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        水泥廠建筑物的防雷應(yīng)用

        2017-03-01 07:47:00妍程曉東
        河南建材 2017年4期
        關(guān)鍵詞:第四版電涌保護(hù)器

        顏 妍程曉東

        1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司(450002) 2開(kāi)封新楓華置業(yè)有限公司(475000)

        水泥廠建筑物的防雷應(yīng)用

        顏 妍1程曉東2

        1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司(450002) 2開(kāi)封新楓華置業(yè)有限公司(475000)

        在水泥廠建筑物中,雷電防護(hù)的設(shè)計(jì)是必不可少的;按照雷擊效應(yīng)及其危害后果,建筑物的防雷應(yīng)考慮防直擊雷等外部防雷措施及防止雷擊電磁脈沖對(duì)信息設(shè)備的干擾等內(nèi)部防雷措施。

        建筑物;年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù);引下線;避雷帶

        0 概述

        根據(jù)建筑物的重要性、雷擊后果的嚴(yán)重性以及遭受雷擊概率等因數(shù)綜合考慮,我國(guó)防雷標(biāo)準(zhǔn)將建筑物劃分為三類不同的防雷類別:1>年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)0.3≥N≥0.06的一般性民用建筑物,如住宅、辦公樓;年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N≥0.06的一般性工業(yè)建筑物;高度在15 m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。水泥廠建筑物大部分為三類防雷。

        接閃器:避雷網(wǎng)和避雷帶優(yōu)先采用圓鋼。

        引下線:明裝引下線優(yōu)先采用圓鋼。引下線應(yīng)沿建筑物外墻敷設(shè),并經(jīng)最短路徑接地。金屬構(gòu)件如消防梯、鋼柱等可作為引下線,但其各部件之間均應(yīng)連成電氣通路。采用多根引下線時(shí),為了便于測(cè)量接地電阻以及檢查引下線的連接狀況,宜在各引下線距地面0.3~1.8 m設(shè)置斷接卡。

        接地裝置:垂直埋設(shè)的人工接地體優(yōu)先采用角鋼,水平埋設(shè)的人工接地體優(yōu)先采用扁鋼。人工垂直接地體的長(zhǎng)度一般采用2.5 m。為減小相鄰接地體的屏蔽效應(yīng),人工垂直接地體及水平接地體間的距離一般為5 m。人工接地體的埋深不應(yīng)小于0.5 m。為降低跨步電壓,防直擊雷的人工接地裝置距建筑物出入口及人行道不應(yīng)小于3 m。

        1 過(guò)電壓保護(hù)

        在工程建設(shè)的初期階段還不明確電子系統(tǒng)具體位置的情況下,只需要花少量的工作及費(fèi)用即能滿足防雷擊電磁脈沖的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將建筑物的金屬框架、鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋、金屬管道等自然屏蔽體作好等電位聯(lián)結(jié),并與電氣設(shè)備保護(hù)接地系統(tǒng)、建筑物防雷裝置相連通,組成共用接地系統(tǒng)。并應(yīng)在一些合適的地方預(yù)埋等電位聯(lián)結(jié)板,以供將來(lái)設(shè)置和完善防雷措施之用。

        為降低閃電電磁脈沖對(duì)電子系統(tǒng)的感應(yīng)干擾,宜采用以下基本措施:對(duì)建筑物和房間根據(jù)不同防雷區(qū)(LPZ)的電磁環(huán)境要求在其外部設(shè)置屏蔽措施,以合適的路徑敷設(shè)線路及線路屏蔽措施,建筑物及系統(tǒng)內(nèi)部等電位聯(lián)結(jié)及接地措施,裝設(shè)電涌保護(hù)器(SPD)以限制過(guò)電壓等。

        在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用或相連的情況下,應(yīng)在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設(shè)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平值應(yīng)小于或等于2.5 kV。每一保護(hù)模式的沖擊電流值,當(dāng)無(wú)法確定時(shí)應(yīng)取等于或大于12.5 kV。

        2 SPD的分類

        電壓開(kāi)關(guān)型:當(dāng)無(wú)電涌時(shí),SPD呈高阻狀態(tài);當(dāng)電涌電壓達(dá)到一定值時(shí),SPD突然變?yōu)榈妥杩埂?/p>

        限壓型:當(dāng)無(wú)電涌時(shí),SPD呈高阻狀態(tài);隨著電涌電壓和電流的升高,其阻抗持續(xù)下降,呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)。

        混合型:將電壓開(kāi)關(guān)型元件和限壓型元件組合在一起的一種SPD。

        在建筑物進(jìn)線處或其他防雷區(qū)界面處的最大電涌電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)及設(shè)備的絕緣水平相配合,因此SPD的電壓保護(hù)水平Up加上其兩端引線的感應(yīng)電壓之和,應(yīng)小于所在系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣耐沖擊電壓值,不宜大于被保護(hù)設(shè)備耐壓水平的80%。

        SPD必須能承受預(yù)期通過(guò)它們的電涌電流,并有能力熄滅在雷電流通過(guò)后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。

        SPD的最大持續(xù)工作電壓Uc應(yīng)不低于系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大持續(xù)運(yùn)行電壓,此時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)最大電壓偏差值及短時(shí)過(guò)電壓。對(duì)于220/380 V三相系統(tǒng)中的SPD,其最大持續(xù)工作電壓Uc應(yīng)符合《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》的規(guī)定。

        SPD的性能退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的短路故障,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響,因此應(yīng)在SPD前裝設(shè)過(guò)流保護(hù)器F。

        通過(guò)SPD的正常泄露電流要小,且不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        3 實(shí)際應(yīng)用舉例

        3.1 某廠內(nèi)一篩分車(chē)間,長(zhǎng)L=22 m,寬W=6.7 m,高H=15.34 m,要求做防雷設(shè)計(jì)

        首先,按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第783頁(yè)的公式

        N=k×Ng×Ae=k×0.1×Td×Ae

        Ae=[L×W+2×(L+W)×√H×(200-H)+3.14×H× (200-H)×10-6]

        其中:N為建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

        k為校正系數(shù),一般情況為1。位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物以及特別潮濕的建筑物取1.5,金屬屋面沒(méi)有接地的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7,位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2。

        Ng為建筑物所在處地區(qū)雷擊大地的年平均密度(次/km2/a),Ng=0.1×Td

        Td為年平均雷暴日,根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定(d/a)。

        Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積(km2)

        根據(jù)建筑物長(zhǎng)寬高代入公式得到Ae=0.012,因?yàn)樵搹S靠近湖北省黃石市,按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版續(xù)表16-33中查得Td=50.4。結(jié)合廠址位置k取1,代入公式得到N=0.061>0.06。可知篩分車(chē)間按三類防雷規(guī)范設(shè)計(jì)。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第789頁(yè)的防雷措施可知,頂層平面敷設(shè)一圈避雷帶(Φ12圓鋼),因?yàn)橐戮€的平均間距不大于25 m,則應(yīng)敷設(shè)3根引下線(Φ12圓鋼),接地電阻不應(yīng)大于30 Ω。

        3.2 濮陽(yáng)市一某廠內(nèi)辦公樓,長(zhǎng)L=34.8 m,寬W= 7.3 m,高H=11.1 m,要求做防雷設(shè)計(jì)

        首先,按照上例中的公式,得到Ae=0.011。按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版續(xù)表16-33中查得Td=26.6,結(jié)合廠址位置k取1.5,代入公式得到N=0.043<0.06??芍?,此辦公樓不需要防雷設(shè)計(jì)。

        3 補(bǔ)充說(shuō)明

        對(duì)于高度超過(guò)60 m的建筑物應(yīng)采取防側(cè)擊和等電位的保護(hù)措施,即從60 m起,每隔不大于6 m沿建筑物四周敷設(shè)水平避雷帶(均壓環(huán))并與引下線相連,并應(yīng)將60 m及以上外墻上的欄桿、門(mén)窗等較大的金屬物與防雷裝置相連。

        對(duì)于避雷針的保護(hù)范圍,《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第798頁(yè)有詳細(xì)的說(shuō)明。布置接閃器時(shí),應(yīng)采用滾球法對(duì)避雷針進(jìn)行保護(hù)范圍計(jì)算。滾球法是以hr為半徑的一個(gè)球體,沿需要防直擊雷的部位滾動(dòng),當(dāng)球體只觸及接閃器或接閃器和地面,而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)或者避雷網(wǎng)的網(wǎng)格不大于相應(yīng)的尺寸時(shí),則該部分就得到接閃器的保護(hù)。對(duì)于三類防雷建筑物hr=60 m,避雷網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸為20 m×20 m或24 m×16 m。

        防雷裝置的設(shè)計(jì)耐雷水平,是綜合考慮雷擊概率、損失后果及經(jīng)濟(jì)性的結(jié)果,因此防雷安全度不是100%的。防雷裝置的設(shè)計(jì)耐雷水平與確定的雷電流參數(shù)有關(guān)。

        [1]GB 50057-2010,建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2]GB 50054—2011,低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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