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第一部分 雷电防护方案

 

第一章 概述

 

一、雷电防护概述

雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来,雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象(自然)灾害,它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。

近年来,随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛,雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。由于通讯计算机网络精密设备内部结构的高度集中化,使设备耐受过电压、过电流的能力下降,更易遭受雷电破坏。轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏,使通信中断,大量信息丢失或无法传输;重者使网络主机损坏,导致网络瘫痪,工作无法进行。计算机网络系统易遭受雷击损坏的设备有:MODEM(调制解调器)、ROUTER(路由器)SWITCH(交换机)、HUB、网卡、通信卡、UPS、计算机电源及主板。

工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起,这也为雷电防护提出了大量新的问题。静电抵抗电磁干扰热岛效应等等的问题都有待进一步区研究和解决。近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力,提出了许多新的防雷理论,研制出一大批新的防雷器件、设备和材料,开发出许多全新的雷电防护技术。我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB 50057-1994,该规范参考了大量国际标准,对原有的规范做了大量的修改,无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位,这也标志着我们国家对雷害的重视。

二、雷电防护的基本理论

1、雷击侵入设备的途径

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2、雷击防护的基本原理

雷击防护:就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地,是疏导,而不是堵雷或消雷。一个完整的防雷系统包括两个方面:直接雷击的防护和感应雷击的防护。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。一般我们将其分为外部避雷和内部避雷两部分。由避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统构成外部防雷系统,主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;而内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的,为了实现内部避雷,需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。

A、多级分级(类)保护原则:即根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护;根据雷电和操作瞬间过城市危害的可能通道从电源线到数据通信线路都应做多级层保护。

B、外部无源保护:0级保护区即外部作无源保护,主要有避雷针(网、线、带)和接地装置(接地线、地极)。 保护原理:当雷云放电接近地面时,它使地面电场发生畸变。在避雷针(线)顶部,形成局部电场强度畸变,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避雷针(线)放电,再通过接地引下线,接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。然而,以往一般认为用避雷针架空得越高越好(一般只按45度角考虑),且使用被动放电式避雷针,其反应速度差,保护的范围小以及导通量小。根据现代化发展的要求,避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置,并且应该从30度、45度、60度等不同角度考虑,安装,以做到对各种雷击的防护,增大保护范围以及增加导通量。建筑物的所有外露金属构件(管道),都应与防雷网(带,线)良好连接。

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C、内部防护

1)、电源部分防护:雷电侵害主要是通过线路侵入。高压部分电力局有专用高压避雷装置,电力传输线把对地的电力限制到小于6000伏(IEC62.41),而线对线则无法控制。所以,对380v低压线路应进行过电压保护,按国家规范应分三部分:建议在高压变压器后端到楼宇总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器,作一级保护;在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端应对地加装避雷器,作二级保护;在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷器,作为三级保护。目的是用分流(限幅)技术即采用高吸收能量的分流设备(避雷器)将雷电过电压(脉冲)能量分流泄入大地,达到保护目的,所以,分流(限幅)技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键,因此,选择合格优良的避雷器至关重要。

2)、信号部分保护:

对于信息系统,应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定,精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。其主要考虑的如:卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端,应对地加装避雷器,电缆中的空线对应接地,并做好屏蔽接地,其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、按口类型等,以确保系统正常的工作。

3室内屏蔽

对于安装有电子设备的信号机房,采取更完善的室内法拉第笼屏蔽措施。

u 屏蔽层选用铁板做电磁屏蔽材料,板材厚度不小于0.6mm

u  金属板间间距500mm焊接或用不小于2mm2的软铜线可靠连接。

u  在屏蔽层引下线与地网连接处用不小于25mm2的软铜线多处可靠连接。

u  将屏蔽层与预留的钢筋接地端子板栓接。

u  机房地面采用防静电地板,其金属支架间应互相可靠连接,并在金属支架底部采用0.1mm×20mm铜箔带构成与支架一致的网格,铜箔带交叉处用锡焊接。

u  互相连接的金属支架或网格铜箔带采用10mm2的铜带(扁平铜网编织带)与地网或屏蔽层至少4处连接,铜带一端加线鼻后与地网或屏蔽层栓接,另一端用锡焊接。

u  门窗采用截面积不小于3mm2、网孔小于80mm×80mm的铝合金网屏蔽,并用不小于16mm2的软铜线将屏蔽层与地网多处可靠连接。

4)、等电位连接设计

u  在控制台室、继电器室、防雷分线室(或分线盘)、机房和电源室(电源引入处)设置接地汇集线。接地汇集线采用大于30 mm×3mm紫铜排,可相互连接成条形、环形或网格形,环形设置时不得构成闭合回路。

u  接地汇集线受制造长度的限制需使用多根铜排时,铜排间直接连接的接触部分长度不少于60mm,接触面应打磨后用3个铜螺栓双螺帽连接。

u  电源室(电源引入处)防雷箱处、防雷分线室(或分线盘)处的接地汇集线单独设置,并分别与环形接地装置单点冗余连接。其余接地汇集线采用截面积不小于50mm2有绝缘外护套的多芯铜导线或30mm×3mm紫铜排相互连接后与环形接地装置单点冗余连接。

u  接地汇集线及接地汇集线间的连接导体、接地汇集线与地网的连接线必须与墙体绝缘。接地汇集线一般在距地面200-300mm(踢脚线紧上方)处设置;有防静电地板的机房,接地汇集线可在地板下方距地面30-50mm处设置,距墙面宜为100-150mm;也可在地板下方设成条状或网格状。需要时,也可在机房房顶设置。接地汇集线上每隔1-1.5m应预留接地螺栓供连接使用。

u  室内走线架、组合架、电源屏、控制台、机架、机柜等所有室内设备必须与墙体绝缘,其安全地线、防雷地线、工作地线等必须以最短距离分别就近与接地汇集线连接。

u  走线架不得布置成环型,并保持走线架在电气上的连续性,利用剥开的25mm2铜导线,敷设在电缆走线架内,并将每段走线架至少在两点进行连接,并用30mm×3mm紫铜排与接地汇集线栓接,连接螺栓采用Φ8mm铜质或不锈钢质,不得少于3枚。

u  室内同一排不同的金属机架、柜之间用大于10 mm2多股铜导线栓接后再用不小于50mm2有绝缘外护套的多股铜线或30mm×3mm紫铜排就近与接地汇集线连接。

u  机房面积较大时,可以设置与地网单点冗余连接的总接地汇集线。控制台室、继电器室、计算机房的接地汇集线可分别与总接地汇接线单点连接,也可相互连接后与总接地汇接线单点连接。

u  机房分布在几个楼层时,各楼层可设置总接地汇集线,总接地汇集线间应采用5095 mm2的有绝缘外护套的多股铜导线焊接或加线鼻栓接。

u  接地汇集线与地网的连接线应采用不小于50mm2的有绝缘护套铜导线。电源室防雷箱处(电源引入处)接地汇集线在环形接地装置上的连接点与分线盘处接地汇集线在环形接地装置上的连接点之间,以及与其余接地汇集线在环形接地装置上的连接点之间距离宜大于5m。避雷带的引下线在环形接地装置上的连接点,与接地汇集线在环形接地装置上的连接点间距应大于5m。并与墙壁绝缘。

u  无线天线避雷针的接地装置应单独设置,并距环形接地装置15m以上,特殊情况下不应小于5m,确因条件限制距离达不到要求时,其接地引接线应与环形接地装置焊接,焊接点与接地汇集线在环形接地装置上的连接点的间距不小于5m

u  建筑物内所有不带电的自来水管、暖气管道等金属物体都必须与环形接地装置(或与建筑物钢筋、机房屏蔽层)做等电位连接。

u  等电位连接线在地下暗敷时,其导体之间的连接禁止采用螺栓压接。严禁将金属水管、输送爆炸气体或液体的金属管道、正常情况下承受机械压力的结构部分、易弯曲的金属部分、钢索配线的钢索等金属部分当作连接线。

5)接地处理

在计算机机房的建设中,一定要求有一个良好的接地系统,因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地,从而保护设备和人身安全。如果机房接地系统做得不好,不但会引起设备故障,烧坏元器件,严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题,防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般整个建筑物的接地系统有:建筑物地网(与法拉第网相接)、电源地(要求地阻小于10欧)、逻辑地(也称信号地)、防雷地等,有的(如IBM)公司要求另设专用独立地,要求地阻小于4欧(根据实际情况可能也会要求小于1欧)。然而,各地必须独立时,如果相互之间距离达不到规范要求的话,则容易出现地电位反击事故,因此,各接地系统之间的距离达不到规范的要求时,应尽可能连接在一起,如实际情况不允许直接连接的,可通过地电位均衡器实现等到电位连接。为确保系统正常工作,应每年定期用精密地阻仪,检测地阻值。接地装置由接地极及一些附件、辅助材料组成。接地装置的选材和施工主要决定于土质结构,即土壤的地阻率ρ。不同层土质结构不同,因而地阻率ρ不同,为增加接地装置使用效率,应使用长效降阻剂。

3、雷电的选择性

A、易遭雷击的地点:

1、土壤电阻率较小的地方,如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方;

2、山坡与稻田接壤处;

3、具有不同电阻率土壤的交界地段。

B、易遭受雷击的建(构)筑物:

1、高耸突出的建筑物,如水塔、电视塔、高楼等;

2、排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等;

3、内部有大量金属设备的厂房;

4、地下水位高或有金属矿床等地区的建(构)筑物;

5、孤立、突出在旷野的建(构)筑物。

第二章 设计中心思想

一、环境分析

 

自然气候  境内属北温带大陆性季风气候,一年四季分明,年均气温7.3°C,年均无霜期150天左右,年均日照2800小时,年均降雨量一般在315-459毫米之间,多集中于七、八月份。年雷暴日43.2d/a)属于高雷区

二、 方案设计思路

经过现场勘查以及当地地理环境分析!该区属高发雷区!危害大等特点,目前雷电产生的后续就是造成生产区域断电,进而造成生产中断导致较大损失!本案来电产生形式,以及贵方实际情况,常用的避雷器均不能有效地满足要求!虽然目前的氧化锌避雷器可以有效的保护终端设备,但不能够有效防止雷电产生时的瞬间过大电流,以及横跨雷瞬间短路造成的落闸断电而造成的巨大损失!

 故而,本案将采用采用优化先导避雷针做直击雷防护,再有效结合过电压防护,从而减少或避免雷电的产生,有效地防止雷雨天造成的断电造成的生产的巨大损失,主要机理(如图所示)

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工作原理:
  在雷电条件下,当雷电下行先导接近地面时,任何导电的表面均会产生一个上行先导。在被动避雷针的情况下,只有在长时间的电荷重聚之后,才会传播上行先导。LGZ限流优化型避雷针接闪器的上行先导的激发时间大大缩短。
  在雷电放电之前的高静态电场特性情况下LGZ限流优化型避雷针接闪器在针尖会产生可控幅度和频率的脉冲,这使避雷针产生一个上行先导并向上传播,从而截获雷云里发出的下行先导。

 

 

第三章、防雷设计方案

 

一、设计依据及相关标准

GB 50057-2010    《建筑物防雷设计规范》(2000版)

GB 50343—2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范

GB 50054-95    《低压配电设计规范》

GB 50174-93    《电子计算机机房设计规范》

GB 50169-92    《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

IEC 61024      《建筑物防雷》

IEC 61312      《雷电电磁脉冲的防护》

GB/T50311-2000 《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

D  562         《建筑物、构筑物防雷设施安装》

YD 5078        《通讯工程电源系统防雷技术规范》

YD/T5098       《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》

YD/T1235.1-2002《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求》

 

二、设计内容

所谓雷击防护:就是由避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统构成外部防雷系统,主要是为了保护煤矿建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;在0级保护区即外部作无源保护,主要有避雷针(网、线、带)和接地装置(接地线、地极)。

一、保护原理

当雷云放电接近地面时,它使地面电场发生畸变。在避雷针(线)顶部,形成局部电场强度畸变,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避雷针(线)放电,再通过接地引下线,接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。然而,以往一般认为用避雷针架空得越高越好(一般只按45度角考虑),且使用被动放电式避雷针,其反应速度差,保护的范围小以及导通量小。根据现代化发展的要求,避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置,并且应该从30度、45度、60度等不同角度考虑,安装,以做到对各种雷击的防护,增大保护范围以及增加导通量。建筑物的所有外露金属构件(管道),都应与防雷网(带,线)良好连接。

综合防雷系统如图

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一)   直击雷防护

在压风机房、风机外围3---8米处安装2座高为30米高三角避雷塔2座,并做良好的接地系统,切避雷塔顶部安装2支提前放电避雷针。考虑到现场情况特殊切间距较大,所以在避雷塔顶部安装提前放电避雷针。

五、技术支持及售后服务

为了不断满足顾客的需求,达到优质服务的目的。坚持质量第一,用户至上,终身免费维修。为客户提供专业、及时、优质、令您满意的服务宗旨,特制定以下售后服务细则:

1 、我公司确保其提供的货物是全新的、未使用过的,采用的是最佳材料和第一流的工艺,并在各个方面符合招标文件规定的质量、规格和性能要求。我公司保证其货物经过正确安装、合理操作和维护保养,在货物寿命期内运转良好。

2、 我公司按每台或每套设备给甲方提供至少一套 完整的技术资料随货物包装发运,其中包括设备的中文使用说明书、操作手册或产品彩页等内容。

3、质量保证期为防雷接地系统工程竣工验收合格交付使用,工程质量保证五年内免费保修、更换, 系统终身维护。交付使用后,我公司每年巡查一次,除人为破坏或不可抗拒力,属生产、安装及材料质量问题所造成的一切责任和损失由我公司负责。

4、维修响应时间:收到业主维修要求半小时内响应,48小时内到达设备安装现场。

5、维修工程师接到客户通知后,按上述时间内到达指定地点;

6、五年跟踪维护,定期电话回访,必要时现场检查,终身免费咨询

7、我公司免费为客户培训3~5名该防雷系统的技术人员,培训地点在乙方专用培训办公室或甲方项目办公室培训日期在1

8、培训内容为:

①防雷产品的工作原理;

②接地系统的检查和维护;

③地网的接地电阻的测量;

④避雷器的检查和维护。

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