浅谈防雷工程设计在建筑物中的应用论文

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-02-28 16:29 关注：(1)

张绍雄1李勇增2刘志明3
摘要：现今随着经济和社会的迅速发展，一座座高层建筑物的拔地而起，在电子计算机为核心广泛使用的微电子设备，受到雷击损坏设备的事件时常发生。所以，怎样做到科学而又合理地做好防雷施工图设计，把雷电导致的灾害尽量降到最低是目前急需解决的问题。笔者根据个人工作经验，提出一点个人的建议及对策方法。
关键词：建筑物；防雷工程；设计
一、雷电感应的防护
在天空雷云中遇到雷电发生时，电荷也会跟着放电而消散，周边地面导体上受雷云电场感应形成的异性电荷来不及散发，这些物体会与地面之间和周围物体间产生巨大的电位差；雷电发生的同时会向周围空间辐射电磁波，在金属导体上产生感应电动势；当金属管道、电源线路、通信线路附近遭到雷击时在线路上都会产生很大的雷电流沿着线路传播，这些现象就是我们常说的雷电感应和雷电波侵入。雷电感应和雷电波侵入会造成地电位反击、在电源和信号线路的输入回路上产生很高的脉冲过电压，毁坏设备、危及操作人员、甚至引发火灾。因此搞好电源和信号线路上的防雷对保证设备和人身安全十分重要。
电源和信号线路的防雷首先要根据设备所处的气候地理环境、设备重要性、耐过电压冲击能力等情况确定防雷等级，再根据防雷等级和设备端口等确定使用的电涌保护器的级数、功能和参数。这方面存在以下几个主要问题：
1.电源系统电涌保护器的安装范围
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[GB 50343-2004]对电子信息系统的定义作了明确的规定，由于这些设备广泛采用大规模集成电路，元器件密集度高、工作电压低、抗过电压能力差，在供电回路中需要过电压保护。在一些设计中没有把消防控制室、网络交换室等电子设备比较集中的场所作为电子信息系统对待，它们的供电回路没有设计、安装电涌保护器。
2.电涌保护器的参数选择
选用的电涌保护器参数不合适和多级电涌保护器级间距离不符合要求都会影响
保护效果：末级保护器保护电平太高，起不到保护设备作用，太低会影响设备正常工作；同样，保护器标称放电电流太低，保护器容易损坏，而太大，启动电压太高，不易导通，影响保护效果。在《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[GB 50343-2004]。有的仅在输入端设计、安装一级保护器，达不到保护要求。为了既要考虑对设备能有效保护，又要考虑保护器不易损坏，最好选用两级及以上的保护器。为了达到多级电涌保护器间量能的配合，在遭到过电压袭击时各级保护器都能发挥作用，要求开关型保护器和限压型保护器之间距离不小于10m，限压型保护器之间距离不小于５m。规范中对电涌保护器的连接线长度和线径也有一定要求。
3.建筑物室外用电电源电涌保护器的参数选择
安装在建筑物室外的用电设备其电源线进出不同的防雷保护区，室外部分更容易受到强的电磁干扰，在线路上产生大的过电压。设计中既要考虑保护设备本身安全，又要考虑整个电源系统用电设备的安全，因此，保护器的参数（标称放电电流、保护电平）应适当大一些。
4.电源电涌保护器通流量和标称电流的区别
通流量lmax和标称放电电流ln是衡量电源电涌保护器允许雷电流通过能力的两个主要技术参数。通流量lmax是指SPD 允许通过一定波形的测试电流而其性能不发生实质性破坏的最大值，通流量lmax也称最大放电电流。标称放电电流ln是指SPD允许多次通过一定波形的测试电流而其性能不发生实质性破坏的最大值。lmax比ln大得多，在规范中一般规定的是ln的最小值，将lmax当作ln选择SPD，势必影响对过电压的保护效果。一些产品型号中所标的数字部分如:MS1100、SD3100KA、HY38P-150J、ZGG160-385 等都是lmax。
5.高层建筑电梯供电回路安装电涌保护器
由于电梯间大部分在建筑物顶部，当产生雷击时，受到电磁脉冲干扰最严重；电梯控制设备由大量的同时电梯的频繁操作容易产生脉冲过电压影响同一回路内的其它设备，因此，在其回路安装SPD是需要的。
二、建筑物上避雷针高度的计算
《建筑物防雷设计规范》[GB 50057-94]规定，对于高出避雷带保护范围的非金属物体需架设避雷针进行保护。在采用滚球法计算避雷针高度时，往往简单地以屋面作为参考面，这样计算出的避雷针的高度远不能满足需要。正确的计算方法是：按比例画出建筑物、保护物、避雷针基础位置图；在图1上分别以该平面避雷带上的一点A和保护物最高点B为圆心，滚球半径为半径作圆弧，相交于一点O；以O 点为圆心，滚球半径为半径，过A、B 两点作圆弧，交欲架设避雷针的基础G点的垂线H，HG就是要计算的避雷针的高度。

三、等电位连接
做好等电位连接是防止地电位反击，增强设备抗干扰能力的有效方法，在等电位连接方面主要存在以下问题：
1.穿越楼层的接地干线应与楼层钢筋网作等电位连接
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[GB 50343-2004]5.2 条定: “共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板，由此引至设备机房的局部等电位接地端子板。局部等电位接地端子板应与预留的楼层钢筋接地端子连接。接地干线应在电气竖井内明敷，并应与楼层钢筋等电位连接。”这是因为在高层建筑中往往利用钢筋混凝土柱子中的主筋作为引下线，并且与楼层钢筋网电气连接。如接地干线没有与楼层钢筋等电位连接，当建筑物遭到雷击时，雷电流在引下线上也即在接地干线和楼层地面间会产生很大的电压降，对设备和人身安全带来危险。在一些工程设计中没有提出要求，施工中也没有将接地干线与楼层钢筋作等电位连接，机房等处的局部等电位接地端子板也没有与楼层钢筋接地端子连接。
2. 电话、有线电视、网线等配线箱，进出建筑物的线缆金属屏蔽层要求等电位连接接地
电信、有线电视等设施的设计、安装一般是由专业公司承担，并在土建设计、施工以后进行，验收中发现这些设施未设置单独接地网或采用建筑物公用接地网，缆线的金属外皮或穿线金属管也未作等电位接地处理。因此，在土建设计说明中需对此提出要求，并应在相应位置设置等电位连接箱（带），供专业公司施工时使用。这些工程完工后也应组织防雷方面的验收，否则会给以后留下安全隐患。
3.竖向金属管道等的等电位连接
在《建筑物防雷设计规范》[GB50057-94]中要求进出建筑物金属管道上下应作等电位连接;在《民用建筑电气设计规范》[JGJ/T16-92]中对一、二级防雷建筑物规定：竖向金属管道、配线桥架下部应与接地装置连接;每隔三层与建筑物圈梁作1 次等电位连接，在高层建筑设计、施工中往往被忽略。
4. 配电箱应与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接
大部分设计中都没有提出这方面要求，施工中往往将供电线路中的PE 线作竖向配电箱（柜）间的连接干线，这样当大楼顶部避雷设施遭雷击时，PE 线、配电箱与楼层间产生很大的电位差，是很危险的。因此，配电箱必须与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接。
5. 局部等电位连接带（盒）必须与建筑物楼层钢筋网连接
建筑规范中要求局部等电位连接带（盒）必须与建筑物楼层钢筋网连接，但是在工程施工中特别是民用住宅的卫生间等场所设置的局部等电位连接带（盒），一些施工单位将电源插座中的PE线作为接地引下线接到局部等电位连接带上，这种作法是错误的，如果配电箱也没有与楼层钢筋网连接当建筑物或附近遭到雷击时后果不堪设想。
四、其它问题
误把TN-C-S 方式接成TT 方式：电源TN-S 的接地方式在使用安全等方面有其独有的优点，被普遍采用。在设计中当干线电路为TN-C 方式或用电设备远离变电站时使用TN-C-S 方式，也可以得到TN-S 的优点。T N方式同T T方式在线路上的主要区别是前者N 线与P E线使用相同的地网，TN-C 方式N 线与P E线不分，除了在照明电路等要求不高的场合外，目前已较少使用，TN-C-S 方式使用较多。TN-S 方式N 线与PE 线分别接独立的地网。当发生漏电事故时，TT方式的开关不容易动作，因此，需要安装特殊的漏电保护器。将TN-C 方式改为TN-C-S 方式时只需把PEN线重复接地，后续电路中PE线和N 线分别设置。在施工中往往忽略了“重复接地”，结果将电路接成了TT 方式。由于两种方式在电路中使用的器件不同，其功能也不相同。