閆 戰(zhàn) 嶺

(上海金藝檢測技術(shù)有限公司, 上海 201999)

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建筑物防雷工程設(shè)計分析

閆 戰(zhàn) 嶺

(上海金藝檢測技術(shù)有限公司, 上海 201999)

介紹了雷電電磁脈沖造成的危害,分析了防雷工程中六大關(guān)鍵要素及建筑物雷電防護(hù)分區(qū)(LPZ),對防雷工程中應(yīng)注意的一些問題進(jìn)行了討論。結(jié)合防雷工程實例進(jìn)行了防雷設(shè)計分析,使防雷技術(shù)人員對建筑物系統(tǒng)防雷工程有一個比較直觀的認(rèn)識。

防雷工程設(shè)計; 分流; 雷電防護(hù)區(qū)(LPZ); 防雷措施

0 引 言

目前,雷電防護(hù)已成為建設(shè)和安全防護(hù)中一個必不可少的重要環(huán)節(jié),幾乎所有的建筑物或構(gòu)筑物都需要直擊雷防護(hù)。然而,隨著計算機(jī)技術(shù)和電子通信業(yè)的發(fā)展,信息系統(tǒng)的防雷也成為了人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點。我國每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的事件時有發(fā)生,造成的損失非常巨大,因此建筑物綜合防雷設(shè)計顯得尤為重要。

1 防雷工程設(shè)計

1.1 建筑物防雷設(shè)計的分類

建筑物的防雷設(shè)計基本可分為新建工程和擴(kuò)、改建工程兩類。

1.2 雷電電磁脈沖

建筑物內(nèi)的雷電電磁脈沖干擾有以下三種情況:

(1) 雷電波的電磁輻射對建筑物內(nèi)電力線路和電子設(shè)備的電磁干擾。

(2) 建筑物防雷裝置接閃時,強(qiáng)大的瞬間雷電流對建筑物內(nèi)電力線路和電子設(shè)備的干擾。

(3) 由外部各種強(qiáng)、弱電架空線路或電纜線路傳來的電磁波對建筑物內(nèi)電子設(shè)備的干擾。

1.3 外部防雷裝置與內(nèi)部防雷裝置

建筑物的防雷裝置分為外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置。綜合防雷主要包括接閃、分流、均壓、屏蔽、接地、合理布線。建筑物電子信息系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 建筑物電子信息系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)

1.4 安全隔離距離與等電位聯(lián)結(jié)

建筑物內(nèi)部防雷措施可分為安全隔離距離和等電位聯(lián)結(jié)兩大類。

1.5 雷電防護(hù)區(qū)的劃分

雷電防護(hù)區(qū)劃分為直擊雷非防護(hù)區(qū)、直擊雷防護(hù)區(qū)、第一防護(hù)區(qū)、第二防護(hù)區(qū)、后續(xù)防護(hù)區(qū)[2-3]。

(1) 直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZ0A):電磁場沒有衰減,各類物體都可能遭到直接雷擊,屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。

(2) 直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B):電磁場沒有衰減,各類物體很少遭受直接雷擊,屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。

(3) 第一防護(hù)區(qū)(LPZ1):由于建筑物的屏蔽措施,流經(jīng)各類導(dǎo)體的雷電流比直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)的進(jìn)一步減小,電磁場得到了初步的衰減,各類物體不可能遭受直接雷擊。

(4) 第二防護(hù)區(qū)(LPZ2):進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的雷電流或電磁場而引入的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

(5) 后續(xù)防護(hù)區(qū)(LPZn):需要進(jìn)一步減小雷電電磁脈沖,以保護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū)(LPZn+1)。

雷電防護(hù)區(qū)劃分如圖2所示。

圖2 雷電防護(hù)區(qū)劃分

2 防雷工程實例

某地區(qū)年平均雷暴日為49.9 d,屬多雷區(qū),每年雷雨季節(jié)都會對鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中繼站設(shè)備造成不同程度的影響。2004年度,系統(tǒng)因雷擊造成的中繼站通信中斷3次。因此,該系統(tǒng)的雷電防護(hù)設(shè)施好壞直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)有效提高了鐵水運(yùn)輸?shù)慕M織效率,特別是4#高爐投產(chǎn)后,鐵水運(yùn)輸成為公司生產(chǎn)鏈中的關(guān)鍵,監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)揮更重要的作用,而一旦中繼站設(shè)備因雷擊而發(fā)生通信中斷,會造成檢測系統(tǒng)無法實現(xiàn)對部分區(qū)域的機(jī)車和鐵水車進(jìn)行實時監(jiān)控,直接影響公司的鐵水運(yùn)輸調(diào)度。

2.1 防雷實施情況

2.1.1 篩焦樓中繼站

篩焦樓中繼站構(gòu)成如圖3所示。

圖3 篩焦樓中繼站構(gòu)成

(1) 防直擊雷。系統(tǒng)位于高27 m篩焦樓的頂層,周圍沒有更高的建筑,樓房安裝避雷帶,其安裝布置符合GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》[1]要求。接收天線安置于樓頂,高6 m,在天線上安裝避雷針,高出天線1 m,無法有效保護(hù)天線,存在很大的遭雷擊隱患。

(2) 屏蔽。天線連接設(shè)備的饋線穿鐵管,但無接地,屏蔽效果不良。

(3) 接地。電源箱、設(shè)備箱外殼均無接地。

(4) 防雷電波侵入措施。缺少防雷電波侵入措施,設(shè)備由電源配電箱供電,沒有安裝電涌保護(hù)器,饋線沒有安裝饋線避雷器。

2.1.2 電工樓中繼站

電工樓中繼站構(gòu)成如圖4所示。

圖4 電工樓中繼站構(gòu)成

(1) 防直擊雷。系統(tǒng)位于14 m高的電工樓頂層,樓房無任何防直擊雷措施。接收天線安置于樓頂,高6 m,在天線上安裝避雷針,高出天線1 m,存在很大的遭雷擊隱患。

(2) 屏蔽。天線連接設(shè)備的饋線穿鐵管接地,屏蔽效果良好。

(3) 接地。設(shè)備箱外殼未接地。

(4) 防雷電波侵入措施。缺少防雷電波侵入措施,設(shè)備由電源插座供電,沒有安裝電涌保護(hù)器,饋線沒有安裝饋線避雷器。

2.1.3 陸運(yùn)設(shè)備車間中繼站

(1) 防直擊雷。系統(tǒng)位于11 m高的陸運(yùn)設(shè)備車間樓頂層,樓房無任何防直擊雷措施。接收天線安置于樓頂,高6 m,在天線上安裝避雷針,高出天線1 m,無法有效保護(hù)天線,存在很大的遭雷擊隱患。

(2) 屏蔽。天線連接設(shè)備的饋線穿鐵管接地,屏蔽效果良好。

(3) 接地。設(shè)備箱外殼未接地。

(4) 防雷電波侵入措施。缺少防雷電波侵入措施,設(shè)備由電源插座供電,沒有安裝電涌保護(hù)器,饋線沒有安裝饋線避雷器。

2.1.4 高爐微機(jī)樓中繼站

高爐微機(jī)樓中繼站構(gòu)成如圖5所示。

圖5 高爐微機(jī)樓中繼站構(gòu)成

(1) 防直擊雷。該系統(tǒng)位于10 m高的高爐微機(jī)樓頂層,防直擊雷措施良好。

(2) 屏蔽。天線連接設(shè)備的饋線部分穿鐵管,屏蔽效果不良。

(3) 接地。設(shè)備箱外殼未接地。

(4) 防雷電波侵入措施。缺少防雷電波侵入措施,設(shè)備由兩路電源供電,沒有安裝電涌保護(hù)器,饋線沒有安裝饋線避雷器。

2.1.5 煉鋼供電樓中繼站

(1) 防直擊雷。該系統(tǒng)位于10 m高的煉鋼供電樓頂層,防直擊雷措施良好。

(2) 屏蔽。天線連接設(shè)備的饋線部分穿鐵管,屏蔽效果不良。

(3) 接地。設(shè)備箱外殼未接地。

(4) 防雷電波侵入措施。缺少防雷電波侵入措施,設(shè)備由UPS電源供電,沒有安裝電涌保護(hù)器,饋線沒有安裝饋線避雷器。

綜上所述,鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中繼站存在防雷措施不完善,存在很大雷擊隱患,需加以改造,確保設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)營。

2.2 改造方案及改造內(nèi)容

2.2.1 直擊雷防護(hù)

圖6 避雷針示意

經(jīng)計算,在距離天線4 m處加裝10 m高的避雷針就可以完全保護(hù)住天線,篩焦樓中繼站避雷針用40×4的鍍鋅扁鋼與避雷帶可靠連接。電工樓中繼站、陸運(yùn)設(shè)備車間中繼站避雷針用原有避雷針的接地系統(tǒng)。

2.2.2 屏蔽措施

篩焦樓中繼站饋線穿鐵管未接地,在鐵管兩頭可靠接地;高爐微機(jī)樓中繼站、二煉鋼供電樓中繼站未穿鐵管部分加金屬線槽,并與原有鐵管可靠連接。

2.2.3 雷電波侵入防護(hù)

(1) 電源部分。在電源部分安裝第三級電源避雷器,其中高爐微機(jī)樓中繼站電源為兩路供電,需安裝兩個電源避雷器;二煉鋼供電樓中繼站為UPS供電,在UPS前安裝一個電源避雷器。五套系統(tǒng)共計6個電源避雷器,選用SP4031型號的三相電源電涌保護(hù)器。電源避雷器安裝示意如圖7所示。

圖7 電源避雷器安裝示意

(2) 信號部分。該饋線阻抗為50 Ω,選用TCB50C-130B高頻饋線避雷器。每個中繼中轉(zhuǎn)箱內(nèi)有兩臺通信機(jī),5套系統(tǒng)共需10個TCB50C-130B高頻饋線避雷器。

2.2.4 等電位聯(lián)結(jié)

電源箱、設(shè)備箱、UPS外殼均接到接地母排上。采用S形等電位施工技術(shù),房間內(nèi)部設(shè)置接地母排,母線采用3根40 mm2截面銅芯絕緣電纜。

2.2.5 接地

設(shè)備采用單獨(dú)接地,接地體與大樓防直擊雷接地體間隔20 m以上。鑄銅棒長為1.5 m,兩根一組共3組,用40×4鍍鋅扁鋼連接。5套系統(tǒng)均需做單獨(dú)接地,共計30根接地鑄銅棒。

2.3 改造效果

根據(jù)經(jīng)過改造的系統(tǒng)在防直擊雷和防雷電波侵入方面均得到完善,能夠有效保護(hù)設(shè)備不受雷擊損壞,保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 驗收標(biāo)準(zhǔn)

GB 50057—2010、GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》、GBJ 79—1985《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計規(guī)范》、GBJ 120—1988《工業(yè)企業(yè)共用天線電視系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。

3 結(jié) 語

現(xiàn)代的綜合防雷設(shè)計與建筑物今后的使用、維護(hù)以及人身和設(shè)備的安全息息相關(guān)?？紤]到智能建筑的特殊性,工程在建設(shè)開始前應(yīng)勘測當(dāng)?shù)氐牡乩砗蜌夂颦h(huán)境,根據(jù)建筑物或構(gòu)筑物的外形和用途等進(jìn)行風(fēng)險評估,并以此為依據(jù)進(jìn)行外部防雷工程以及內(nèi)部防雷工程的設(shè)計,對于智能大廈尤其應(yīng)注意建筑物的屏蔽和接地,才能保證人身安全及設(shè)備的正常運(yùn)作。

[1] 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范:GB 50057—2010[S].

[2] 梅衛(wèi)群,江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計[M].北京:氣象出版社,2004.

[3] 李祥超,姜翠宏,趙學(xué)余.綜合防雷工程設(shè)計與實踐[M].北京:氣象出版社,2004.

[4] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)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

閆戰(zhàn)嶺(1978—),男,工程師,從事雷電防護(hù)工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)08-0062-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.08.015

2016-06-06