09 民用建筑防雷装置设计的探讨_潘虹

防雷技术 潘虹( 1985) ， 女， 工程师， 从事供配电 技术方面的工作。 民用建筑防雷装置设计的探讨 潘虹 ( 上海城市交通设计院有限公司，上海200025) 摘要:结合某民用建筑， 根据我国现行标准规范的要求， 探讨了民用建筑物防 雷装置的设计， 分析了低压配电系统电涌保护器( SPD) 的选择等设计要点及注意 事项。提出建筑电气设计人员应根据国家现行规范和实际工程要求， 选择最合适 的防雷保护设计方案。 关键词:防雷设计;电涌保护器( SPD) ;雷击电磁脉冲;消防监控中心 中图分类号:TU 856文献标志码:B文章编号: 1674- 8417( 2018) 03-0033-04 DOI: 10 16618/j cnki 1674- 8417 2018 03 009 0引言 目前， 现代建筑物的电气电子信息系统应用 越来越广泛， 防雷工程也随之兴旺起来。面对这 种局面， 防雷工程技术已是三维空间的防御。提 高对防雷规范的理解程度， 保证雷电防护的设计 质量， 对防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤 亡和文物、 财产损失， 以及雷击电磁脉冲引发的 电气和电子系统损坏或错误运行， 具有重要 意义。 1项目概况 上海市杨浦区某中心 23- 4 地块工程地下 3 层， 地上 11 层， 建筑高度为 49 80 m， 为一类高 层建筑， 包含车库、 商场、 餐饮、 电影院等功能区。 该工程建筑物电子信息系统防雷等级为 C 级， 以 低压电缆埋地引入进行雷电防护设计， 在每台变 压器低压侧、 总配电箱和设备机房配电箱设电涌 保护器( Surge Protective Device， SPD) ， 系统设置 2 级保护。 2建筑物外部防雷设计 根据 GB 500572010建筑物防雷设计规 范 1 附录 A， 计算出该工程的年预计雷击次数大 于005 次/a。 根据 GB 500572010 第303 条， 该 工程属于第二类防雷建筑物， 设防直击雷、 侧击雷 和雷击电磁脉冲保护。 2 1接闪器 屋顶采用25 mm 4 mm 热镀锌扁钢作为接闪 器， 明敷安装于屋面上接闪带的支架高出女儿墙 015 m， 支架间距为050 m， 转角处为025 m。采 用 25 mm 4 mm 热镀锌扁钢组成不大于 10 m 10 m 或 12 m 8 m 的接闪网格， 紧贴屋面明敷。 固定在建筑物上的节日彩灯、 航空障碍灯、 屋面 投光灯及其他用电设备线路， 应采取有效的防雷 电波侵入措施; 航空障碍灯设防雷接闪杆， 突出 屋面的金属构件利用金属体结构件接至防雷接 闪网格。建筑物的外墙上栏杆、 门窗等较大金属 物均应与防雷接地装置可靠连接。 2 2引下线 利用建筑物钢筋混凝土柱内主钢筋作防雷 引下线( 16 mm 以下利用 4 根， 16 mm 以上利用 2 根) ， 间距小于 18 m; 引下线上端与接闪器焊 接， 下端与钢筋混凝土灌注桩及基础底板轴线上 的上下两层钢筋内的 2 根主筋焊接。 33 防雷技术 在每根作为避雷引下线的结构柱内均应留 有如下预埋件。 ( 1)钢筋混凝土柱的柱顶设预埋件热镀锌 钢板( 100 mm 100 mm 5 mm) ， 用于连接屋顶 接闪器。 ( 2)在其外侧室外地坪 +0 50 m 处设预埋 件热镀锌钢板( 100 mm 100 mm 5 mm) ， 并采 用 40 mm 4 mm 的热镀锌扁钢做引出连接板， 供测试用。 ( 3)离室内地坪 0 2 m 处设接地预埋铁 ( 100 mm 100 mm 5 mm) ， 用于连接等电位端子。 ( 4)在其外侧室外地坪 1 00m 处设预埋 件热镀锌钢板( 100 mm 100 mm 5 mm) ， 每 18 m设 1 块， 用于连接人工接地极。 因此， 引下线应将屋面接闪器、 楼层等电位 接地网、 主钢筋网可靠连接成电气回路。 2 3接地极 建筑物采用外包防水， 接地极须做在防水层 外。在基础底板下混凝土垫层内沿建筑物外轮 廓预埋环形接地体( 2 根 16 mm 圆钢) 。基础底 板内组成不大于 10 m 10 m 或 12 m 8 m 的网 格， 利用圆钢使基础接地网与环形接地体相互连 通作为均压网。在室外地坪 1 00 m、 距结构面 1 m 处， 利用 2 根 16 mm 圆钢敷设一圈人工接 地环。在室外地坪 1 00 m处设预埋件热镀锌 钢板( 100 mm 100 mm 5 mm) ， 每 18 m 设 1 块， 用于连接室外人工接地环及增加接地装置， 且接地预埋钢板应与结构墙及板内主钢筋连接， 并接至作为防雷引下线结构柱的主钢筋。建筑 物的防雷接地、 电力系统接地、 防静电接地及各 弱电系统接地共用此接地装置， 其工频接地电阻 在任何季节都不应大于 1 。若经测量， 工频接 地电阻无法满足规范要求， 则需在环形接地体 3 m外增设人工接地体。 人工接地体采用 50 mm 热镀锌钢管或 50 mm 50 mm 5 mm 热镀锌角钢， 长为 2 5 m， 顶端埋深为 0 8 m， 距建筑出入口或人行道 3 m。 当人工接地体距建筑出入口或人行道 3 m时， 为防止接触电压和跨步电压， 接地体埋 深1 m 或在接地体上面敷设 50 80 mm 的沥 青层， 其宽度超出接地体 2 m。接地连接线采用 40 mm 4 mm 镀锌扁钢。接地体、 接地线等应搭 焊接， 其搭接长度应满足相关规范的要求。 2 4防侧击雷 将距地面 45 m 及以上的金属窗门框架、 阳台金属栏杆以及面积较大的金属装饰物等就 近与钢筋网或金属构架连接。结构外圈梁中的 20 mm 主钢筋每三层连成闭合回路( 屋顶层、 8F、 5F、 3F) ， 并与建筑内防雷接地系统可靠连接。 屋顶层、 8F、 5F、 3F 的外圈梁外侧面每 18 m 预埋 1 块预埋件热镀锌钢板( 100 mm 100 mm 8 mm) ， 用于连接外墙金属构件， 且预埋钢板与 圈梁内主钢筋可靠焊接。 3建筑物内部防雷设计 闪电无论是在空间的先导通道或回击通道 中产生的瞬变电磁场， 还是进入地上建筑物的避 雷系统所产生瞬变的电磁场， 都会在空间一定范 围内发射电磁作用， 在三维空间范围内对电子设 备发生作用。这种空间雷电电磁脉冲会危及建 筑物内各种设备的安全、 可靠运行。 防雷击电磁脉冲的保护系统是对建筑物内 系统( 电气系统和电子系统) 防雷电流引发的电 磁效应， 包含防经导体传导的闪电电涌和防辐射 脉冲电磁场效应。 建筑物内部防雷系统是防止雷电和其他形 式的过电压侵入设备中而造成毁坏， 理解为防雷 击电磁脉冲的保护系统。 3 1预防雷电感应 将建筑物内的设备、 管道等主要金属物就近 接至防直击雷接地装置上; 建筑物内防闪电感应 的接地干线与接地装置的连接， 不应少于 2 处。 平行敷设的管道、 构架和电缆金属外皮等金属物， 其近距 100 mm 时， 应采用金属线跨接， 跨接点的 间距不应大于 30 m; 交叉近距 100 mm 时， 其交 叉处也应跨接。 3 2预防雷电波侵入 所有进出建筑物的电缆金属外皮、 保护钢管 或金属线槽及其他专业的金属管道在入户处与 防雷的接地装置相连。 43 防雷技术 3 3SPD 的选择 在复杂的电气和电子系统中， 除在户外线路 进入建筑物处， LPZ0A或 LPZ0B进入 LPZl 区， 按 GB 500572010 第4 章要求安装 SPD 外， 在其后 的配电和信号线路上应按 GB 500572010 第 6 章要求， 确定是否选择和安装与其协调配合好 的 SPD。 IEC 61643- 12: 2008 规定 : “ 级试验用于模拟 部分导入雷击电流冲击的情况。符合 级试验方法 的 SPD 通常推荐用于高暴露点处， 例如有防雷装 置保护的建筑物线路入口处。 级或级试验方法 试验的 SPD 承受较短时间的冲击。 ” 结合该工程二类防雷建筑物， 说明安装和选 择电涌保护器的要求。具体安装位置包括低压 总配电进线处、 楼层配电、 电梯、 弱电机房、 屋面 ( 室外) 用电设备、 重要动力设备、 消防设备等配 电进线处 2 。 入户线 SPD 的装设要求: 在该建筑物内靠 近南侧外墙， 设置有 2 台 Dynll 型接线的配电变 压器， 在变压器高压侧装设避雷器。电气接地装 置与防雷接地装置共用， 应在配电变压器低压母 线上装设级分类试验( 10/350 s 波) 的 SPD， SPD 每种保护模式的冲击电流12 5 kA， SPD 的 电压保护水平值2 5 kV。 固定在建筑物上的节日彩灯、 航空障碍信号 灯及其他用电设备和线路处于 LP0B 区和 LP1 区 交界处， 因该建筑物属于二类防雷建筑物， 采取 相应的防止闪电电涌侵入的措施， 配电箱内应在 开关的电源侧装设级试验的 SPD， 其电压保护 水平2 5 kV。故屋顶消防动力配电箱、 消防 电梯配电箱、 客梯配电箱应安装级分类试验 ( 8/20 s 波) 的 SPD， 但由于上述配电箱含有电 子线路的设备， 如计算机、 有电子程序控制的设 备， 所以其电压保护水平选择1 5 kV。根据规 范 GB 500572010 第4 5 4 条3 款条文说明， 建 议二类防雷建筑物标称放电电流20 kA。 楼层配电箱应安装级分类试验( 8/20 s 波) 的 SPD。根据其内部配电回路确定 SPD， 如 楼层箱有引至弱电井插座或电子信息系统的回 路， 则楼层箱 SPD 的电压保护水平1 5 kV， 如 果仅含有照明和普通动力回路， 则楼层箱 SPD 按 照级差原则选择。根据 GB 503432012建筑物 电子信息系统防雷技术规范 3 表 5 4 3- 3， 该工 程雷电防护等级为 C 级， 标称放电电流20 kA。 SPD 参数如表 1 所示。 SPD 安装位置示意图如图 1 所示。 表 1 SPD 参数 SPD 级别波形/s Iim( In) /kAUp/kVUc/V 引线规格/mm2 相线端接地端 安装位置数量 SPD110/350152 54203516低压柜4 SPD28/20201 54201616总配电箱185 SPD38/20202 54203516屋顶配电箱9 4信息系统防雷设计 消防监控中心应有直通室外的出入口， 雷电 防护区属于 LPZ1 区。在 LPZ1 区与 LPZ0A区( 或 LPZ0B区) 的界面应将所有通过界面的金属物体 做等电位联结， 并设置等电位联结端子箱。 消防监控中心机房内的电子设备及信息线 路不宜靠建筑物外墙设置， 而且与防雷引下线的 距离应在 1 m 以上。 进入消防监控中心机房的屏蔽电缆其屏蔽 层应至少在两端与等电位接地装置连接。当系 统要求只在一端做等电位联结时应采用两层屏 蔽， 其外层屏蔽按上述要求处理。消防监控中心 机房内设 S 型等电位联结网络。设备的金属外 壳、 金属管槽、 电缆屏蔽层、 防静电接地、 安全保护 接地及SPD 接地等均应以最短距离与等电位联结 网络的接地端子板( ERP) 连接。所有信息系 统 的电缆屏蔽层均须经过ERP进入系统内。 53 防雷技术 图 1 SPD 安装位置示意图 S 型等电位联结网络只允许单点接地， 并采用 35 mm2绝缘铜芯导线与机房内等电位接地 端子板连接。消防监控中心的直流工作接地线应 单独绝缘敷设( 如塑料管) ， 并采用铜芯屏蔽电缆。 主干铜芯电缆截面95 mm2， 支干铜芯电缆截面 35 mm2。直流工作接地的接地电阻1 。 当采 用共用接地方式时， 直流工作接地线应全程绝缘 敷设至室外的接地孔， 并采用铜钢过渡接头与共 用接地装置连接。当采用分散接地方式时， 直流 工作接地装置与共用接地装置的间距20 m。 建筑物各处设置的区域警报控制器的金属 支架( 壳) 、 金属线槽( 或金属管) 、 消防接线箱的 金属外壳及其他消防监控设施的金属外壳等应 就近接至等电位接地端子板。消防联动控制系 统所控制的动力、 暖通空调及给排水等设备的金 属支架( 壳) 、 金属线槽( 或金属管) 均应就近与 等电位接地端子板连接。 火灾报警控制系统的报警主机、 联动控制 盘、 火灾广播、 消防对讲通讯等系统的信号传输 线路宜在进出建筑物雷电防护区交界处装设适 配的信号 SPD。 消防监控中心与本地区指挥中心之间联网 的网络系统调制解调器进出端、 对外 119 报警电 信线路的端口等， 均应装设适配的信号 SPD。 当信息系统内安装的 SPD 无法在设计图纸 上表达时， 应说明由承包商( 或供应商) 负责实 施， 并将其信号 SPD 的接地线以最近的线路接至 工程内的等电位接地端子板。 5结语 由于每栋建筑物的防雷装置和配电线路差 别很大， 建筑电气设计人员应根据国家现行规范 和实际工程要求， 选择最合适的防雷保护设计方 案， 以提高防雷保护水平。 1 建筑物防雷设计规范: GB 500572010 S 2 林维勇 低压配电系统中如何选择 SPDJ 智能 建筑电气技术， 2013， 7( 1) : 66- 70 3 建筑物电子信息系统防雷技术规范: GB 50343 2012 S 收稿日期: 2018-01- 28 Discussion on Design of Lightning Protection Device in Civil Building PAN Hong ( Shanghai Urban Transportation Design Institute Co ，Ltd ，Shanghai 200025，Chin