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關鍵詞:規范 對比 低壓配電線路 電涌保護器 區別
Abstract: to make standard of the expression of more rigorous, more in line with the actual situation, combined with the recent research achievements of, the building lightningproof design specification of GB50057-2010 in the lightning transient invasion in many changes. In order to more comprehensive grasp of the old and new standard lightning transient into the difference between measures, by comparing the relevant provisions of the regulation of the old and new content, in view of the low voltage power distribution lines, from the basic rules, different types of lightning protection building measures taken different requirements of laying methods, this paper analyzes the low voltage distribution lines and lightning transient invasion of the modified content and measures difference, finally summarized the new standard of this overall change. Lightning protection technology staff need to grasp new standard standard requirements, right of low voltage distribution lines to the protective measures to protect more reasonable and effective.
Keywords: standard of low voltage distribution lines contrast surge protector difference
中圖分類號:TM642+.2文獻標識碼:A文章編號:
0引言
閃電電涌侵入是指由于雷電對架空線路、電纜線路或金屬管道的作用,雷電波,即閃電電涌,可能沿著這些管線侵入屋內,危及人身安全或損壞設備[3]。低壓配電線路是采取防閃電電涌侵入措施的主要項目,《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010(以下簡稱新規范)與GB50057-94(2000年版)(以下簡稱舊規范)對此方面的規定有比較大的變化,筆者就此部分內容提出自己的一些理解,以供大家參考。
1基本規定
舊規范的基本規定:各類防雷建筑物應采取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。
新規范的基本規定:各類防雷建筑物應設防直擊雷的外部防雷裝置,并應采取防閃電電涌侵入的措施;在建筑物的地下室或地面層處,建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統、進出建筑物的金屬管線應與防雷裝置做防雷等電位連接。
可見,新規范將術語名稱由“防雷電波侵入”改為“防閃電電涌侵入”,新舊規范都將該措施作為基本規定,但新規范增加了對建筑物的地下室或地面層處的要求,目的是為了防止在外部防雷裝置與上述部件之間(建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統、進出建筑物的金屬管線)放生危險的火花放電。具體到低壓配電線路,就是要求各類建筑物入戶處低壓配電線路的金屬外皮、鋼管等均應與防雷裝置做防雷等電位連接。新規范為強制性條文,必須嚴格執行,要求明顯提高。
2第一類防雷建筑物低壓配電線路的防閃電電涌侵入措施
第一類防雷建筑物分為兩種情況,一是在條件允許下應裝設獨立接閃桿或架空接閃線或網,即防直擊雷的接地裝置與防閃電感應的接地裝置分設;二是特殊情況下難以裝設獨立的外部防雷裝置(如建筑物高度很高),防直擊雷的接地裝置與防閃電感應的接地裝置合設,即采用共用接地。
2.1分設時采取措施
2.1.1首先對低壓配電線路的敷設方式及類型提出要求,為防止雷擊線路時高電位侵入建筑物造成危險,新規范規定室外低壓配電線路應全線采用電纜直接埋地敷設,而舊規范則為宜。此時要求入戶處將電纜的金屬外皮、鋼管等接到等電位連接帶或防閃電感應接地裝置上即可。
2.1.2當難以全線采用電纜時,應采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔的架空線,并應使用一段金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入,也就是說,不允許將架空線路直接引入建筑物內。新舊規范架空線與建筑物的距離及電纜埋地長度的要求對比如表1所示。
表1架空線與建筑物的距離及電纜埋地長度的要求對比
舊規范GB50057-94(2000年版) 新規范GB50057-2010
架空線與建筑物的距離 未做要求 不應小于15m
電纜埋地長度 且不應小于15m
從表1可以看出,新規范增加了架空線與建筑物的距離要求,對電纜埋地長度的要求也有所不同。根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB50058-92規定,架空線路與爆炸性氣體環境的水平距離不應小于桿塔高度的1.5倍。一般桿高為10m,故新規范要求為15m。規定架空線路與爆炸危險環境的間距,主要是考慮一旦發生架空線斷線或桿塔倒塌事故,線路短路或接地電火花(電弧)不會作用到爆炸性氣體環境,不會形成電氣引燃源。對電纜埋地長度的要求是考慮電纜金屬外皮、鎧裝、鋼管等起散流接地體的作用。舊規范要求電纜埋地長度不得小于15m,也是為了滿足架空線和建筑物的距離要求,但是在實際操作中,因未做明確規定,會出現架空線距建筑物只有幾米,埋地電纜為滿足長度要求而環繞建筑物敷設的情況。可見,新規范的規定更為合理、科學。
為防止雷擊線路時高電位侵入建筑物造成危險,新舊規范規定在電纜與架空線連接處,尚應裝設電涌保護器,電涌保護器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地。電涌保護器的設置及接地措施,起到限壓泄流的作用。其沖擊接地電阻舊規范要求不應大于10Ω,新規范要求不應大于 30Ω,對接地阻值的要求有所降低。并且新規范對安裝電涌保護器的條件、參數等做出了詳細的規定,操作性比較強。
需要注意的是,當全線埋地或架空轉換埋地引入時,入戶處總配電箱沒有明確要求安裝SPD,主要是因為:
一、當全線埋地電纜引入時,電纜相當于處于LPZ1區,并且由于防直擊雷接地裝置和防閃電感應接地裝置分設,在兩者間隔距離滿足規范要求的前提下,當防直擊雷裝置接閃時,流過防閃電感應接地裝置的感應電流數值會很小,且在金屬物已普遍等電位連接和接地的情況下,電位分布均勻,雷電流引起的電位差也會很小。
二、當架空轉埋地引入時,為防止雷擊線路時高電位侵入建筑物造成危險,已在轉換處應裝設SPD,此處裝設SPD后,亦相當于形成一個防雷分區界面。
2.2合設時采取措施
除按分設時采取相應措施外,舊規范規定在電源引入的總配電箱處宜裝設過電壓保護器,而新規范明確規定在電源引入的總配電箱處應設置電涌保護器,主要考慮此時接閃器遭受雷擊時,感應電流對建筑物有關線路上的影響比外部防雷裝置獨立設置時要求大得多。
新規范對此處裝設的電涌保護器的實驗類型、電壓保護水平明確了具體要求(Ⅰ級試驗;Up≤2.5kV),每一保護模式的沖擊電流值,分屏蔽線路和非屏蔽線路兩種情況分別按公式進行計算,當無法確定時,應取等于或大于 12.5 kA。而舊規范規定“當線路有屏蔽時,通過每個SPD的雷電流可按上述確定的雷電流的30%考慮”。相比而言,新規范更為合理。
3第二類防雷建筑物低壓配電線路的防閃電電涌侵入措施
舊規范對于爆炸危險環境的第二類防雷建筑物的低壓架空線,當其處于平均雷暴日小于30d/a地區時,才允許直接引入建筑物內,否則應改換一段埋地金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入,并且對埋地長度、接地及接地電阻值有相應的要求,并且轉換處應裝設避雷器。而對于非爆炸危險環境的第二類防雷建筑物,當架空線轉換金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入時,其埋地長度應大于或等于15m,其他要求同爆炸危險環境;當架空線直接引入時,要求在入戶處裝設避雷器。
新規范將防閃電電涌侵入措施合并到防高電位反擊中。
新規范則取消了埋地長度的要求,對低壓配電線路的穿鋼管等敷設方式也未做明顯的要求和區分,也就是說允許架空線纜直接入戶,但有強制性條文要求:低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處以及配電變壓器設在本建筑物內或附設于外墻處,并在低壓側配電屏的母線上應裝設電涌保護器。理論上,安裝適配的SPD是可以限制瞬態過電壓和分走浪涌的,能夠滿足防閃電電涌侵入的要求。但從工程實際應用看,采用穿鋼管或鎧裝電纜埋地的方式更為實用、有效,因為如果只安裝SPD,在工程上有很多使SPD失效或降低效用的因素,如SPD的質量問題、未明確的參數選擇問題、老化問題、安裝工藝問題等等,而采用穿鋼管或鎧裝電纜埋地僅在入戶處等電位接地即可,不存在SPD的這些問題。
另外,新規范取消了舊規范中對低壓配電線路相關措施的接地阻值的要求,新規范強調采用共用接地,共用接地裝置的接地電阻值在新規范第4.3.6條中作出了規定,因此就沒有必要再做規定了。
4第三類防雷建筑物低壓配電線路的防閃電電涌侵入措施
舊規范對埋地電纜及轉換處與第二類相同,對低壓架空線允許直接引入,但應在進出處裝設避雷器。而新規范與第二類的要求基本一致,只是具體公式上選值的不同,在此不做贅述。
5 結論
綜合分析新舊規范關于低壓配電線路防護措施的規定,其主要變化如下:
1、明確了各類防雷建筑物(除一類接地裝置分設視情況確定)總配電箱處均應裝設SPD;
2、不同類別的防雷建筑物采取的敷設方式及要求有所區別,尤其是對第二、三類防雷建筑物的引入方式不做要求;
3、明確了各類防雷建筑物低壓配電線路安裝的第一級SPD的類型及參數要求及計算方法。
建筑物低壓配電線路的防護是整個防雷措施的重要環節,新規范對其做了諸多修改,使規范的表述更加嚴謹,更有利于實際操作,同時也體現了安全可靠、經濟合理的理念。修改后部分低壓配電線路采取的措施及要求有所不同,本文所分析的關于新舊規范在此方面的區別及對新規范的理解提供給防雷技術工作人員參考,全面掌握新規范內容,正確采取相應措施,使建筑物低壓配電線路采取的防護措施更加符合防雷安全的要求,進一步做好防雷減災工作。
參考文獻:
[1] 機械工業部.建筑物防雷設計規范GB50057-94(2000年版)[S].北京.中國計劃出版社.2001
[2] 化工部.爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范GB50058-92[S].北京.中國計劃出版社.1992
由此可見,對建筑物內各電氣設備進行防感應雷保護設計是必不可少的一項內容;設計的合理與否,對電氣設備的安全使用與運行有著至關重要的作用。
目前,在感應雷的防護當中,電涌保護器的使用已日趨頻繁;它能根據各種線路中出現的過電壓,過電流及時作出反應,泄放線路的過電流,從而達到保護電氣設備的目的。
根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4條規定:電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流,并應符合以下兩個附加要求:通過電涌時的最大鉗壓,有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端的感應電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協調一致。
現在,我們根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定的各類防雷建筑物的雷擊電流值進行電涌保護器的最大放電電流的選擇。
一、一類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為200KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為50KA,波頭0.25us;根據圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計);首次雷擊:總配電間第根供電線纜雷電流分流值為200*50%/3/3=11.11KA;后續雷擊;總配電間每根供電線纜雷電流分流值為50*50%/3/3=2.78KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為11.11*8=88.9KA;即設計應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為100KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU100型。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
二、二類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為150KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為37.5KA,波頭0.25us;根據圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計;首次雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為150*50%/3/3=8.33KA;后續雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流的分流值為37.5*50%/3/3=2.08KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為8.33*8=66.6KA;即設計應選用
電涌保護器SPD的最大放電電流為65KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU65型。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
三、三類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為100KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為25KA,波頭0.25us;根據附圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計;首次雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為100*50%/3/3=5.55KA;后續雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為25*50%/3/3=1.39KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為5.55*8=44.4KA;即設計應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型,根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
在供電線路中,電涌保護器的具體安裝以較常用的TN-S系統,TN-C-S系統,TT系統為例,示意如下:
1)TN-S系統過電壓保護方式
2)TN-C-S系統過電壓保護方式
3)TT系統過電壓保護方式
綜上所述可見,在防雷保護設計中,總的防雷原則是采用三級保護:1、將絕大部分雷電流直接引入地下基礎接地裝置泄散;2、阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓;3、限制被保護設備上浪涌過電壓幅值(過電壓保護)。這三道防線,缺一不可,相互配合,各行其責。目前通常作法是以下三點:
1)建立聯合共用接地系統,形成等電位防雷體系
將建筑物的基礎鋼筋(包括樁基、承臺、底板、地梁等),梁柱鋼筋,金屬框架,建筑物防雷引下線等連接起來,形成閉合良好的法拉第籠式接地,將建筑物各部分的接地(包括交流工作地,安全保護地,直流工作地,防雷接地)與建筑物法拉第籠良好連接,從而避免各接地線之間存在電位差,以消除感應過電壓產生。
2)電源系統防雷
以建筑物為一個供電單元,應在供電線路的各部位(防雷區交接處)逐級安裝電涌保護器,以消除雷擊過電壓。
3)等電位聯結系統
國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(局部修訂條文)明確規定,各防雷區交接處,必須進行等電位聯結;尤其建筑物內的計算機房等弱電機房,遭受直擊雷的可能性比較小,所以在此處除采取電涌保護器進行感應雷防護外,還應采用等電位聯結方式來進行防雷保護,本文不再敘述。
作為電氣設計人員都非常清楚,建筑物的防雷保護設計是一項既簡單又繁瑣的內容,但對建筑物的安全使用,電氣設備的正常運行有著至關重要的作用,所以還有待于各位電氣設計人員作進一步的研究與探討;同時必須嚴格按照國家規范,善為謀劃,精心設計。本文僅此設計作了一點粗淺的探討,所以文中不足之處,望同行不吝賜教。
參考文獻
1、國家標準建筑物防雷設計規范GB50057-94(2000年版)北京中國計劃出版社2001
關鍵詞:加油站防雷防雷改造 綜合防雷防感應雷中圖分類號:TU856 文獻標識碼:A文章編號:
汽車加油站一旦發生雷擊并引發火災將造成不可估量的損失。本文就中山市一家汽車加油站在進行防雷設計與安裝過程中,總結出的經驗做一些分享。
一、汽車加油站現場勘測
1)地理位置:中山市XX加油站地處五鎮山鎮城桂路旁,地處偏僻曠野,周圍無高聳建筑物,如若在此地區發生雷擊,此加油站容易遭受雷擊。
2)建筑物防直擊雷系統:汽車加油站建筑主要由站房、營業廳、加油亭、輔助用房等,已安裝防直擊雷裝置。
3)電源系統:未安裝任何電涌保護器。
4)電子信息系統:液位儀、監控系統、傳真電話、網絡等未安裝電涌保護器。
5)每年雷雨季節,該站液位儀、監控等系統都會受雷電影響造成設備損壞,嚴重影響加油站的正常工作。
從雷電防護角度來看,汽車加油站屬于易燃易爆場所,任何防雷系統必須符合規范要求,因此需要采取強有力的防護措施。根據 GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》、GB15599-95《石油與石油設施雷電安全規范》、 GB 50074-2002《石油庫設計規范》等國家標準及 IEC61312 《雷電電磁脈沖的防護》 標準,除了需要安裝完整的直擊雷防護裝置外,還必須安裝防雷電感應的防護裝置。
二、設計目的及范圍
目的:為減少雷電對建筑物電子信息系統造成的危害,降低油罐區由于雷擊而發生重大事故的可能性。
范圍:在進行建筑物電子信息系統防雷設計時,應根據建筑物電子信息系統的特點,將外部防雷措施和內部防雷措施協調統一,按工程整體要求,經行全面規劃,做到安全可靠、技術先進,經濟合理。本次防感應雷改造工程,受加油站現狀限制,應建設單位的要求,其內部防雷措施僅在加油站內抑制線路過壓(安裝SPD)及接地系統改造兩方面作考慮,其線路屏蔽、合理布線均不予考慮(油罐信號線及加油槍信號線已采取屏蔽措施),所以只對一、二級電源、液位儀系統進行安裝專用浪涌保護器與接地處理。
三、加油站防雷等級的確認
該汽車加油站占地510㎡,其中站房長23米,寬8米,高4.2米;營業室長10.6米,寬6米,高3.8米;中山市年雷暴日為84.5d,依據GB50343-2012《建筑物電子信息系統防雷設計規范》,
建筑物及入戶設施預計雷擊次數N值可按下式確定:
N=N1+N2
㈠、N1= k·Ng·Ae ; N g = 0.1Td
式中 N1 建筑物預計雷擊次數(次/年);
k 雷擊次數校正系數;在此類型情況下取2;
Ng 建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度[次/(km2 ·a)];
Ae 與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積(km2 );
Td 該地區的年平均雷電日數;
在下列情況下 k取相應數值:
a、位于曠野孤立的建筑物取2;
b、金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7;
c、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、山谷風口等處的建筑物,以及特別潮濕的建筑物取1.5;
根據以上年預計雷擊次數參數,該加油站位于公路旁邊,由此計算出該加油站的預計雷擊次數為:
N1 = kN g A e ≈ 0.15次/a
㈡、N2=Ng·Aeˊ=(0.1·Td )
·(Ae1ˊ+ Ae2ˊ)
式中N2 入戶設施年預計雷擊次數(次/年)
Ng 建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度[次/(km2 ·a)];
Td 該地區的年平均雷電日數;(中山市的年均雷暴日84.5天)
Ae1ˊ電源線纜入戶設施的截收面積(K㎡);低壓埋地電源電纜2·ds·L·10-6( L取最大值為1000m,ds取最大值500)
Ae2ˊ信號線纜入戶設施的截收面積(K㎡);埋地信號線 2·ds·L·10-6 (L取最大值為1000m,ds取最大值500)
由此計算 N2≈15.35次/a
所以N=N1+N2=15.5次/a
按防雷裝置攔截效率E的計算式E=1-Nc/N確定其雷電防護等級:
式中Nc=5.8X10-1.5/C
由此算得E≈0.96。當0.90
建筑物電子信息系統年平均最大雷次數按下式計算: Nc=5.8×/C
C-各類因子C1,C2,C3,C4,C5,C6之和;
C1為信息系統所在建筑物材料結構因子,此加油站屋頂和主體結構均為鋼筋混凝土材料,故C1取1.0;
C2為信息系統重要程度因子,此加油站安裝的是D類電子信息系統,即一般用途的電子信息設備,故C2取1;
C3為電子信息系統設備耐沖擊類型和抗沖擊過電壓能力因子,此加油站的電子信息系統設備耐沖擊類型和抗沖擊過電壓能力較弱,故C3取值1.0;
C4為電子信息系統所在防雷防護區的因子,此加油站的設備在LPZ1區內,故C4取值1.0
C5為電子信息系統發生雷擊事故的后果因子,此加油站信息系統業務原則上不允許中斷,但在中斷后無嚴重,故C5取1.0
C6表示區域雷暴等級因子,中山地處多雷區,故C6取1.2
綜上所述 C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=6.2
Nc=5.8×/C≈0.093
綜上所述,參照 GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》第2.0.3條的要求,其屬于標準規定的“ 具有 1區爆炸危險環境的建筑物,且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者”。因此應定為二類防雷建筑物,電源線路至少應采取兩級雷電防護,信號線路至少應采取一級雷電防護才能達到雷電防護的要求。
四、設計內容
⑴ 電源部分
根據 IEC 61312《雷電電磁脈沖的防護》、GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》、GB 50074-2002《石油庫設計規范》及GB 50058-92《爆炸和火災危險環境電力設計規范》中防雷及過電壓規范有關防雷分區的劃分和各級電源系統雷電及過電壓保護要求,針對汽車加油站配電系統的特點,可將其分為三個防雷區分別加以考慮。由于如前所述單級防雷可能會帶來因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大或者保護能力不足引起的設備損壞。因此選用電源系統多級保護,可防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。
A、電源一級防雷
依據《建筑物防雷設計規范》第 6.3.4條及第6.4.7條規定,在LPZOA或LPZ0B區與LPZ1區交界處,從室外引來的線路上安裝SPD當線路有屏蔽時,每個SPD的雷電流按雷電流的幅值的30%考慮,汽車加油站為二類防雷建筑物,首次雷電流幅值為150KA,電源線路為非屏蔽埋地的TN配電模式,因此首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配電流為:在建筑物已安裝合格的防直擊雷措施后,有 50%的雷電流通過引下線流入接地裝置,因此每線分配電流為: In =[150 KA×50%]÷4 = 18.75KA ,按 《建筑物防雷設計規范》第 6.4.7條要求每線標稱放電電流不宜小于15KA。同時,依據《建筑物防雷設計規范》第6.4.4條及 IE C61312 《雷電電磁脈沖的防護》第三部分:浪涌保護器的要求,浪涌保護器可以將數萬伏的感應雷擊過電壓限制到 4KV以下。
在加油站 380V低壓總配電箱安裝防爆型電源電涌保護器 ,用于整個加油站所有用電設備的第一級電源防護 (該浪涌保護器的基本參數:標稱工作電壓為:380V/50HZ,沖擊電流為:25KA(10/350us),響應時間為:小于等于25NS)。
B、電源二級防雷
根據《建筑物防雷設計規范》第 6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的要求及GB 50054-95《低壓配電設計規范》的有關規定,依據雷電分流理論,需使用8/20μs波形,通流容量20KA。《建筑物防雷設計規范》第六章對于配電盤、斷路器、固定安裝的電機等第Ⅲ類耐沖擊過壓,其耐壓為4KV。為防止浪涌保護器遭受雷擊后損壞后,電源對地短路,需要在浪涌保護器前安裝空氣開關作為短路保護裝置。
在加油站 380V低壓營業廳配電箱安裝電源電涌保護器 ,用于整個加油站所有用電設備的第二級電源防護 (該浪涌保護器的基本參數:標稱工作電壓為:380V/50HZ,沖擊電流為:20KA(8/20 us),響應時間為:小于等于25NS)。
⑵ 信號部分
在雷擊發生時,產生巨大瞬變電磁場,在 1KM范圍內的金屬環路,如網絡、信號及通訊金屬連線等都會感應到雷擊,將會影響網絡、信號及通訊系統的正常運行甚至徹底破壞系統。對于網絡、信號及通訊方面的防雷工作是較易被忽視的,往往是當系統受到巨大破壞、資料損失慘重時才想到應該做預先的防范。本設計中網絡、信號設備防護方面,依據GB50343-2012《建筑物電子信息系統防雷設計規范》和加油站的相關技術規范中信號系統雷電及過電壓防護要求,在進入營業廳液位儀總控制線上安裝4個信號電涌保護器, 用于4臺液位儀總控制線路的保護(該浪涌保護器的基本參數:標稱工作電壓為:24V,標稱放電電流為:5KA,響應時間為:小于等于1NS)。
⑶接地設計
㈠電源系統的接地:加油站總配電電源電涌保護器連接至原有接地裝置上。在營業廳的電源避雷器安裝處安裝一個等電位接地端子,接地端子引至原有加油站地網上。
㈡信號系統的接地:營業廳內安裝的信號避雷器接地線(2.5㎡銅線)也均引到室內等電位接地端子上。
五、實施效果
該加油站的防雷改造工程于2008年春節完工,交付甲方使用。根據售后訪問,至今已經歷五年多時間,多個雷雨季節的考驗,沒有再發生由于雷擊而導致的財產損失及電子系統的損害,甲方對此次防雷改造工程的效果滿意。
六、總結
對于汽車加油站防感應雷設計中應注意幾點:
1.現場勘察時應該注意細節,如:配電系統的形式、電子信息系統的重要性、使用性質和價值;
2.設計前應結合實際確定防護類別;
3.設計全面考慮各類防護因素和甲方需求;
4.施工中應注意安全性與投資的協調性;
參考文獻
1、《雷電與避雷工程》 蘇邦禮等 中山大學出版社
關鍵詞:建筑幕墻;防雷設計;施工要點
中圖分類號:TU2文獻標識碼: A
引言
幕墻是一種由面板與相應承力結構組成的能夠承受一定變形而直接懸掛在墻體主體結構上,這種建筑結構不但能夠承擔一定的荷載,而且具有著良好的防護作用與美觀作用。就目前的建筑工程施工項目而言,幕墻除了應有較為成熟的技術體系之外,其施工方法和工藝也較為完善。通過多年的工程建設經驗分析總結而言,目前幕墻結構按照其施工材料可以分為玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻和混凝土幕墻等。但隨著近年來建筑工程項目的不斷增加,新型的氣循幕墻、智能幕墻和光電幕墻也較為常見,成為幕墻工程的主要結構形式之一。在當前的建筑工程領域中,幕墻是現代建筑派系特征的主要體現者,在整個工程項目中具有著不可替代的藝術地位和藝術特色。在當前社會發展中,建筑幕墻結構主要應用于人群較為密集的商業和大型的公共建筑物外墻上。正因為其位于建筑結構最為,因此其在應用的過程中存在著極大的雷擊隱患。這主要是由于幕墻結構多數由玻璃、石材等組成,而這些材料本身是一種脆性材料,抗雷擊的能力較差,當發生高溫時極容易引起炸裂和破碎現象。
一、雷電對建筑物的危害
地上建筑物千姿百態、高矮不一,對雷電的形成和發展也有著促進作用。特別是高層或超高層的建筑物,使地面的電場分布發生了嚴重的畸變,其電場強度比一般建筑物大得多。而建筑物本身的電場強度的分布也不是均勻的,往往在建筑物的尖頂及邊緣上的電場強度最大,而又由于建筑物本身構造及其附屬構件積蓄的電荷,雷電就自然被吸引向這些地方,這就是高聳突出的建筑物容易遭受雷擊的緣故。如金屬屋頂、金屬天溝、金屬水箱、金屬欄桿等,都是易遭受雷擊的部位。遭受雷擊的對象,本身的直接經濟損失有時并不太大,而由此產生的間接經濟損失和影響就難以估計。例如一九九九年八月二十七日凌晨2點.某尋呼臺遭受雷擊,導致該臺中斷尋呼數小時,其直接損失是有限的,但間接損失將大大超過直接損失。再有,雷電襲擊時會產生高溫與巨大的電流,高溫會引起火災,電流會引起觸電事故的發生。因此,建筑物需要設防雷裝置。
二、建筑幕墻防雷設計
1、建筑幕墻防雷設計相關技術規范
《建筑物防雷設計規范》GB50057―2010與《建筑物防雷工程施工與質量驗收規范》GB50601―2010是建筑物防雷設計、施工與驗收上位規范的現行版本。這兩本標準的修訂和制訂均參照和采納了國際電工委員會IEC62305系列標準,是與國際雷電防護新標準體系接軌、技術水平先進的標準規范。與建筑幕墻防雷設計相關的技術規范還有《民用建筑電氣設計規范》JGJ16、《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102和《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133。JGJ16由于并未采納國際雷電防護新標準體系,存在一些與《建筑物防雷設計規范》GB50057―2010相抵觸的規定。JGJ102和JGJ133目前正在進行修訂,其中有關幕墻防雷設計的條文也將參照《建筑物防雷設計規范》GB50057―2010和《建筑物防雷工程施工與質量驗收規范》GB50601―2010的規定進行修訂。
2、幕墻防雷設計原則
幕墻的防雷設計原則是:首先把幕墻自身的橫、豎龍骨通過導體連接在一起,根據該建筑物的防雷等級要求的網格尺寸將幕墻自身制做成為一套防雷體系,再將幕墻與建筑自身的防雷裝置進行可靠連接,使其兩部分成為一個整體,形成一個完整的防雷系統,把雷電襲擊幕墻時的巨大電流,迅速地輸送到大地,共同起到保護幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。
二、建筑幕墻的防雷設計及施工要點
建筑幕墻的骨架主要為金屬材質,在遇到雷電時容易成為導體。如果建筑幕墻沒有進行防雷設計和施工,一旦遇到雷電側擊會造成很大的危害和損失,還容易引發火災。因此,建筑幕墻在設計時需要充分考慮防雷問題,在施工時也需要做好防雷措施。
1、建筑幕墻的防雷設計
經試驗測試,建筑幕墻超過50m以后雷電通過幕墻的時間極短,只有幾十微秒,但每米電位差卻能夠達到萬伏以上,因此建筑幕墻必須要做好相應的防雷設計,否則會對建筑本身造成極大的損害。因此,為了保證建筑幕墻能夠具備較好的防雷能力,則需要其形成自身的防雷網,該防雷網要和主體的防雷體系相互連接,一般防雷網的設置不能超過100m2,否則會影響防雷效果。建筑每隔一段距離要設置均壓環,每隔均壓環之間的垂直距離要控制在12m之內。均壓環內部具有鋼筋,其縱向鋼筋需要進行接地處理,將引下線、金屬設備等連接到均壓環上。
在進行主材料的選取時盡量選用單層鋁板和飛鋁塑復合板,單層鋁板的接地效果更好,而復合板之間有聚乙烯填充物,由于聚乙烯不能導電,因此復合板無法實現接地。因此為了預防雷電對建筑幕墻的損害,則需要選擇導電性能較好的單層鋁板,該種材料不易受雷電損害,較為耐用。單層鋁板能夠保持數十年不變形,其使用年限比一般材料要長很多,并且該材料能夠達到較好的防火、防雷效果,因此常用于作為建筑幕墻的材料。
2、建筑幕墻的防雷施工
建筑幕墻防雷施工需要注意以下幾點:第一,在進行建筑主體結構施工時,要將每個埋件的直錨筋和樓板中的鋼筋進行焊接,也可以使用綁扎法進行連接。對采用的后設錨板要將每個錨板于主結構的鋼筋連接,錨板之間的連接可以形成較好的電氣通路效果。在進行建筑防雷施工時要注意一項重要內容,即避雷針的安裝或避雷帶的設置。對于建筑而言,安裝避雷針或避雷帶是進行避雷的最有效措施。避雷帶一般可以設置在建筑幕墻的女兒墻外側,沿著屋頂周邊進行布設。在屋頂可以設置金屬物作為接閃器,接閃器要事先做好接地處理。接閃器也可以設置在建筑幕墻和女兒墻之間,該種設置需要設置較厚的金屬板,一般保持大于0.5mm。
四、防雷設計中應注意的事項
在玻璃幕墻的防雷過程中應注意以下三點:一是,充分利用建筑物的接閃器、引下線、接地裝置。二是,將均壓環層的幕墻橫豎向龍骨聯結成一個電氣通路,并與建筑物防雷網聯通。三是,將首層的幕墻的橫豎龍骨聯結成一個電氣通路,并與建筑物的防雷網聯通。通過以上,玻璃幕墻在遭受雷擊的過程中,由于其玻璃幕墻的防雷與建筑物防雷聯成一體,則玻璃幕墻將能獲得的電能,通過建筑物的接地系統迅速地輸送到地下,從而達到保護建筑物和玻璃幕墻免遭雷電的破壞。
高層玻璃幕墻的頂部為了美觀,一般都采用鋁板,鋁板是入地較好的導體,它沿建筑物頂部分布,其電場強度很大,雷電就很容易被吸引過來,受雷擊最大的部位,鋁板則是很好的接閃器,可以接受雷電流,將固定鋁板的主橫擔與建筑物避雷系統聯成一體,這樣就可以安全的將雷電流導入大地。高層建筑的玻璃幕墻頂部的接閃器可以有效地防雷直擊,但不能防止側雷擊,在玻璃幕墻防側雷時,其要根據建筑物防雷等級來確定其作法:一類防雷30米,二類防雷在45米,三類防雷在60米,綜合建筑物的防雷等級在30米、45米或60米以上的高層玻璃部位,每層設一個均壓環,并將建筑物防雷網及玻璃幕墻防雷系統聯通,形成一個電氣通路,為了防止球形雷,將玻璃幕墻首層的橫豎龍骨聯結成一個電氣通路,并與建筑物的接地網聯成一體。
結束語
總之,建筑幕墻的防雷施工是保障其使用效果和安全的重要措施,在施工之前要進行科學的規劃和設計,設計單位必須要具備專業設計資格。在進行施工時,要保證施工單位具有合格的技術水平才能著手操作。施工需要嚴格按照設計要求和設計圖紙進行操作,將每一個細節都做到位,確保建筑幕墻能夠做好嚴密的防雷工作,為日常的使用排除安全隱患。
參考文獻
[1]侯憲法.建筑物防雷措施與防雷裝置安裝研究[J].科技促進發展(應用版),2010(02).
1.基本原則:
防雷設計的技術措施應按現行國家標準《建筑物防雷設計規范》進行防雷分類,參照《建筑物防雷設計規范》的相應要求,采用滾球法計算避雷針的保護范圍,采用等電位聯結這一保障安全的最重要措施。
2.防直擊雷的措施,應符合下列要求:
(1)接閃器采用避雷針、避雷帶(網),或兩者混合的方式,還宜利用建筑物的金屬屋面作為接閃器,但應符合規范要求。不應采用裝有放射性物質的接閃器。其他形式的消雷器,只宜用于屋面上架設有高桿鐵塔的建筑物上。
屋面上的突出物,如衛星和共用天線接收裝置、節日彩燈、航空障礙燈和屋面風冷機組等,應在防雷裝置保護范圍內,若按滾球法計算不在保護范圍內時,應另設避雷針、帶加以保護,并與屋面防雷裝置相連。
(2)引下線應優先利用建筑物鋼筋混凝土柱或剪力墻中的主鋼筋,還宜利用建筑物的消防梯、鋼柱、金屬煙囪等作為引下線。
當利用鋼筋混凝土柱中的鋼筋、鋼柱作為自然引下線,并同時采用基礎鋼筋作為接地裝置時,不設斷接卡,但應在室外適當地點設若干與柱內鋼筋相連的連接板,供測量、外接人工接地體和作等電位聯結用。
磚混結構的建筑物,在外墻四周另設引下線,并在離地1.8米出裝設斷接卡。其1.7米至地下0.3米一段應采取保護措施。
(3)接地裝置應優先利用建筑物鋼筋混凝土基礎內的鋼筋。有鋼筋混凝土地梁時,應將地梁內鋼筋連成環形接地裝置;沒有鋼筋混凝土地梁時,可在建筑物周邊無鋼筋的閉合條形混凝土基礎內,用-40x4鍍鋅扁鋼直接敷設在槽坑外沿,形成環形接地。
當將變壓器和柴油發電機的中性點工作接地、電氣保護接地和弱電系統工作接地等共用接地裝置時,接地電阻值應不大于1歐。采用共用接地裝置時,弱電系統應將各自設備機房的、與建筑物絕緣的接地線柱,用25平方毫米以上的銅芯電纜或導線穿焊接鋼管做單獨的引下線,在建筑物基礎處與接地板相連。弱電系統一般要求接地電阻不大于4歐,如若設獨立的接地系統,其與防雷接地系統的距離不宜小于20米。
3.防側擊雷的措施,應符合下列要求:
高度超過30米的鋼筋混凝土結構、鋼結構建筑物,應采取下列防側擊雷和等電位聯結的保護措施:
(1)鋼構架和鋼筋混凝土的鋼筋應互相連接;
(2)應利用鋼柱或鋼筋混凝土柱內鋼筋作為防雷裝置引下線;
(3)應將30米及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置相連;
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(4)豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和低端應與防雷裝置連接;
(5)沒有組合柱和圈梁的建筑物,應每隔三層在外墻內敷設一圈¢12的鍍鋅圓鋼做均壓環,有組合柱和圈梁時,利用圈梁的鋼筋作均壓環。將建筑物的各種豎向金屬管道每三層與均壓環連接一次。均壓環應與防雷裝置引下線連接。
4.防雷電感應的措施,應符合下列要求:
(1)被保護建筑物內的金屬物接地,是防雷電感應的主要措施。因此,建筑物內的設備外殼、管道、構架等主要金屬物,應就近接到防雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上。
(2)平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮的長金屬物,其凈距小于100mm時應采用金屬線跨接,跨接點的間距不應大于30m;交叉凈距小于100mm時,其交叉處亦應跨接。
5.防雷電波入侵的措施,應符合下列要求:
(1)低壓線路宜全線采用電纜直接埋地引入,在入戶端將電纜金屬外皮或保護鋼管接到防雷接地裝置上;若為架空線應換接50m電纜進戶,線纜換接處應裝設避雷器,并將其與電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等連在一起,其沖擊接地電阻不應大于10歐。若采用架空線引入時,引入處應裝設避雷器。
(2)架空和埋地的金屬管道,應在進出建筑物處與防雷接地裝置相連。
固定在建筑物上的節日彩燈、航空障礙燈及其他用電設備的線路,應根據建筑物的重要性采取相應的防雷電波侵入的措施: