2.78KA；如果电缆已经进 行屏蔽处理，每根供电线缆雷电流的分 流值将减低到原来的 30%，即 11.11KA30%=3.33KA 及 2.78KA30%=0.83KA，且电涌保护器 承受 10/350 us 的雷电波能量相当于 8/20 us 的雷电波能量的 58 倍，所以 选择能承受 8/20 us 波形电涌保护器的 最大放电电流为 11.118=88.9KA；即 设计应选用电涌保护器 SPD 的最大放 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 电电流为 100KA。 二类防雷建筑物，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 15050%/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 37.550%/3/3=2.08KA；如果电缆已 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 8.33KA30%=2.5KA 及 2.08KA30%=0.62KA，且电涌保护器 承受 10/350 us 的雷电波能量相当于 8/20 us 的雷电波能量的 58 倍，所以 选择能承受 8/20 us 波形电涌保护器的 最大放电电流为 8.338=66.6KA；即设 计应选用电涌保护器 SPD 的最大放电 电流为 65KA。 三类防雷建筑物，其首次雷击 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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 10050%/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 2550%/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 5.55KA30%=1.66KA 及 1.39KA30%=0.42KA，而在电涌保护 器承受 10/350 us 的雷电波能量相当于 8/20 us 的雷电波能量的 58 倍，所以 选择能承受 8/20 us 波形电涌保护器的 最大放电电流为 5.558=44.4KA；即设 计应选用电涌保护器 SPD 的最大放电 电流为 40KA。 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 电间处安装，即在 LPZOB 与 LPZ1