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        某建筑物機(jī)房雷擊電磁脈沖屏蔽效能的檢測

        2022-03-01 12:50:02黃丁誠黃克儉胡雙偉
        關(guān)鍵詞:電磁脈沖磁場強(qiáng)度屏蔽

        黃丁誠 黃克儉 胡雙偉

        (1.湖北省防雷中心 2.中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖北分院)

        0 引言

        電磁屏蔽是保證建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)正常運(yùn)行而不受雷電干擾或損壞的重要措施。建筑物利用鋼筋或?qū)iT設(shè)置的屏蔽網(wǎng)是電磁屏蔽措施的一種,其作用大小由屏蔽效能來度量。度量方法可用計(jì)算法,這也是《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》給出了一種屏蔽網(wǎng)雷擊電磁脈沖屏蔽效能檢測方法[1],在日常的防雷檢測中由于很少遇到屏蔽網(wǎng)雷擊電磁脈沖屏蔽效能檢測,因此,防雷檢測人員對屏蔽網(wǎng)雷擊電磁脈沖屏蔽效能的檢測大多不知曉,也未嘗試過。為此,對某建筑物機(jī)房雷擊電磁脈沖屏蔽效能的檢測做個(gè)介紹,以期對防雷檢測人員在屏蔽網(wǎng)雷擊電磁脈沖屏蔽效能的檢測方面能提供一些幫助。

        1 屏蔽效能的檢測方法

        建筑物機(jī)房屏蔽效能的檢測方法是:首先查看設(shè)計(jì)圖紙,核查屏蔽網(wǎng)格的尺寸與接地設(shè)計(jì);第二步用接地電阻測試儀測試屏蔽網(wǎng)格的接地情況,看是否符合接地阻值的要求;第三步是計(jì)算機(jī)房內(nèi)雷擊磁場強(qiáng)度;第四步是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際的計(jì)算值進(jìn)行比較判別。

        機(jī)房內(nèi)雷擊磁場強(qiáng)度計(jì)算可依照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出的計(jì)算方法[2],計(jì)算雷電擊在機(jī)房附近或擊在建筑物機(jī)房上時(shí)機(jī)房內(nèi)雷擊磁場強(qiáng)度。

        雷電擊在機(jī)房附近時(shí)機(jī)房內(nèi)雷擊磁場強(qiáng)度的計(jì)算首先應(yīng)確定雷電擊在建筑物附近的最小距離,其最小距離可根據(jù)周圍存在的建構(gòu)筑的高度和與本建筑物的間隔距離,按建筑物機(jī)房的防雷類別及高度等,按滾球法確定。

        雷電擊在建筑物機(jī)房上時(shí)機(jī)房內(nèi)雷擊磁場強(qiáng)度的計(jì)算首先應(yīng)確定雷電擊在建筑物機(jī)房上的最大雷擊電流值,其值可根據(jù)周圍存在的建構(gòu)筑的高度與本建筑物的間隔距離,依據(jù)建筑物機(jī)房的防雷類別,按滾球法確定。

        2 某建筑物機(jī)房屏蔽網(wǎng)的檢測

        2.1 建筑物及屏蔽網(wǎng)基本情況檢測

        通過查看設(shè)計(jì)圖紙,獲得如下基本情況:該建筑物長、寬、高分別為10m、10m和5m,按第三類防雷建筑物進(jìn)行防雷設(shè)計(jì),整個(gè)建筑物設(shè)有一尺寸為0.6m×0.6m屏蔽網(wǎng)格,屏蔽網(wǎng)格的材料規(guī)格為Ф8的圓鋼,接地電阻設(shè)計(jì)為4Ω。從現(xiàn)場了解到,該建筑物機(jī)房位于鐵路旁,四周空曠,為孤立的建筑物。測其建筑物長、寬、高與設(shè)計(jì)值一致?,F(xiàn)場對屏蔽網(wǎng)格的接地進(jìn)行測量,接地阻值為2.9Ω,說明接地良好,從氣象資料上了解到建筑物所處的該地區(qū)雷暴日為50.4 d/a,經(jīng)計(jì)算該建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為0.022次/a,應(yīng)確定為第三類防雷建筑物。

        2.2 屏蔽網(wǎng)屏蔽效能的計(jì)算

        屏蔽網(wǎng)屏蔽效能的計(jì)算需考慮雷電擊在建筑物機(jī)房上與擊在機(jī)房附近兩類情況。

        (1)雷電擊在建筑物機(jī)房附近

        首先確定雷電擊在建筑物附近的最小距離,由于該建筑物四周空曠,為孤立的建筑物,所以只考慮該建筑物進(jìn)行計(jì)算。由圖所示。

        圖 取決于滾球半徑和建筑物高度的最小距離

        雷電擊在建筑物附近的最小距離Sa如式(1)所示:

        式(1)中,R為滾球半徑,m;H為建筑物的高度,m。

        基于雷電的電氣-幾何模型[3],滾球半徑即為雷電的最后閃擊距離(擊距)與雷電流幅值i0的關(guān)系如式(2)所示:

        式(2)中,R為滾球半徑,m;i0為雷電流幅值,kA。

        將式(2)帶入式(1)。則,雷電擊在建筑物附近的最小距離Sa如式(3)所示:

        依照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的計(jì)算公式,建筑物有屏蔽時(shí),其格柵形屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度H1如式(4)所示:

        其中,

        式(4)、式(5)中,H1為格柵形屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度,A/m;i0為雷電擊在建筑物附近的雷電流幅值,A;Sa為雷擊點(diǎn)與建筑物機(jī)房的最小距離,m;w為機(jī)房屏蔽網(wǎng)的網(wǎng)格寬度,m;r為機(jī)房屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑,m。

        將式(3)帶入式(4),統(tǒng)一雷電流單位為安培(A),則得出格柵形屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度H1與雷電流i0的關(guān)系。其關(guān)系如式(6)所示:

        式中,i0的單位為A。由式(6)可知,格柵形屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度H1與雷電流i0成正相關(guān)的關(guān)系,即雷電流i0越大,則格柵形屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度H1越大。因該建筑物為第三類防雷建筑物,因此,最大預(yù)計(jì)雷電流幅值為100kA。

        由該建筑物及機(jī)房屏蔽網(wǎng)的檢測基本情況可知,機(jī)房屏蔽網(wǎng)的網(wǎng)格寬度w=0.6m,機(jī)房屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑r=0.004m,建筑物的高度H=5m。取i0=100 kA,則計(jì)算出該建筑物格柵形大空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度H1為358.74(A/m)。

        (2)雷電直接擊在建筑物上

        首先確定雷電擊在建筑物機(jī)房上的最大雷擊電流值。因該建筑物為孤立的建筑物,周邊沒有建構(gòu)筑物影響較大的雷電流擊到該建筑物,因此,預(yù)計(jì)最大的雷電流都可能擊到該建筑物。該建筑物為第三類防雷建筑物,所以雷電擊在該建筑物機(jī)房上的最大雷擊電流值為100kA。

        依照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的計(jì)算公式,建筑物機(jī)房內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度H2為如式(7)所示:

        式中,H2為建筑物機(jī)房內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度,A/m;i0為打在建筑物上的最大雷電流,A;kH為形狀系數(shù)取kH=0.01);dw為所確定點(diǎn)距機(jī)房屏蔽壁的最短距離,m;dr為所確定點(diǎn)距機(jī)房屏蔽頂?shù)淖疃叹嚯x,m;w為機(jī)房屏蔽網(wǎng)的網(wǎng)格寬度,m。

        且式(7)僅對距屏蔽格柵有一安全距離的安全空間內(nèi)有效,電子系統(tǒng)應(yīng)僅安裝在安全空間內(nèi),安全距離按式(8)或式(9)計(jì)算。

        當(dāng)SF≥10時(shí):

        SF<10時(shí):

        經(jīng)式(5)計(jì)算得:SF=19.75,因SF≥10,所以,帶入式(8),得:ds=1.185(m)

        也就是說電子系統(tǒng)應(yīng)安裝在安全離屏蔽壁或屏蔽頂至少1.185m的空間內(nèi),離墻壁1m以上的距離也是防雷對電子系統(tǒng)在機(jī)房內(nèi)安裝的基本要求。所以,取dw=1.185m,dr=1.185m,將w=0.6m,i0=100 kA代入式(7),可得機(jī)房屏蔽網(wǎng)大空間內(nèi)最壞情況的磁場強(qiáng)度值,經(jīng)計(jì)算,H2值為465.12(A/m)。

        2.3 屏蔽網(wǎng)屏蔽效能的判別

        《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》與《計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》[4]對電子計(jì)算機(jī)機(jī)房內(nèi)磁場干擾環(huán)境場強(qiáng)提出了要求,其機(jī)房內(nèi)磁場干擾環(huán)境場強(qiáng)不應(yīng)大于800(A/m)。

        由上述計(jì)算可知,當(dāng)雷電擊在建筑物機(jī)房附近時(shí),其該建筑物機(jī)房內(nèi)最壞情況的磁場強(qiáng)度H1為358.74(A/m);當(dāng)雷電直接擊在建筑物上時(shí),其該建筑物機(jī)房內(nèi)最壞情況的磁場強(qiáng)度H2為465.12(A/m)。均小于800(A/m),因此,檢測結(jié)果為該屏蔽網(wǎng)的屏蔽效能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3 結(jié)束語

        1)采用《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的計(jì)算方法對建筑物機(jī)房雷擊電磁脈沖屏蔽效能進(jìn)行檢測,是《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》給出的屏蔽網(wǎng)雷擊電磁脈沖屏蔽效能的一種有效檢測方法。

        2)由上述檢查、測試與計(jì)算過程可知,該方法的使用有一定的前提條件,其前提條件是需準(zhǔn)確獲悉其屏蔽網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與材料規(guī)格。

        3)為驗(yàn)證該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,應(yīng)開展計(jì)算與測試方法的比對研究,確認(rèn)上述計(jì)算方法的誤差范圍,以進(jìn)一步完善屏蔽效能的檢測工作。

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