建筑物防雷保护设计分析

建筑物防雷保护设计分析建筑物防雷保护设计分析 随着现代社会的发展 建筑物的规模不断扩大 其内各种 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 过电流形成的雷击 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 从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器 在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结 建筑物直击雷的保护区域为 lpzoa 区 其保护设计已为电 气设计人员所熟知 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 立柱基础的钢筋网与钢屋架 屋面板钢筋等 构成一个整体 避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体 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 雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的 形成感应 雷电压的机率很高 对建筑物内的电气设备 尤其低压电子设 备威胁巨大 所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防 止感应雷入侵 由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下 三个途径 1 由供电电源线路入侵 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 感应雷过电压 据测 低压线路上感应的雷电过电压平均可达 10kv 完全可以击坏各种电气设备 尤其是电子信息设备 2 由建筑物内计算机通信等信息线路入侵 可分为三种情况 当地面突出物遭直击雷打击时 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 与线路相连的电器设备 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 电子设备 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 入侵电压可高达数万伏 建筑物防直击雷的 避雷引入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计 算机防雷系统 层层防护 确保计算机特别是计算机网络系统 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 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 10 350 us 的雷电波能 量相当于 8 20 us 的雷电波能量的 5 8 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 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 20 us 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 10 350 us 的雷电波能 量相当于 8 20 us 的雷电波能量的 5 8 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 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 20 us 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 10 350 us 的雷电波能 量相当于 8 20 us 的雷电波能量的 5 8 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 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 20 us 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