建筑物防雷工程设计分析

闫 战 岭

(上海金艺检测技术有限公司, 上海 201999)



建筑物防雷工程设计分析

闫 战 岭

(上海金艺检测技术有限公司, 上海 201999)

介绍了雷电电磁脉冲造成的危害,分析了防雷工程中六大关键要素及建筑物雷电防护分区(LPZ),对防雷工程中应注意的一些问题进行了讨论。结合防雷工程实例进行了防雷设计分析,使防雷技术人员对建筑物系统防雷工程有一个比较直观的认识。

防雷工程设计; 分流; 雷电防护区(LPZ); 防雷措施

0 引 言

目前,雷电防护已成为建设和安全防护中一个必不可少的重要环节,几乎所有的建筑物或构筑物都需要直击雷防护。然而,随着计算机技术和电子通信业的发展,信息系统的防雷也成为了人们日益关注的焦点。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,造成的损失非常巨大,因此建筑物综合防雷设计显得尤为重要。

1 防雷工程设计

1.1 建筑物防雷设计的分类

建筑物的防雷设计基本可分为新建工程和扩、改建工程两类。

1.2 雷电电磁脉冲

建筑物内的雷电电磁脉冲干扰有以下三种情况:

(1) 雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和电子设备的电磁干扰。

(2) 建筑物防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流对建筑物内电力线路和电子设备的干扰。

(3) 由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内电子设备的干扰。

1.3 外部防雷装置与内部防雷装置

建筑物的防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置。综合防雷主要包括接闪、分流、均压、屏蔽、接地、合理布线。建筑物电子信息系统综合防雷系统如图1所示。

图1 建筑物电子信息系统综合防雷系统

1.4 安全隔离距离与等电位联结

建筑物内部防雷措施可分为安全隔离距离和等电位联结两大类。

1.5 雷电防护区的划分

雷电防护区划分为直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区[2-3]。

(1) 直击雷非防护区(LPZ0A):电磁场没有衰减,各类物体都可能遭到直接雷击,属完全暴露的不设防区。

(2) 直击雷防护区(LPZ0B):电磁场没有衰减,各类物体很少遭受直接雷击,属充分暴露的直击雷防护区。

(3) 第一防护区(LPZ1):由于建筑物的屏蔽措施,流经各类导体的雷电流比直击雷防护区(LPZ0B)的进一步减小,电磁场得到了初步的衰减,各类物体不可能遭受直接雷击。

(4) 第二防护区(LPZ2):进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。

(5) 后续防护区(LPZn):需要进一步减小雷电电磁脉冲,以保护敏感度水平高的设备的后续防护区(LPZn+1)。

雷电防护区划分如图2所示。

图2 雷电防护区划分

2 防雷工程实例

某地区年平均雷暴日为49.9 d,属多雷区,每年雷雨季节都会对铁水运输动态监测系统中继站设备造成不同程度的影响。2004年度,系统因雷击造成的中继站通信中断3次。因此,该系统的雷电防护设施好坏直接影响系统的正常运营。

铁水运输动态监测系统有效提高了铁水运输的组织效率,特别是4#高炉投产后,铁水运输成为公司生产链中的关键,监控系统将发挥更重要的作用,而一旦中继站设备因雷击而发生通信中断,会造成检测系统无法实现对部分区域的机车和铁水车进行实时监控,直接影响公司的铁水运输调度。

2.1 防雷实施情况

2.1.1 筛焦楼中继站

筛焦楼中继站构成如图3所示。

图3 筛焦楼中继站构成

(1) 防直击雷。系统位于高27 m筛焦楼的顶层,周围没有更高的建筑,楼房安装避雷带,其安装布置符合GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》[1]要求。接收天线安置于楼顶,高6 m,在天线上安装避雷针,高出天线1 m,无法有效保护天线,存在很大的遭雷击隐患。

(2) 屏蔽。天线连接设备的馈线穿铁管,但无接地,屏蔽效果不良。

(3) 接地。电源箱、设备箱外壳均无接地。

(4) 防雷电波侵入措施。缺少防雷电波侵入措施,设备由电源配电箱供电,没有安装电涌保护器,馈线没有安装馈线避雷器。

2.1.2 电工楼中继站

电工楼中继站构成如图4所示。

图4 电工楼中继站构成

(1) 防直击雷。系统位于14 m高的电工楼顶层,楼房无任何防直击雷措施。接收天线安置于楼顶,高6 m,在天线上安装避雷针,高出天线1 m,存在很大的遭雷击隐患。

(2) 屏蔽。天线连接设备的馈线穿铁管接地,屏蔽效果良好。

(3) 接地。设备箱外壳未接地。

(4) 防雷电波侵入措施。缺少防雷电波侵入措施,设备由电源插座供电,没有安装电涌保护器,馈线没有安装馈线避雷器。

2.1.3 陆运设备车间中继站

(1) 防直击雷。系统位于11 m高的陆运设备车间楼顶层,楼房无任何防直击雷措施。接收天线安置于楼顶,高6 m,在天线上安装避雷针,高出天线1 m,无法有效保护天线,存在很大的遭雷击隐患。

(2) 屏蔽。天线连接设备的馈线穿铁管接地,屏蔽效果良好。

(3) 接地。设备箱外壳未接地。

(4) 防雷电波侵入措施。缺少防雷电波侵入措施,设备由电源插座供电,没有安装电涌保护器,馈线没有安装馈线避雷器。

2.1.4 高炉微机楼中继站

高炉微机楼中继站构成如图5所示。

图5 高炉微机楼中继站构成

(1) 防直击雷。该系统位于10 m高的高炉微机楼顶层,防直击雷措施良好。

(2) 屏蔽。天线连接设备的馈线部分穿铁管,屏蔽效果不良。

(3) 接地。设备箱外壳未接地。

(4) 防雷电波侵入措施。缺少防雷电波侵入措施,设备由两路电源供电,没有安装电涌保护器,馈线没有安装馈线避雷器。

2.1.5 炼钢供电楼中继站

(1) 防直击雷。该系统位于10 m高的炼钢供电楼顶层,防直击雷措施良好。

(2) 屏蔽。天线连接设备的馈线部分穿铁管,屏蔽效果不良。

(3) 接地。设备箱外壳未接地。

(4) 防雷电波侵入措施。缺少防雷电波侵入措施,设备由UPS电源供电,没有安装电涌保护器,馈线没有安装馈线避雷器。

综上所述,铁水运输动态监测系统中继站存在防雷措施不完善,存在很大雷击隐患,需加以改造,确保设备安全、稳定的运营。

2.2 改造方案及改造内容

2.2.1 直击雷防护

图6 避雷针示意

经计算,在距离天线4 m处加装10 m高的避雷针就可以完全保护住天线,筛焦楼中继站避雷针用40×4的镀锌扁钢与避雷带可靠连接。电工楼中继站、陆运设备车间中继站避雷针用原有避雷针的接地系统。

2.2.2 屏蔽措施

筛焦楼中继站馈线穿铁管未接地,在铁管两头可靠接地;高炉微机楼中继站、二炼钢供电楼中继站未穿铁管部分加金属线槽,并与原有铁管可靠连接。

2.2.3 雷电波侵入防护

(1) 电源部分。在电源部分安装第三级电源避雷器,其中高炉微机楼中继站电源为两路供电,需安装两个电源避雷器;二炼钢供电楼中继站为UPS供电,在UPS前安装一个电源避雷器。五套系统共计6个电源避雷器,选用SP4031型号的三相电源电涌保护器。电源避雷器安装示意如图7所示。

图7 电源避雷器安装示意

(2) 信号部分。该馈线阻抗为50 Ω,选用TCB50C-130B高频馈线避雷器。每个中继中转箱内有两台通信机,5套系统共需10个TCB50C-130B高频馈线避雷器。

2.2.4 等电位联结

电源箱、设备箱、UPS外壳均接到接地母排上。采用S形等电位施工技术,房间内部设置接地母排,母线采用3根40 mm2截面铜芯绝缘电缆。

2.2.5 接地

设备采用单独接地,接地体与大楼防直击雷接地体间隔20 m以上。铸铜棒长为1.5 m,两根一组共3组,用40×4镀锌扁钢连接。5套系统均需做单独接地,共计30根接地铸铜棒。

2.3 改造效果

根据经过改造的系统在防直击雷和防雷电波侵入方面均得到完善,能够有效保护设备不受雷击损坏,保证设备的稳定运行。

2.4 验收标准

GB 50057—2010、GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、GBJ 79—1985《工业企业通信接地设计规范》、GBJ 120—1988《工业企业共用天线电视系统设计规范》。

3 结 语

现代的综合防雷设计与建筑物今后的使用、维护以及人身和设备的安全息息相关。考虑到智能建筑的特殊性,工程在建设开始前应勘测当地的地理和气候环境,根据建筑物或构筑物的外形和用途等进行风险评估,并以此为依据进行外部防雷工程以及内部防雷工程的设计,对于智能大厦尤其应注意建筑物的屏蔽和接地,才能保证人身安全及设备的正常运作。

[1] 建筑物防雷设计规范:GB 50057—2010[S].

[2] 梅卫群,江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社,2004.

[3] 李祥超,姜翠宏,赵学余.综合防雷工程设计与实践[M].北京:气象出版社,2004.

[4] 建筑物电子信息系统防雷技术规范:GB 50343—2012[S].

Analysis of Building Lightning Protection Engineering

YAN Zhanling

(Shanghai Jinyi Inspection Technology Co., Ltd., Shanghai 201999, China)

This paper introduced the harm of lightning electromagnetic pulse,and analyzed the six key elements of lightning protection engineering and building lightning protection zone (LPZ).The attention issues were discussed in building lightning protection engineering.Combining by an actural project,the lightning protection design was analyzed.It can provide an intuitive understanding of building protection engineering for lightning protection personnels.

lightning protection engineering design; shunting; lightning protection zone (LPZ); lightning protection measures

闫战岭(1978—),男,工程师,从事雷电防护工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)08-0062-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.08.015

2016-06-06