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學校防雷方案
發表時間:2017-01-16     閱讀次數:     字體:【

一、前言
雷擊已成為大自然的嚴重自然災害之一,學校是教書育人,學生聚集的地方,防雷設施尤其重要。近幾年來,隨著教育事業的快速發展,學校高層建築物不斷增多,電化教育、遠程教育等信息技術應用日益普及,雷電隱患也隨之增加。2007年5月23日,重慶市開縣興業小學遭受雷擊,造成7名學生死亡、39人受傷的重大雷擊事故,由此可見,學校做好防雷設施的預防是多麽的重要。
為了保證電子設備的正常運行和人員的安全,必須設計完整有效的防雷方案。
二、現代防雷基本知識
根據不同的破壞機理,雷這種特殊的自然放電現象表現為兩種形式:直擊雷和感應雷。
直擊雷是指帶電雲層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。其破壞原理主要是機械破壞作用,體現在樓房頂角被雷擊落一塊水泥,大樹被雷劈開,屋外的人畜被雷打死等;帶電雲層由於靜電感應作用,使某一範圍帶上異種電荷,直擊雷發生以後,雲層帶電迅速消失,而地麵某些範圍由於散流電阻的存在,以至出現局部高電壓;或者由於直擊雷放電過程中,強大的脈衝電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以致發生閃擊的現象,叫做“二次雷”或稱“感應雷”,其破壞機理主要是電子設備的過壓擊穿,造成設備故障或損壞,嚴重者造成設備整機報廢。
“直擊雷”是在短時間內以脈衝的形式通過強大的電流,它的峰值有幾十KA乃至幾百KA,峰值時間很短,以us計的;“感應雷”沒有直擊雷那麽猛烈,但它發生的機率遠比直擊雷高得多。因為直擊雷隻發生在雷雲對地閃擊時才會對地麵造成災害,而感應雷則不論雷雲對地閃擊,或者雷雲對雷雲之間閃擊,都可能發生並造成災害。此外,直擊雷一次隻能襲擊一兩個小範圍的目標,而一次雷擊可以在比較大範圍內多個小局部同時發生感應雷過電壓現象,並且這種感應高電壓可以通過電力線、網絡線等金屬導線傳輸到很遠,致使雷害範圍擴大。特別是隨著大規模集成電路的應用,防雷已由以前的防直擊雷為主發展到今天的綜合防雷。
直擊雷的防護一般采用樓頂安裝避雷帶、避雷針等,配合引下線、地網以保護建(構)築物及建(構)築物內人員的安全;感應雷的防護主要采用線路上安裝雷擊過電壓保護器,即防雷器,配以線路屏蔽接地、等電位接地處理等綜合運用,以保護設備的安全。因此,隻是防直擊雷或隻防感應雷都是不全麵的,而應進行綜合防雷。
三、現場分析
該學校的建築物主要有一號樓、二號樓、科技樓、體育館、食堂、二棟學生宿舍樓組成,其中一號樓是機房所在地,機房內有在較多電子設備,需要做為一個重點防感應雷保護。另外在場外還有監控係統的前端設備也在重點防感應雷保護之內,七棟建築物不但需要安裝完善的直擊雷防護設施,還要做好接地、等電位連接和防感應雷保護措施,從而形成一個完善的綜合防雷係統。
四、設計依據
《建築物防雷設計規範》(2010版) GB50057-2010
《雷電電磁脈衝的防護》 IEC 6I312
《過電壓保護器》 IEC 6164
《低壓配電設計規範》 GB 50054-95
《工業與民用電力裝置的過電壓保護設計規範》 GBJ 64-83
《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規範》 GB 50169-92
《建築物防雷》 IEC 61024
《建築與建築群綜合布線係統工程設計規範》 GB/T50311-2000
《建築物電子信息係統防雷技術規範》 GB50343-2012
五、防雷設計思路
由於學校供電、信號係統防護點多、麵廣,因此,為了保護建築物和建築物內各向電子網絡設備不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度,應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計。現在都采取綜合防雷,綜合防雷設計方案應至少包括5個方麵:直擊雷的防護、感應雷的防護、屏蔽、等電位聯結、防雷接地,缺少任何一方麵都是不完整的,有缺陷的和有潛在危險的。
(一)、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護,按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建築物的導體型線路(如電源線、信號線等)侵入設備,這樣的損害就非常之嚴重,因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提;直擊雷防護按照國標GB50057《建築物防雷設計規範》設計和施工,主要使用避雷針、避雷網、避雷線、避雷帶及良好的接地係統,其目的是保護建築外部不受雷擊的破壞,給建築物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
(二)、感應雷的防護
1、主供電源係統的防護
統計數據資料表明,微電子網絡係統80%以上的雷害事故都是因為與係統相連的電源線路上感應的雷電衝擊過電壓造成的。因此,做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
2、信號係統的防護
盡管在電源外接引入線路上安裝了防雷保護裝置,由於雷擊發生時,在各種信號線路(如雙絞線)感應到的過電壓,仍然會影響電子設備的正常運行,甚至徹底破壞電子設備係統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場,在1公裏範圍內的金屬線路,如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊;另外,當電源線或信號線路傳輸過來雷擊電壓時,或建築物的地線係統在瀉放雷擊時,所產生強大的瞬變電流,對於信號傳輸線路來說,所感應的過電壓已經足以一次性破壞電子設備。即使不是特別高的過電壓,不能夠一次性破壞設備,但是每一次的過電壓衝擊都加速了設備的老化,影響數據的傳輸和存儲,甚至死機,直至徹底損壞。所以對信號線的防雷對於係統的整體防雷來說,是非常重要的環節。
(三)、屏蔽和等電位連接
國家標準<建築物防雷設計規範>GB50057—2010(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;尤其建築物內的計算機房等弱電機房,遭受直擊智的可能性比較小,所以在此處除采取電湧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。不僅要將進出機房線路的金屬屏蔽管、金屬橋架、配電
盤的外殼、進入室內的水管、采暖瞥、機房的金屬屏蔽膳、金屬隔斷、金屬門窗以及靜電地板的金屬支架連接在等電位連接環(或網)上,同時還應將電氣保護的PE地也接至等電位連接體上。等電位連攘在建築的共用接地的方式,最好的方法是通過建築的主筋來接地。
成人食色生話的空間存在著大量的磁場,同時雷電也會產生強烈的電磁幹擾,而屏蔽是抗電磁幹擾最有效的方法。要將弱電機房內的金屬門窗與吊頂內的龍骨進行多次連接,如有必要,可在機房內單獨作屏蔽網,采用金屬管與等電位聯結,與屏蔽措施相配合,所有的信息設備均應與建築物牆壁保持1m遠的距離,可有效地屏蔽電磁幹擾。   靜電也是產生浪湧的原因之一,靜電在成人食色的生活中無處不在,人體因步行和移動帶電有時高達2—1 0KV,可以產生對弱電係統的危害。因此防靜電也是弱電機房的重要任務之一。比較常用的方法是在機房內鋪設防靜電地板,此外,機房內裝修材料也必須是防靜電的,內牆和頂棚表麵應使用防靜電防火牆板或噴塗導靜電環氧塗料,送風管道和送風口應使用導電三聚氰氨材料,避免空氣流動時產生靜電積聚。
(四)、防雷接地
建築物采用聯合接地可有效的解決地電位升高的影響,合格的地網是有效防雷的關鍵。建築物的聯合地網通常由建築物基礎(含地樁)、環形接地(體)裝置、工作(電力變壓器)地網等組成。對於敏感的數據通訊設備的防雷,接地係統的良好與否,直接關係到防雷的效果和質量。如果地網不合要求,應改善地網條件,適當擴大地網麵積和改善地網結構,使雷電流盡快地泄放,縮短雷電流引起的高過電壓的保持時間,以達到防雷要求。
六、防雷設計方案
(一)、直擊雷的防護
一號樓、二號樓、科技樓、宿舍、食堂、體育館、煙囪、衛星接收天線等建(構)築物應做避雷帶或安裝避雷針,避雷針保護範圍應符合相關標準,有效保護建(構)築物;避雷帶應平整、順直、牢固,無倒狀、斷裂;旗杆應做好接地;接地引下線應牢固、平整,且遠離出入口,在距地以上1.8米以下設立絕緣保護層。 具體操作
一般采用Φ10-18的熱鍍鋅圓鋼,或是水管,沿牆一周布設。如果大樓的麵積過大,則需要在樓麵布設避網,與避雷帶一起,形成整體的接閃係統。
(二)、感應雷的防護
1、主供電係統的防雷
在雷擊事故中,由電力線引雷而損壞電子設備占百分之八十以上,根據IEC規範、國家標準及專家建議,並根據現狀及要求,應采取下列防護措施:
① 在變壓器進入總配電房處並聯安裝我公司的三相電源防雷箱DHPA-100T做為一級防雷,並以最短的距離將地線接到接地母排上,對整個學校的電源係統進行防雷保護。
② 在每棟樓的總電源箱處並聯安裝我公司的單相電源防雷箱DHPA-60T做為二級防雷,並以最短的距離將地線接到接地母排上,對整棟樓的電源係統進行防雷保護。
③ 根據實際供電使用情況,在每棟樓的部分樓層並聯安裝我公司的單相電源防雷器DHPB-40T做為第三級防雷。
2、其它弱電係統設備感應雷防護措施
弱電係統如消防係統、保安監控係統、計算機網絡係統、通信線路等,下述是針對這些係統所做防雷保護措施,
1)、 消防係統的防雷
消防電子設備采用交流供電時,在交流電源係統中應設置SPD保護,由消防控製室引出的信號線聯動控製線等,應根據建築物的重要性,裝設適配的SPD消防控製室與本地區或城市119報警指揮中心之間聯網的進出線路端口應裝設信號防雷器。
消防控製室內,應設置S型等電位接地網格,室內所有設備主機、聯動控製盤等設備的機架(殼)配線槽、設備保護接地、電源係統保護接地、SPD接地端均應做等電位連接。
在集中火災報警及聯動控製櫃處分別加裝電源、控製信號防雷器。
具體安裝如下:
① 在直流消防電源配電盤的直流電源係統安裝DHPZ-24H係列的低壓直流電源防雷器。
② 在火災報警控製係統的報警主機、聯動控製櫃、火警廣播、對講通信等係統的設備前端分別加裝電源防雷器DHPA-24H、控製信號防雷器DHS-485。
③ 消防控製室與本地區或城市“119”報警指揮中心之間聯網的進出線路端口安裝DHS-485的通信線路防雷器.
④ 對進出消防廣播功放盤、背景音樂功放盤的信號線路安裝DHS-RJ11音頻信號防雷器。
2)保安監控係統防雷
監控係統一般由以下三部分組成:
前端部分:主要由攝像機、鏡頭、雲台、防護罩、支架等組成。
傳輸部分:使用同軸電纜、電線、多芯線等地埋或沿牆敷設傳輸視頻、音頻或控製信號等。
終端部分:主要由畫麵分割器、監控器、控製設備等組成。
雷電波會沿電源線、信號傳輸線或進入監控室的金屬管線侵入設備,造成設備損壞;或者雷雲放電時產生很強的瞬變電磁場使處在電磁場中的監控設備和傳輸線路會感應出較大的電磁感應及帶電雷雲使傳輸線路上產生靜電感應損害損壞監控設備;所以宜采取以下措施:
室內監控中心機房的防雷
① 在監控中心電源輸入端安裝1套我公司的DHPB40M單相電源防雷器,對監控係統電源進行防雷保護。
② 在重要設備(如硬盤錄象機、畫麵分割器等)電源端分別安裝一套我公司的DHPB-10C/6K防雷插座對設備進行精細保護。
③ 機房電話線的防雷保護:采用DHS-RJ11音頻信號防雷器,串接在電話機前端電話線處,安裝方便,易維護。
④ 網絡交換機的防雷保護:采用DHS-RJ45 單口網絡信號防雷器串聯安裝在網絡交換機的前端,另有機架式的24路網絡信號防雷器(DHS-RJ45/24K)可選,安裝更方便。
⑤ 在監控中心視頻每線上安裝一套我公司DHS-BNC型號的視頻信號防雷器。另有機架式的16路視頻信號防雷器DHS-BNC/16可選,安裝更方便。
⑥ 在監控中心的485雲台控製線上安裝一套我公司DHS-485型號的控製信號防雷器。
⑦ 在報警器前端信號線接入處加裝控製信號防雷器DHS-485,對報警器的信號線做有效的防雷保護。
⑧ 用截麵積不小於6mm2的多股銅線將主控機房和所有弱電設備間的防雷裝置、金屬構架、金屬裝置、外來導體、電氣和電訊裝置連接至接地母排做等電位連接。
室外監控設備的防雷
由於監控攝像機有部分處於建築物內,建築物有一定的屏蔽作用,不易受到直擊雷的影響,因此,在室內的攝像機不需考慮直擊雷防護,但需做感應雷防護;在室外的立杆上的攝像機因所處位置較高,易遭直擊雷的影響,因此,要考慮直擊雷的防護和感應雷的防護。
① 在室外攝像機的立杆上安裝一支短避雷針,以保護立杆之上的攝像機不遭直擊雷的襲擊。避雷針引下線可采用鍍鋅圓鋼或多股電纜線與大地可靠連結,接地電阻小於10歐;在某些不方便施工的場所(比如立杆位於水泥地麵)也可利用攝像機立杆做引下線,前提是立杆必需接地良好,符合接地電阻要求。
② 球機防雷:在每台球形攝像機前端的電源、視頻、控製線上安裝一套我公司DHS-3/220L監控攝像機專用三合一防雷器,根據攝像機供電電壓不同,有12V、24V、220V可選。
③ 槍機防雷:在每台固定式攝像機前端的電源、視頻線上分別安裝我公司WJX-2/TV監控攝像機電源視頻二合一防雷器。根據攝像機供電電壓不同,有12V、24V、220V可選。
④ 網絡攝像機防雷:在每台網絡攝像機前端的電源、網絡線上分別安裝我公司DHS-2/RJ45監控攝像機電源網絡二合一防雷器。根據攝像機供電電壓不同,有12V、24V、220V可選。
⑤ 監控係統的電源線、信號線的傳輸過程中必須進行屏蔽埋地處理,可在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入,在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地接置相連。
注:防雷器安裝在離被保護設備距離越近越好。
3)、屏蔽和等電位連接
建築物之間的連接電纜應敷設在金屬管道內,這些金屬管道從一端到另一端應全線電氣貫通,並連到各建築物的等電位連接帶上。電纜屏蔽層也應連到這些連接帶上。
將進入大樓的各類金屬管線的屏蔽層、機架等在進入大樓前進行等電位連接後接地,在進入設備房前再進行二次等電位連接後接地。
在建築物入口處,即LPZ0B與LPZ1區交界進行總等電位連接後接地,在後續的雷電防護區交界處按總等電位連接的方法進行局部等電位連接,連接主體包含係統設備本身(含外露可導電部分)、PE線、機櫃、機架、電氣和電子設備的外殼、直流工作地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、管道(水管、采暖和空調管道等金屬管道)、屏蔽槽、防雷器器SPD的接地等均以最短的距離就近與這個等電位連接帶直接連接。
架空電力線由於終端杆引下後應更換為屏蔽電纜,進入大樓前應水平直埋50m以上,埋深於地麵下0.6m以上,屏蔽層兩端接地,非屏蔽電纜應穿鍍鋅鐵管並水平直埋50m以上,鐵管接地。
在計算機機房、監控機房、消防機房、程控交換機房等防靜電地板下麵沿牆四周分別加裝等電位銅排,規格30mm*3mm。機房內的安全保護接地,信號工作地,屏蔽接地,防靜電接地和防雷器接地等均應連接到局部等電位接地端子板上。機房內金屬設備、機櫃外殼等均連接到等電位銅排上做保護接地,保護接地線用6mm多股絕緣銅地線。防靜電地板支架與等電位銅排的接地采用軟銅帶。等電位銅排與層接地端子的連接,采用不小於35mm多股絕緣銅地線。
等電位采用M型等電位連接網絡。
各級防雷器(SPD)連接導線應平直,其長度不宜超0.5米。帶有接線端子的電源線路應采用壓接;帶有接線柱的防雷器宜采用線鼻子與接線柱連接。
4)、防雷接地係統
接地是防雷係統重要的組成部分,隻有將雷電流的能量泄放到大地,才能可以保證電子設備免遭雷擊災害;等電位連接的目的,在於減小需要防雷的空間內各金屬部件和各係統之間的電位差,防止雷電反擊。因此必須建立完善的接地係統及等電位連接。
1、接地係統(地網)設計:
根據GB50057-2010的要求,成人食色可以用熱鍍鋅角鋼與熱鍍鋅扁鋼作為材料,製作地網。地網的一般要求,建築接地不大於30歐,電源接地不得大於10歐,普通弱電係統接地不得大於4歐;如果采用聯合接地方式,則要求要不大於1歐。
2)具體實施方法:
根據學校實際情況,在建築物大樓四周離外牆3米遠處設置閉合人工地網,水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼,垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼和非金屬低電阻接地模塊相結合的方式。
① 地網由銅包鋼垂直接地體(DHER17215),石墨燒製接地模塊(DHJ02),高效降阻劑(DHJ01)構成。如果土質條件差,比如土壤電阻率大於300Ω/m的情況下,應該增加高效降阻劑.
② 地網的埋深,不得小於0.5m,垂直接地體之間的間隔,一般為垂直接地體的深度的兩倍。人工地網,一定要預留接地端,作為係統接地點及測試點使用。
③ 接地體(地網)埋設位置應盡量在距建築物3m以外,當接地體裝置埋設在距建築物出入口或人行道小於3m時,應采用在接地裝置上麵敷設50~90mm厚度瀝青層,其寬度應超過接地裝置(地網)2m,當接地遇有白灰焦渣層而無法避開時,應換土或用水泥砂漿進行保護。
3)、接地電阻的測量;1、測量方法:;①沿被測接地極E′,使電位探測針P′;②用導線將E′、P′和C′分別接於儀表上相應的端;③將儀表放置水平位置,檢查零指示器的指針是否指於;④將“倍率標度”置於最大倍數,慢慢轉動發電機的手;⑤如果“測量標度盤”的讀數小於1,應將“倍率標度;當指針完全平衡在中心線上以後,在開始讀數。
七、產品的安裝及說明
1)電源防雷器的安裝要求
1、安裝於各級配電箱(櫃)、設備的進線端;
2、與電源線纜並聯(直流電源防雷器除外);
3、所有地線按就近原則以最短的距離接地
4、電源防雷器的前端須串聯快速熔斷絲或空氣開關,以防止短路電流導致係統故障(防雷箱中裝有空氣開關),直流的除外。
2)信號防雷器的安裝要求
1、安裝於設備與信號線的連接端口,盡量靠近設備;
2、與數據線串聯;
3、確認與數據進線方向一致;
4、接地線采用2.5 mm2的標準黃綠雙色地線;
3)等電位連接和地網地線安裝要求
1、設備的等電位接地線采用10-25 mm2多股銅線或35mm2單股銅線;
2、所有地線按就近原則以最短的距離接地
八、結束語
防雷是一門邊緣科學,防雷係統必須講究科學性、經濟實用、耐久可靠三條原則 。現代化電子設備防雷是一個複雜的問題,需采用綜合治理的方法,根據特殊情況對症下藥,將可能產生雷擊的因素排除,才能將雷害威脅減小至最低的限度,如果該工程按本方案施工,基本可以安枕無憂。

設計單位:成都市成人食色電子技術有限責任公司

設計部門:技術部

聯係電話:028-86799386

 
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