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一、概述 众所周知,雷电具有较大的破坏性,其电压高达数百万伏,瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次:①设备损坏,人员伤亡;②设备或元器件寿命降低;③传输或储存的信号、数据(模拟或数字)受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前,世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是,随着现代电子技术的不断发展,大量精密电子设备的使用和联网,避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压,而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。 现代防雷技术系统的防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面: 1、外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地较等等,其主要的功能是为了幕确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等,泄放入大地。 2、内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的防雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。 3、两都相辅相成,缺一不可。避雷带、引下线(建筑物钢筋)和接地等构成的外部防雷系统,主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故,而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的。 二、雷害的途径分析 雷电对电气设备的影响,主要由以下四个方面造成: 1)直击雷; 2)传导雷; 3)感应雷; 4)开关过电压。 直击雷: 雷电直接击中建筑物,雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地,其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流,其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流,其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。直击雷波形为10/350us 传导雷(雷电波侵入): 在更大的范围内(几公里甚至几十公里),雷电击中电力或信息通讯线路,然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种:雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面,导致地电压升高,并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。 感应雷(雷电波感应): 在周围1000公尺左右范围内(有资料为 500公尺或 1500公尺,距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化)。发生雷击时,LEMP 在上述有效范围内,在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。 随着现代高科技的发展,精密仪器,通讯设备,数据网络的应用越来越广泛,因而感应雷造成的雷击事故也越来越多,除直接造成了巨大的经济损失外,因重要设备损坏使系统网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。 三、防雷方案设计依据 ●建筑物防雷设计规范 GB50057-94 ●建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004 ●电子计算机机房设计规范 GB50174-93 举报 |2009-08-23 10:12回复 y542570371 7楼 ●民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92 ●计算站场地安全要求 GB9361-88 ●计算站场地技术文件 GB2887-89 ●计算机信息系统防雷保安器 GA173-1998 ●雷电电磁脉冲的防护 IECI312 ●微波站防雷与接地设计规范 YD 2011-93 ●通信局(站)接地设计暂行技术规定 YDJ26E9 四、方案设计 1、设计要求 根据GB50343-2004*1.0.5电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护 从上图,我们可以知道,一个综合防雷系统,包含了9部分的措施要进行,而不是我们想象当中,简单安装一个避雷器,或是做一个地网,就可以解决所有的问题的。我们需要根据现场的实际情况,有针对性地进行设计。设计的原则包括如下几方面: 1)、人身安全**,财产*二; 2)、针对性,考虑经济性,合理性; 3)、符合国家相关的标准; 4)、考虑实施的可行性; 5)、选用防雷产品必须满足被保护设施的参数要求。 2、现场分析 此部分,填写现场的实际情况,包括如下几方面的内容: 2.1、现场所在地,由地址查阅气象部门该地的雷击次数,评估雷击风险(初步) 2.2、外部具体情况,包括建筑物的尺寸(用于计算雷击机率),周围环境(空旷、城市密集地,水塘水池旁边,山**/山腰/山脚,同围其它建筑物相比高度、周围是否有变压器、周围是否有高压线**部经过) 2.3、原系统的接地情况,是否独立接地/人工地/建筑地/分立地,具体测量的数据;观察泥土情况(回填土,砂石,黄泥等,判断土壤电阻率) 2.4、线路的布设情况。进线是否架空,埋地,套管(PVC,金属), 2.5、线路走身,是否沿柱位位置进行布设,是否电源与信号同槽走线,相隔距离有多大。 2.6、电源拓扑图,是否双电源,电源线路走向,包括低压配电房,大楼总配,楼层分配,机房电箱。了解各点具体的线路电压,以及设备工作电压,额定功率等。 2.7、网络系统,了解网络拓扑图,弄清具体设备的数量,走向,位置。宽带则了解其制式,速率(100Mbit,1000Mbit),传输介质(普通线,光纤),UPS的功率,负载。 2.8、监控系统,了解监控系统的拓扑图。摄像机的数量,工作电压,是否云台/固定机。了解每支摄像枪的具体位置,接地情况,考虑将来接地的处理。 举报 |2009-08-23 10:12回复 y542570371 8楼 2.9、电话系统,了解具体的交换机的具体型号,接口形式;记录外线(帧中继),内线数量。电源供电情况。 2.10、其它系统,了解具体的拓扑图,了解设备的功率,接口,所处位置,了解系统动作的雷击历史。以分析具体击雷的诱因,以相应采取更合理的保护方式。 3、具体方案设计 3.1、外部防雷系统设计-外部防雷系统,主要考虑接闪和接地两部分。 3.1.1、接闪器系统: 对于单点保护,一般采用Φ10-18的热镀锌圆钢,或是水管,专业的避雷针,架设于保护点(面)的上方,高度的计算方法,按GB50057-90(2000版)规定的“滚球法”计算。对于大楼的保护,常规的方法,是用Φ10-12热镀锌圆钢,沿女儿墙一周布设。如果大楼的面积过大,则需要在楼面布设避网,与避雷带一起,形成整体的接闪系统。避雷带大样图如下所示: 避雷带布置示意图 避雷带安装示意图 说明:使用材料,均为热镀锌圆钢。直径为Φ8-12均可。支撑卡的总长度,为21cm,按如图所示,弯折一段长为5cm的搭接段,作为与避雷带焊接固定。用钻机在女儿墙上,每隔1米,钻一个深度为6cm的孔,直径与圆钢的直径相符。作为固定之用。 以上为常规避雷带的设计。如果因为特殊的需求,可以设计独立避雷针。避雷针同样按“滚球法”计算针的保护范围。工程经验计算公式,可以大致“三角法” 即一类建筑物,其保护半径与避雷针高度相等,即呈等边三角形状。如图示: h:避雷针高度;R:保护半径,h=R 二、三类建筑物,其保护半径为: 此时,保护半径与避雷针的高度比例关系是:R= h 3.1.2、接地系统设计: 根据GB50057-94的要求,我们可以用热镀锌角钢与热镀锌扁钢作为材料,制作地网。地网的一般要求,建筑接地不大于30欧,电源接地不得大于10欧,普通弱电系统接地不得大于4欧;如果采用联合接地方式,则要求要不大于1欧。而在实际施工过程中,视具体的情况,采用不用的组合,优化材料,可以达到优化设计的目的。如下为常规地网的设计示例: 普通人工地网布置平面图 普通地网施工大样图 说明: 此地网由垂直接地体(L45×45@2000热镀锌角钢),水平接地体(40×4mm热镀锌扁钢),接地模块(600*500*45mm)构成,如果土质条件差,比如土壤电阻率大于300Ω?m的情况下,应该增加长效降阻剂。 地网的埋深,不得小于0.5m,垂直接地体之间的间隔,一般为垂直接地体的深度的两倍。人工地网,一定要预留地地端,作为系统接地点及测试点使用。 其它地网设计: 在特殊的场合,比如可施工面积过小,或是土质环境较恶劣的情况下,可以采用非金属接地模块,或是离子接地棒的方式,进行解决。此处不示例。 3.1.3、等电位设计: 等电位的原理,就像是两个水池,建设在同一高度,并且装有同样高度的水的时候,既然用水管连通起来,他们之间因为没有压差,因此也不会出现水流的现象。用于电位,同样的道理,当我们设备之间,各物体之间,都用金属导线连接起来的时候,他们之间的电位差为零,因此不会产生电流,或是相互之间放电的现象。 对于外部防雷而言,接闪,接地等已经处理完了的时候,我们就要考虑等电位的处理。一般楼顶的金属水塔,水管,金属外露物,铁门,铁窗框等,均需要用40*4mm的热镀锌扁钢进行连接,并且接到避雷带引下线上。使其所有外露的金属物都处在同一电位水平上,从而避免了因为电位不均,而产生的电流,从而造成对人的安全危害以及对设备的损坏。 举报 |2009-08-23 10:12回复 y542570371 9楼 对于一般机房,均需要进行等电位连接。机房的等电位连接方式,一般通过均压环来实现。就是沿着机房四周,离地面以上大约10m,并且位于防静电地板之下的位置,环设一圈紫铜带(30*3mm),或是热镀锌扁钢(40*4mm),并且将所过之处的所有建筑物的柱体钢筋,引出焊接到上面;同时,包括设备外壳,金属窗,其它金属物,全部用导线焊接到均压环上面,再通过一个汇流排,用扁钢或是圆钢焊到接地上。如下图所示: 3.2、内部防雷设计 3.2.1、电源系统防雷设计 内部防雷,同样可以分为两大部分。一部分为电源部分。因为所有的设备,都离不开电,而电源线路作为主要的感应雷引与直击雷的引雷途径,因此也是感应雷里面,危害较大的一部分。因此做好电源系统的防雷,显得犹其重要。 1、 按照国标GB50343-2004,进行三级防护。**级采用能够防10/350波形(即直击雷波形)的SPD。*二级用40KA通流容量的SPD,再在设备端,使用末级电源防雷器,这样层层防护,增加设备的安全系数。其三级防护的原理如下: 通过以上三级的保护,将雷击所产生的浪涌电压,抑制在一个相对比较安全的范围内。 而根据较新的《建筑物电子信息系统防雷技术规范》即GB50343的要求表4.3.1的要求,部分要求较高的设备或是重要的系统,或是所处的环境比较恶劣的地方用电,应该考虑*四级的防护,如下表所示: 表4.3.1 建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表 雷电防护等级 电子信息系统 A级 1、 大型计算中心,大型通信枢杻、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽等。 2、 **安全防范系统,如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。 3、 大型电子医疗设备、五星级宾馆 B级 1、 中型计算中心、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体育场(馆)监控系统、证券中心。 2、 局级安全防范系统,如省级文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。 3、 雷达站、微波站、高速公路监控和收费系统。 4、 中型电子医疗设备 5、 四星级宾馆 C级 1、 小型通信枢纽、电信局 2、 大中型有线电视系统。 3、 三星级及以下宾馆。 D级 除上述A、B、C级以外,一般用途的电子信息系统设备。 与实际结合,我们一般按如此的思路按低压配电房,大楼总配,楼层分配,设备前端这样的思路进行处理。 根据国家有关低压防雷的有关规定,外接金属线路进入建筑物之前必须埋地穿金属管槽15米以上的距离进入建筑物,且要在建筑物的线路进入端加装低压防雷器。必须做到在电源的进入端安装低压端的总电源防雷器,将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放,以确保后接设备的安全,采用的防雷器能将雷击过电压限制到2000V以下。 具体措施: ◆ 在低压配电房的出线端,安装PMB-50/4电源防雷器1套,总电源的前级防雷。如果为双电源,则需要安装2套; ◆ 在大楼总电配箱处,并联安装一套PM1-60/4作为整栋大楼的次级防雷。 ◆ 在各楼层分配电箱处,并联安装一套PM2-40/4,作为三级防雷。 ◆ 在设备的前端,安装一套PP5C-DN一套,作为电源的末级防雷。 经过四级的设备保护,雷电流泄放后,对于绝大部分的设备,都已经达到相应的安全值。同时,对于工业企业来说,大型设备的开关频繁,产生的工业浪涌,同样起到防护的作用,对于精密设备起到延缓老化,增长使用年限的作用,大大降低了企业维护及设备更新带来的高额成本