防雷接地案例

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第一部分 概述

本構筑物地處方圓數公里內的空曠地帶,部分構筑物(燈塔)為至高點,此地區年平均雷暴日為 32.2日,地面落雷密度Ng=0.024T d 1.3 = 1.07次/(Km 2 ·a),土壤電阻率小于200歐姆/米;監控系統曾經遭受過雷擊。

依據中華人民共和國國家標準《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-2000, 第2.0.2條第一款 “凡制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質的建筑物,因電火花而引起爆炸,會造成巨大破壞和人身傷亡者”的規定應將該構筑物定為第一類防雷建筑物。

同時依據《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-2000 第 3.2.1條“第一類防雷建筑物防直擊雷的措施”實施該構筑物的防直擊雷保護: 設計獨立避雷針;獨立避雷針引下線連接的地網沖擊接地電阻不應大于 10Ω;保證安全距離。

同時依據《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-2000 第 3.2.2條“第一類防雷建筑物防雷電感應的措施”實施該構筑物的防雷電感應保護:實施等電位連接和屏蔽。

同時依據《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-2000 第 3.2.3條“第一類防雷建筑物防止雷電波侵人的措施”實施該構筑物的防止雷電波侵人保護:加裝SPD實現電位均衡和鉗制;實現屏蔽接地避免線路受到干擾。

設計原則:實事求是性原則;安全可靠性原則;技術先進性原則;經濟合理性原則;

第二部分 直擊雷防護方案

一、避雷針選型及避雷針保護范圍計算

( 1)、 避雷針選型

a、普通避雷針(現有避雷針)的缺陷及消除或減緩方法:

缺陷 消除或減緩方法

?  高電位反擊 ● 限制雷電流幅值和減少受雷擊次數

?  跨步電壓 ● 受雷擊時限制雷電流的幅值和陡度

?  高電磁效應 ● 受雷擊時限制雷電流的幅值和陡度

b、半導體消雷限流避雷針:

采用特殊材料(導電硅橡膠高分子電阻、為材料)和結構(半導體少長針輻射裝)的避雷針,是在富蘭克林避雷針基礎上發展起來的新型現代避雷針。 在滿足保護范圍的同時,利用材料的阻抗特性,延緩雷閃主放電時間,使雷電流波形變寬、幅值降低、拉長雷電流波頭使其平緩并衰減雷電流陡度,被限制了的雷電流將以較長的時間通過限流避雷針,從而有效地減弱感應雷和高電位反擊造成的損害,完全克服了傳統避雷針的缺陷。 作用:一,中和( 90%的雷是負極性的,說明自然界存在消雷作用;用尖端放電產生和雷云異號電荷,部分中和雷云電荷,使之不足以發生下行先導);二,消滅上行雷(實測證明,只有當上行先導電流大于100A時,上行雷才有可能發展;15kΩ以上的電阻即可以限制上行雷的發展);三,限制下行雷的雷電流幅值和上升陡度;

( 2)避雷針保護范圍計算

1、滾球法計算常規避雷針的保護范圍

國家建筑物防雷標準 50057-94規定了常規避雷針的保護范圍滾球法計算公式如下:

r x =[h(2h r -h)] 1/2 -[h x (2h r -h x )] 1/2

其中 h r 為第一類建筑物滾球半徑取h r =30m,

h x 為被保護物的高度,被保護建筑物高度為2.5米

h為避雷針的高度假設取12米

代入上述各值在 h x 高度時的最大保護半徑r x 為12.21米

因此,避雷針可以實現對構筑物的全保護。

(二)避雷針的安裝方法

A、限流避雷針安裝方法

?  9支撐桿使用原有塔體。

2、支撐桿不需攀線

3、避雷針固定安裝在塔體上

4、采用塔體作為引下線,并于接地網連接。

避雷針分布示意圖:

第三部分 雷電波侵入防護方案

一、防雷電波侵入防護方案

( 1)電源線路浪涌過電壓防護(防雷器配置部分)

在警衛室總配電室內的總配電處安裝三套 ODB-100型 一級防雷箱 ,主要防護因強大的雷電流(傳導雷)經架空線傳導至配電柜后對后端設備造成的損壞。 它作為電源系統浪涌過電壓防護的第一級,實現 L-PE、N-PE的等電位連接。

在庫房的 兩 個配電盤處安裝 ODB-60型二級電源防雷箱 ,它主要保護電氣設備不受因雷電電磁場在架空線路感應出的過電壓和開關轉換過程引起的過電壓的損壞。 它作為電源系統浪涌過電壓防護的第二級,實現 L-PE、N-PE的等電位連接。

在新建監控室的配電處加裝 ODB-60型二級電源防雷箱 , 它主要保護電氣設備不受因雷電電磁場在架空線路感應出的過電壓和開關轉換過程引起的過電壓的損壞。 它作為電源系統浪涌過電壓防護的第二級,實現 L-PE、N-PE的等電位連接。

綜合辦公室辦公系統網絡服務器雷電防護非常重要,應進行精細保護,在 三 臺電腦前加裝電源防雷插座為 ODS-20系列防雷插座, 為電源系統浪涌過電壓防護的第三級,實現 L-PE、N-PE的等電位連接。

( 2)信號線路浪涌過電壓防護(防雷器配置部分)

傳統光端機和快球配合方式中,光端機與快球之間的視頻線和控制線很容易受到感應雷的破壞。傳統方式中,除了在設備附件加裝接閃器和做好接地處理來防止直擊雷的破壞,還需要在控制信號線的起始端和結束端加裝信號防雷器,視頻線起始端和結束端加裝視頻防雷器;并且在攝像機和光端機的電源輸入端也加上電源防雷器件,否則攝像機和光端機的電源輸入電路也很容易感受到感應雷擊的破壞

為了防止直接雷擊所產生的電磁感應和靜電感應對監控系統的弱電線路和視頻設備的損壞,應對監控視頻設備和紅外探測監控設備進行一定一的防護,對于 8個攝像頭的24V電源和同軸視頻線座雙端保護 加裝 ODV-4J-24D 多功能監控視品避雷器 。以保護雷電電磁感應在線路上產生過電壓和過電流的危害。

對于防盜監控的紅外探頭給予電源防護,在 9對探頭的24V電源前端加裝 ODV20-24防雷器, 以保護雷電電磁感應在線路上產生過電壓和過電流的危害。

第四部分 屏蔽與等電位連接方案

新建監控室的室內全部為精細設備,如有雷電過電壓的侵入將造成很大的破壞,其防止雷擊時所產生的電磁感應和靜電感應的工作非常重要,同時也應防止設備間的電磁兼容和靜電感應,同時為了人身安全和設備安全應做好個設備的接地連接和等電位系統。

等電位連接(均壓): 將分開的裝置、諸導電物體用等電位連接導體或電涌保護器連接起來以減小雷電流在它們之間產生的電位差(是對同一界面、同一樓層或部位的不同電纜外皮、設備外殼、金屬構架、管道,做電氣搭接,以均衡電位)。

實行等電位連接的主體應為: 設備所在建筑物的主要金屬構件和進入建筑物的金屬管道;供電線路含外露可導電部分;防雷裝置;由電子設備構成的信息系統。

實行等電位連接的連接體為金屬連接導體,和無法直接連接時而做瞬態等電位連接的電涌保護器 (SPD)。

屏蔽: 是采用屏蔽電纜,利用人工屏蔽箱、自然屏蔽體,來衰減磁場強度。

在機房建設中,利用建筑物鋼筋網和其他金屬材料,使機房形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波(含雷電的電磁波和靜電感應)干擾機房內設備。各機房六面應敷設金屬屏蔽網,屏蔽網應與機房內環形接地母線均勻多點相連。通過星型 S型或網形M型結構,把設備直接地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。(小型機房選S型,在大型機房選M型結構。將機房內所有金屬物體,包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設備外殼等金屬構件進行電氣連接,以均衡電位。)

接地: 是將所有金屬構架、管道、電纜屏蔽層等與總接地網連接。

在計算機網絡系統中,為保證其穩定可靠的工作、保護計算機網絡設備和人身安全,解決環境電磁干擾及靜電危害,需要一個良好的接地系統。交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地共用一組接地裝置時,其接地電阻按其中最小值確定;若防雷接地單獨設置接地裝置時,其余三種接地共用一組接地裝置,其接地電阻不大于其中最小值, 并應采用防地電位反擊的等電位連接保護器。

如圖:

等電位連接的要求:實行等電位連接的主體應為:設備所在建筑物的主要金屬構件和進入建筑物的金屬管道;供電線路含外露可導電部分;防雷裝置;由電子設備構成的信息系統。

實行等電位連接的連接體為金屬連接導體,和無法直接連接時而做瞬態等電位連接的電涌保護器(SPD)。

通過星型 (S型結構或網形M型)結構把設備直接地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。小型機房選S型,在大型機房選M型結構。

施工方案:

在機房采用 40×4 ㎜ 規格的紫銅帶作為等電位連接帶,長、寬分別為 5m和6m。等電位連接帶一端與接地引入線可靠連接。

等電位連接帶敷設于防靜電地板下,采用Φ 4 ㎜ 2 的 BVR銅線作 實行等電位連接的連接體,分別將設備機殼、保護接地部分、金屬管道、門窗結構、線纜金屬屏蔽層等和無法直接連接時而做瞬態等電位連接的電涌保護器 (SPD)的接地線一并接入等電位連接帶上實施等電位連接,保證雷電侵襲時各導體部件間的電位相等而不發生絕緣擊穿和閃絡放電現象。從而保證設備的正常運行和人員的安全。

地網設計方案

A、勘測

土壤電阻率:200Ω/米

可使用建設地網面積:30 ㎡

B、接地方式的選擇

接地方式有四種,采用熱鍍鋅鋼材作為接地體的普通式接地地網(要求有足夠的施工場地)、采用熱鍍鋅鋼材作為接地體并輔以降阻材料的接地地網(適用于特殊的施工場地,如,山地等;大型接地地網、土壤電阻率很高的場地)、采用非金屬材料作為接地體的特殊式接地地網(對接地體有特殊要求或接地要求較高的地區,如、防腐等)、采用化學試劑作為填充材料的特殊接地體的接地地網(適用于接地要求很高的場所,施工場地狹窄的場所)等。

根據現場的勘察,設計新建地網的方案采用第一種方式,即采用熱鍍鋅鋼材作為接地體的普通式接地地網。

第五部分 接地系統改造方案 接地網的建設

在地網設計時應遵循以下原則: 
   ◆盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統一連接地來作為接地網。 
  ◆盡量以自然接地物為基礎輔以人工接地體補充,外形盡可能采用閉合環形。 
  ◆應采用統一接地網,用一點接地的方式接地。

避雷針引下線連接的地網沖擊接地電阻不應大于 10Ω。依據《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-2000, 第2.0.3條規定 。

一、避雷針接地

地網將采用 5號熱鍍鋅角鋼作為垂直接地體,4號熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體,結合低電阻接地模塊組成復合環行地網,作為避雷針的接地。如圖 :

二、監控室地網

地網將采用 5號熱鍍鋅角鋼作為垂直接地體,4號熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體,組成復合環行地網,作為監控室的接地。如圖,

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