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关键词:住宅电气设计;常见问题;配电系统
中图分类号:TU24 文献标识码:A
一、我国住宅电气设计中的常见问题
(一)供电和配电问题
1 开关选择不符合实际要求
就实际情况来看,不少住宅的电源进线总开关都使用普通的断路器,有些住宅甚至只增设漏电火灾监控系统,这不符合我国的相关规定,存在较大的安全隐患。根据我国《住宅建筑电气设计规范》规定,住宅电源的总进线开关应当设置独立的防火剩余电流动作报警器和剩余电流动作保护装置,这样当住宅电气的接地装置出现故障时剩余电流动作保护装置就可以及时地切断电源,并发出报警信号,从而防止重大电气火灾事故的发生。
2 配电方案存在缺陷
物业和电业分属不同的部门,若是配电方案不合理,则很容易引起纠纷。就目前来看,许多住宅的物业计量设备和电业计量设备并没有分开,导致在计量时难以分清,从而引起物业部门和电业部门的纠纷。另一方面,不少住宅在配电时存在垂直干线较多等问题,这不但浪费了大量物力,增大建造成本。此外,某些住宅的电表箱采取的是“几层设置一个”的方式,这种方式虽然可以降低电气安装的成本,但由于设置的数量较少,用户在进行查表和刷卡时十分不方便,很容易导致用电纠纷的产生。而且这种方式所使用的电表箱一般较大,所占用的管井面积较大,使得公摊面积也增大。
(二)照明系统问题
笔者通过实地了解发现,许多住宅地下室的电缆入口处没有采取封堵等阻水措施,当遇见大雨天气时,雨水很容易倒灌进入地下室中,影响相关电力设备的正常运行。另一方面,许多住宅的消防设备并没有相应的防火措施标识,这不符合我国的有关规定。在某些住宅的电梯间、楼梯间、走道等场所没有设置用电照明设备,这与我国《住宅建筑电气设计规范》中规定不符,当突发一些紧急事件时易造成重大损失。
(三)住宅的防雷系统设计问题
防雷系统作为住宅电气系统中的重要部分,其对于整个住宅的安全至关重要。不少住宅电气系统在设计时没有进行相关的防雷计算,对住宅的防雷级别分类估计不足,导致住宅的防雷系统级别与实际情况不符,住宅的安全难以保障。此外,部分住宅电气设计人员无视我国《建筑防雷设计规范》中的有关规定,为了降低施工成本而忽略防雷系统的质量,存在较大的安全隐患。如《建筑防雷设计规范》中明确规定了在建筑物内部应设置防雷措施,但部分住宅却只在屋面设置了相关的防雷措施,内部并没有相应的防雷措施,住宅的安全无法保障。
二、住宅电气设计中重点问题的分析
(一)变压器的选择
在进行变压器的选择或者负荷的计算时,不少设计人员将无功功率、有功功率以及视在功率之间的关系看做标量关系,在计算时将各用电设备的视在功率直接相加然后得出总的视在功率,这其实是错误的。因为无功功率、有功功率以及视在功率之间是矢量关系,只能进行矢量的加减,总视在功率的计算应当是无功功率的平方和有功功率的平方相加然后开根号得到。应当根据计算结构来选择容量适当的变压器,这可以最大程度地降低损耗。
(二)线路的设计
线路的设计是否合理,不仅关系着住宅的经济效益好坏,而且还关系着住宅的安全性能高低。因此,在进行住宅线路的设计时,务必要做到科学合理。有关资料显示,住宅管线在使用过程中可能会由于温差或膨胀等原因发生变形,这会使得接线端子和导线装置之间产生缝隙,而缝隙的产生就会增大接地装置中电弧电流产生的概率,从而导致电气火灾等安全事故的产生。对于这种情况,可在进行线路的设计时安装阻燃型BV导线,阻燃型BV导线一般安装在中性线装置和相性线装置之间。这种导线在使用过程中基本不会产生过热情况,因此可以防止导线装置中出现火源,从而提升住宅的安全性。
(三)用电负荷的设计
若用电负荷设计与实际用电需求不符,那么住宅的正常电力供应也就难以保证,其他也就无从谈起,因此,住宅的用电负荷设计十分重要。一般来说,大小不同的住宅其用电负荷也各不相同,用电负荷标准有6kW、4kW等。若是住宅面积过大,则应根据相应的计算公式来计算用电负荷。若用电负荷在12kW以上,则需要对住宅线路进行改善,以此来保证住宅的用电安全。
(四)防雷系统的设计
按照我国的相关标准,可将住宅建筑的防雷等级分为三种,分别为一类防雷建筑、二类防雷建筑物以及三类防雷建筑物。其中,一类防雷建筑物是指建筑高度大于100M或建筑层数大于40层的住宅建筑,二类防雷建筑物是指建筑高度大于50M或建筑层数大于19层的住宅建筑,三类防雷建筑物是指建筑群边缘地带高度超过20M的、雷电活动较为强烈地区高度超过15M的或者雷电活动较弱地区2超过25M 的住宅建筑。在设计防雷系统时,应当根据此标准来确定住宅的防雷等级。
若是第一类建筑物,则需要在建筑物的顶部安装避雷针或避雷网,避雷网的网格尺寸应当少于4×6m。避雷针和避雷网都应当设置各自独立的接地装置,接地装置中引下线的电阻应当小于10Ω。为了避免雷电感应等情况的出现,住宅内部的大型金属物体应当与防雷电感应装置相连接;对于第二类防雷建筑物,顶部应当设置避雷针和避雷网,避雷网的尺寸应当小于12×8m。所有避雷针都应当用避雷带连接起来并配以相应的引下线,引下线的电阻应当小于10Ω,间距应当小于18m;若是第三类防雷建筑物,则应当在建筑物的屋檐、屋角以及屋脊等处敷设避雷网,避雷网的规格应当小于14×16m。可利用建筑物的梁柱、钢筋等作为接闪器、引下线,只需要在建筑物周边敷设一圈避雷带即可。
结语
本文从变压器的选择、线路的选择、用电负荷的设计以及防雷系统的设计等多个方面对住宅电气设计中的重点问题进行了讨论,旨在为住宅电气的设计提出一些建议。总之,新时期必须加强对住宅电气设计的研究力度。只有这样,才能提升人们对住宅的满意度,才能更好地保障住宅用电的安全。
关键词:爆炸危险环境 防雷设施 相关原则和结论 等电位联结
1 引言
随着世界能源及化工工业的发展,电气工程技术人员对爆炸危险环境的接触越来越广泛。由于爆炸危险环境的建筑物遭受雷击后,会引发大功率雷电放电,从而形成电火花引起爆炸,造成巨大的破坏和人身伤亡,这样的例子不少。对这类建筑物采取有效的防雷设施业已成为电气工程技术人员的重要任务。这既是难点,也是重点。
2 相关概念
2.1 爆炸危险环境建筑物的防雷划分
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94根据建筑物的重要性、使用性质以及发生雷电事故的可能性和后果把爆炸危险环境的建筑物防雷分为两类。如表1-1所示:
表1-1 爆炸危险环境的建筑物防雷分类
危险区域防雷等级 0区(10区) 1区 2区(11区) 第一类防雷建筑物 是 电火花容易引起爆炸并造成巨大破坏和人身伤亡者 否 第二类防雷建筑物 是 电火花不易引起爆炸或爆炸不致造成巨大破坏和人身伤亡者 是 2.2 爆炸危险环境的等级划分
IEC79-10标准和我国的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92对爆炸气体环境做了如下的阐述:
(一)在大气条件下,易燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾与空气形成爆炸气体混合物;
(二)闪点低于或等于环境温度的可燃液体的蒸汽或薄雾与空气形成爆炸气体混合物;
(三)在物料操作温度高于可燃液体闪点的情况下,可燃液体可能泄漏时,其蒸汽或薄雾与空气形成爆炸气体混合物。
上述爆炸气体环境根据爆炸气体混合物出现的频繁程度和持续时间,按照下列规定进行等级分区:
(一)0区:连续出现或长期出现爆炸气体混合物的环境,或者说存在着连续级释放源的区域;
(二)1区:在正常运行时可能出现爆炸气体混合物的环境,或者说存在着第一级释放源的区域;
(三)2区:在正常运行时不可能出现爆炸气体混合物的环境,即使出现也是短时间存在爆炸气体混合物的环境,或者说存在着第二级释放源的区域;
(四)当通风良好时,应降低爆炸危险区域等级;当通风不良时,应提高爆炸危险区域等级。
我国的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》对爆炸粉尘环境做了如下的阐述:
在大气条件下,爆炸粉尘、可燃性导电粉尘、可燃性非导电粉尘和可燃纤维与空气形成爆炸气体混合物。同样根据爆炸粉尘混合物出现的频繁程度和持续时间,按照下列规定进行等级分区:
(一)10区:连续出现或长期出现爆炸粉尘混合物的环境;
(二)11区:有时会将积留下来的粉尘扬起而偶然出现爆炸粉尘混合物的环境。
对上述这些爆炸危险环境的一、二类防雷建筑物,其防雷设施应如何选择和布置呢?
3 防雷设施的选择和布置
为简便起见,本章节所列建筑物均为爆炸危险环境建筑物。另外,雷电的危害主要有三种:直击雷、感应雷和雷电波入侵,本章节所阐述的建筑物防雷设施针对前两种,对于雷电波入侵所采取的措施请参见相关的技术文献。
转贴于 3.1接闪器
众所周知,雷电放电有两种,一种为云间或云内放电;另一种为云对地放电,也就是常说的直击雷。直击雷放电主要由雷云负、正先导电荷同地面高耸突出物的正、负先导电荷“中和”而形成,两者之间的电位可高达数千万伏甚至上亿伏。地面的突出物越高,则产生上行先导需要的平均雷云下电场E0越小,相对放电电流IL越小。
基于上述原由,如果爆炸危险环境建筑物没有防雷设施,则建筑物以下部位易遭受雷击,如图3-1所示:
为了保护爆炸危险环境建筑物避免雷击放电形成电火花引起爆炸,应设置接闪器,接闪器由下列一种或多种设施组合而成:
(一)独立避雷针;
(二)架空避雷线或架空避雷网;
(三)直接装在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网,且避雷网(带)应沿图3-1所示易受雷击的部位敷设。
避雷针、避雷带、避雷网保护范围计算有多种方法,一般来说,我们采用“滚球”计算法,其具体计算过程参见《建筑物防雷设计规范》GB50057-94。
表3-1 爆炸危险环境建筑物防雷设施选择和布置形式表
防雷等级防雷设施 第一类防雷建筑物 (滚球半径30m)
第二类防雷建筑物 (滚球半径45m)
架空避雷网 布置尺寸 ≤5m×5m或6m×4m
不需要 装在建筑物上的避雷网(带)
当建筑物太高或其它原因难以装设独立避雷针、架空避雷线、架空避雷网时可以采用这种措施并同建筑物上的避雷针组成混合接闪器,避雷网格布置尺寸如上。 布置尺寸 ≤10m×10m或12m×8m
相关备注
当排放物达不到爆炸浓工、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧以及发生事故时才达到爆炸浓度的通风管、安全阀,接闪器保护范围可仅保护到管帽,无管帽时可以保护到管口。否则,为了防止接闪器在0区或1区接闪以及感应雷在0区或1区放电,无管帽时,接闪器应保护到管口上方5m的半球体;有管帽时,保护范围见表3-2
对装有阻火器的排放爆炸气体蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道,1区、11区和2区爆炸危险环境的自然通风管 (一)金属物体可不装接闪器;
(二)在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装设接闪器,并和屋面防雷设施相联。
其它同第一类防雷建筑物
表3-2 有管帽的管口接闪器的保护范围
装置内的压力与周围空气压 力的压力差(kPa)
排放物的比重 管帽以上的垂直 高度(m)
距管口处的水平 距离
<5 重于空气 1 2 5~25 重于空气 2.5 5 ≤25 轻于空气 2.5 5 >25 重或轻于空气 5 5 布置接闪器时,应该采取表3-1所涉及的措施,使保护范围更加全面、合理。
另外,当直击雷击中接闪器,且接闪器与被保护建筑物、与被保护建筑物附属金属物之间没有等电位措施时,为防止接闪器产生高电位对这些物体发生反击,还应使接闪器与这些物体之间保持一定的安全距离,这一点可以通过图3-2所示的简化模型加以理解。表3-3中则列出了式3-2简化以后应该在工程中采取的接闪器防雷电反击距离。
3.2引下线
当雷电流经过接闪器引流后,将通过引下线进入大地“中和”。引下线布置的合理,会大大降低雷电过电压。在我国的《建筑物防雷设计规范》中,引下线布置应注意以下几点。
对于一类防雷建筑物:
(1)金属屋面周边每隔18~24m应采用引下线接地一次;(2)现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面,其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路,周边每隔18~24m应采用引下线接地一次;(3)建筑物上有接闪器时,其周边引下线间距不大于12m。
对于二类防雷建筑物:
引下线不应少于2根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于18m。
对于一、二类防雷建筑物,没有采取等电位措施时,应满足表3-3所列引下线的防雷电反击距离。
实际上,要保证表3-3所列安全距离,还是有一定困难的。因此,对于装有防雷设施的建筑物,在防雷设施与其它设施及建筑物内人员无法隔离的情况下,应采取等电位联结。这一点也是在工程实际中经常采取的措施。
引下线的制作及安装参见相关国家标准图集。如99D562等。
3.3防雷接地装置
从图3-2和式3-2可以看出,接地装置的选择和布置可以大大影响建筑物的防雷效果,对于独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应有其独立的防雷接地装置,应满足表3-3的安全距离要求。装在建筑物上的避雷针、避雷网(带),其接地装置可以与电气设备接地、防雷电感应接地合并设置,取其中接地电阻的最小值,不合并时,须满足表3-3的安全距离要求。接地装置工频接地电阻值选择和计算应符合《电力装置的接地设计规范》。
表3-3 防雷设施至被保护建筑物,附近金属的安全距离
防雷等级防雷设施 第一类防雷建筑物 第二类防雷建筑 Ri:冲击接地电阻Ω。 hx:计算点的高度(m)。
h:支柱高度(m)。
T:避雷线的长度
T1:从避雷网中间最低点沿导体至电近支柱的距离(m)。
n:避雷网11的倍数。
Kc:分流系数。
架空避雷线Sa1、架空避雷网(接闪器)Sa2 1.Sa1≥0.2Ri+0.03(h+1/2)
[(h+1/2)<5Ri]
Sa1≥0.05Ri+0.06(h+1/2)
[(h+1/2)<5Ri]
2.Sa2≥(1/n)[0.4Ri+0.03(h+11)]
[(h+11)<5Ri]
Sa2≥(1/n)[0.1Ri+0.12(h+11)]
[(h+11)≥5Ri]
安全距离除满足上述表达式外,还不应小于3m
独立避雷针和架空避雷线、网的支柱或引下线Sa3,建筑物防雷的引下线Sa4 1.Sa3≥0.4(Ri+0.1hx)
(hx<5Ri)
Sa3≥0.1(Ri+0.1hx)
(hx≥5Ri)
安全距离除满足上述表达式外,还不应小于3m
1.Sa4≥0.3Kc(Ri+0.1hx)
(hx<5Ri)
Sa4≥0.075Kc(Ri+hx)
(hx<5Ri)
2.Sa4≥0.075Kchx
当金属物或电气线咱与防雷接地装置汀连时,应满足上述表达式1.相连或通过过电压保护器相连时,应满足上述表达式.
防雷接地装置Se1
Sel≥0.4Ri
安全距离除满足上述表达式外,还不应小于3m
安全距离除满足上述表达式外,还不应小于2m.
另外,防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3m,小于3m时应采取下列措施之一:
(1) 水平接地体局部深埋不应小于1m;(2) 水平接地体局部应包绝缘物,可采用50~ 80mm厚的沥青层,其宽度应超过接地体2m;(3) 采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设 50~80mm厚的沥青层,其宽度应超过接地体2m;在防雷接地装置与电气接地装置共用或相连的情况下:当低压电源线路采用全长电缆或架空线换电缆引入时,宜在电源线路引入的总配电箱处加装过电压保护器;当Y ,Yn0型或D,yn11型接线的配电变压器在本建筑物内或附设于外墙处时,在高压侧和低压侧均应装设避雷器。防雷接地装置可采用环形接地装置网,以降低各种感应过电压。
另外,接至防雷接地装置的各种形式接地,除并列管道外不得串联接地。
接地装置的制作及安装参见相关国家标准图集,如86D563等。
3.4特殊建筑物防雷
有爆炸危险的露天钢制封闭气罐,当其壁厚不小于4mm时,可不装设接闪器,但应接地,且接地点不应少于两处;两接地点间距离不宜大于30m,冲击接地电阻不应大于30m 。放散管和呼吸阀应满足表3-1的要求。
4 相关原则和结论
在现实生活中,由于防雷设施选择和布置不当造成损失的例子很多,如1987年7月,日本茨县取手市一幢三层楼顶上安装的避雷针遭雷击,雷电涌流不能及时通过引下线泻入大地,形成局部电位抬高。室内电器设备全部损坏,如果该建筑物为爆炸危险环境建筑物,后果不堪设想。
可以看出,对爆炸危险环境建筑物必须采取防雷设施,并且要做到安全可靠、技术先进、经济合理。这同时也是对爆炸危险环境建筑物采取防雷设施的原则。
通过对爆炸危险环境防雷设施的阐述并结合防雷设施选择的原则,作者认为爆炸危险区域范围的准确划分或者说防雷等级的准确划分是合理选择爆炸危险环境防雷设施的重要出发点。否则,将会选择无端复杂的防雷设施,人为地提高防雷难度和工程投资。
在规范允许的情况下,应多利用建筑物自身布置防雷设施,这样大大可以降低实现表3-3所列安全距离的难度。
另外,从本文中还可以看出,等电位联结是解决表3-3所列安全距离难度有效方法,在布置防雷设施时,应该多想想等电位联结的措施,这对降低防雷难度,提高防雷质量大有裨益。在工程实际中,还应因地制宜,就地取材,尽可能利用钢制支柱做引下线,对孤立的气体放空金属管道,如果装上阻火器,防雷采用管柱直接接地即可,而阻火器的安装对工艺专业来讲也是容易做到的。
作者对这类建筑物的防雷也深感棘手,今天,认真考虑个中原由,争取从中获取点滴经验,并借此机会和同行探讨,恳请各位专家批评指正,心中将不胜感激。
参考文献
1. 解广润主编,电力系统过电压,水利电力出版社,1985年6月;
2. 徐永根主编,工业与民用配电设计手册,水利电力出版社,1994年12月;
3. International Electrotechnical Commission,IEC79-10,IEC1024-1,IEC-TC81;
4. 机械工业部主编,建筑物防雷设计规范,中国计划出版社,1994年10月;
关键词:直击雷防护 接地装置 安全距离
中图分类号: P427.32 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)05(a)-0000-00
矿山的生产需要大量的炸药,炸药的妥善存储是安全生产的头等大事,炸药库的防雷安全更是重中之重。本方案根据鞍山钢铁集团某露天铁矿产区雷管库和炸药库的实际特点,按照国家相关防雷技术标准,设计出雷管库和炸药库的防直击雷方案,以达到最大程度的降低雷击风险。
1现场勘察情况
鞍钢集团某部炸药库位于辽宁省本溪市南芬区露天铁矿区的一座山顶的缓坡处,海拔约1800米。由于矿石开采,周围已无任何植被。库区内有雷管库与炸药库各1座,库区入口处设有值班室,值班室内设置安防电子设备。
2防雷类别确定
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中的相关规定,应将鞍钢集团某部雷管库和炸药库划分为第一类防雷建筑物,其雷电防护方案应按照一类防雷建筑物的防雷措施进行设计。值班室划分为第三类防雷建筑物,其雷电防护方案应按照三类防雷建筑物的防雷措施进行设计。
3接闪器设计
经现场勘察,雷管库、炸药库的建设地点位于库区的中部,直击雷防护拟采用避雷塔与避雷线相结合的方式。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中接闪器距离被护物3m以外的要求,拟设计在距离雷管库、炸药库围墙外侧2m远位置各设立1座避雷塔,并在两塔间架设避雷线,避雷线架设在两个库房的横向中轴线位置。
3.1避雷塔高度计算
①距地面hr处作一平行于地面的平行线;
②以避雷线为圆心、hr为半径,作弧线交于平行线的A、B两点;
③以A、B为圆心,hr为半径作弧线,该两弧线相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止就是保护范围;
根据两个库房的实际情况,预选用的避雷线塔高度为20m,库房高度为4m;当避雷线塔高度为20m、跨距为53.5m时,架空避雷线中点的最大弧垂为2.4m,所以其保护范围最高点的高度应为20m-2.4m=17.6m。
将上述数值代入公式中计算得出rx ≈13.3m,r0≈28.2m。由此可以得出避雷线两端的保护范围为在4米高平面上的保护范围约为13.3米,在地面上的保护范围为28.2米。
雷管库的宽度为4.1m,炸药库的宽度为6m,把避雷线架设在两个库房的中轴线位置,当避雷线塔高度为20米、架空避雷线最大弧垂为2.4m时,其避雷线在4m高的平面上的保护宽度约为12.3m,可以保护这两个库房。
3.2 架空避雷线至屋面安全距离的计算
考虑季节变化,避雷线弧垂变化,假设库房的高度为5m,将具体数值代入上述公式,得出的架空避雷线至屋面和突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离约为≥3.4m,根据计算架空避雷线保护范围的最高点高度为17.6m,建筑物高度为4m,故符合规范要求。
将雷管库和炸药库的具体数值代入上述公式,得出避雷线塔与雷管库、炸药库的地上距离≥4.2m,接地装置与地下管道、电缆等金属物、防感应雷接地装置的地下距离为≥4m。雷管库旁设立的避雷线塔离库房距离为6.5m、炸药库旁设立的避雷线塔离库房距离为16m,所以均能满足安全距离的要求。直击雷防护的接地阻值要求≤10Ω,但考虑到值班室内有电源及监控系统需做感应雷防护,感应雷防护接地装置的接地阻值要求≤4Ω,二者不可共地。
5防直击雷设计结论
经过计算得出,在距离雷管库6.5m远位置设立一座避雷线塔,在距离炸药库16m远位置设立一座避雷线塔,在两座避雷线塔间架设避雷线,避雷线架设位于两个库房横向的中轴线位置,线塔高度均为20m,架空避雷线保护范围的最高点高度为17.6m,两座避雷线塔间的距离为53.5m。架空避雷线至库房屋顶之间的距离应≥3.4m,避雷线塔支柱与库房的地上距离≥4.2m,其接地装置与地下管道、电缆等金属物、防感应雷接地装置的地下距离为≥4m。此设计可有效防护直接雷击。
6 结束语
炸药库的防直击雷设计应该经过严格的计算,应充分考虑到接闪器设立的高度,避雷线的防护范围,特别是受季节影响避雷线距离被保护物的距离。更要充分考虑防直击雷接雷装置与防感应雷接地装置的安全距离。本文所讨论的防护设计案例具有较强的针对性,设计者在进行其他同类设计时只能参考理论方法,不能完全照搬。
参考文献:
[1]GB500572010.建筑物防雷设计规范[S].2010.
[2]QX/T110-2009.爆炸和火灾危险环境防雷装置检测技术规范[S].2009.
[3]GB50161-2009.烟花爆竹工厂设计安全规范[S].2009.
关键词:建筑电气;规范;开关级数;防雷设计;节能
Abstract: along with our country's economic development and urbanization process speeding up, more and more tall buildings in our country, these buildings of the results becomes more and more complex, and in the building electrical design problem has become relatively more complicated. Therefore to study the common problems of building electrical design has important significance. This article first analyzes the general principles of the building's electrical design, and then sums up the problems existing in the building electrical design, and finally points five aspects discusses the key points of building electrical design in detail.
Keywords: building electric; Specification; Switch series; Lightning protection design; Energy saving
中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
建筑电气设计的一般原则
(一)严格依照相关规范设计
建筑电气设计必须严格依据国家规范,这是不言而喻的。为加强对建筑工程设计文件编制工作的管理,保证设计质量,国家制订了相关标准规范。建筑电气设计和施工必须贯彻执行国家有关政策和法令。设计文件的编制符合国家现行的标准、设计规范和制图标准,遵守设计工作程序。
(二)规划设计要从宏观上进行考虑
根据近期规划设计兼顾远景规划,以近期为主,适当考虑远期扩建的衔接,以利于宏观节约投资。
(三)要依投资数额确定设计标准
必须根据可靠的投资数额确定适当的设计标准:如灯光设计标准,规范只给了最低的标准。而设备档次(如灯具豪华程度、装修标准)等取决于投资数额,有多少钱办多少事。
(四)设计应结合实际情况
设计应结合的实际情况,积极采用先进技术,正确掌握设计标准;对于电气安全、节约能源、环境保护等重要问题要采取切实有效的措施;设备布置要便于施工和维护管理;设备及材料的选择要综合考虑。
建筑电气设计中存在的问题
(一)设计在安全性方面没有严格执行规范要求
在设计中没有严格执行规范要求的做法并不少见,这样会为工程埋下很大的隐患。例如某大楼前广场工程提交施工的电气施工图存在以下问题:未作电气保护接地及等电位联结设计;错误地采用TN-C低压配电系统;喷水池未按规定选用应有防护等级的电气设备及电缆。这样的设计完全违背了规范规定的安全性要求,按图施工必将留下严重的安全隐患。后设计单位严格按设计规范要求修改了设计,正确的作法是:户外庭院及喷水池配电应采用局部TT系统或TN-S系统、并设置漏电保护(动作电流应不大于30mA),而不允许采用TN-C制;应设置完善的接地装置,喷水池应做等电位联结设计,而不能仅靠从大楼内引出的一根PE干线接地;潜水泵及水下灯具应采用潜水电缆配电
(二)设计深度不够
目前施工图设计深度达不到建设部《建设工程设计文件编制深度规定》要求的现象相当普遍,主要是设计文件可实施性方面的缺陷,将直接导致施工安装困难或错误。也可能导致可用性的欠缺。由于不按规定的深度进行必要的计算与标注、也往往造成设计文件本身出现原则错误而难于及时发现,将影响项目建成的使用功能
(三)相关专业设计文件衔接不清,不按规定协调配合
该问题普遍存在,极易导致施工错误。例如目前普遍利用建筑物结构钢筋作为防雷接闪器、引下线及接地与等电位联结装置,按规定应在电气施工图中标出联接点、预埋件,说明敷设方式及技术措施(如焊接要求等);并在土建施工图中有相关的预埋件详图及相关的标注与说明。而实际上多数施工图仅在电气图中有防雷接地图,且标注与说明相当简略,土建施工图中则常无任何相关的说明与标注,这给工程监理及施工都带来很大困难。
(四)忽视电气节能设计
随着我国城市化的加速以及我国的人民生活水平的不断提高,我国的建筑物以及设备也迅速的增加,建筑物的能耗问题也成为了现在我国一个比较大的问题。而目前的很多建筑电气节能设计问题一直没有得到比较好的解决。建筑设计上虽然已经对电气节能的问题有所重视,但是由于自身的设计水平的问题,设计者对室内的节能问题还是没有很好的处理。
建筑电气设计中的要点
(一)漏电开关极数选择问题
漏电开关极数选定应遵循下列原则:
单相电源供电的电气设备应选用二极二线式或单极二线式漏电保护器。
三相三线式电源供电的电气设备,应选用三极式漏电保护器。
三相四线式电源供电的电气设备或单相设备与三相设备共用的电路,应选用三极四线式、四级四线式漏电保护器。
(二)消防用电设备保护开关选择问题
消防用水泵、风机等消防设备在火灾时为保证供电可靠性,即使过载也应继续工作。许多图纸在设计时已经考虑到热继电器过载只报警不切断主回路,但在水泵、风机保护开关选择时还存在着许多问题:
保护开关选用塑壳式开关,但选用复式脱扣器在过载时断路器动作切断电源,这显然是不合理的。
保护开关选用微型断路器,由于微断本身具有过载保护和短路保护特性,不能选取附件,在过载时断路器动作切断电源,这显然也是错误的。
消防用水泵、风机保护开关应选用塑壳开关,并配套选用单电磁脱扣器。
(三)建筑物防雷设计
1、一类防雷建筑防侧击雷措施为“从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连”,而有的设计是30m起每三层做一道均压环这显然是不符合规范要求的。
2、二类防雷建筑防侧击雷措施规定:“应将45米及以上外墙上的金属栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连接”,未明确规定做均压环。这就意味着45m及以上每层可以利用圈梁内主筋连通做均压环,而有的设计仍为45m及以上每三层做一道水平避雷带或层层设水平避雷带显然都不必要。
3、有的设计防雷引下线数量不够,引下线间距超过相应防雷等级中规范的规定:也有的设计引下线利用柱内10mm圆钢两根,规范要求应为4根。
4、二类防雷建筑当保护接地与防雷接地共用接地装置,且变压器在本建筑物内时,“宜在变压器高、低压侧各相上装设避雷器”,有的设计只在一侧装避雷器不妥。
5、顶层节日彩灯、屋顶风机、电梯等配电线路,不论属于哪一级防雷,都应当在配电盘内装设过电压保护器,而有的设计未装设。
6、建筑物进户总配电箱内的避雷模块应装在总开关之后,而顶层节日彩灯等配电箱内的避雷模块应装在开关之前,有的设计装反了位置。
7、一、二、三级防雷建筑采取的防雷措施前提为防雷建筑,不属于防雷建筑则不必采取防雷措施。
(四)电气消防设计
1、供电电源问题
消防用电设备供电电源的工作特点是连续、不间断,火灾时正常供电系统断电,应急电源应能保证消防系统的可靠供电。
应急照明设计
疏散照明的出口标志灯和指向标志灯宜用蓄电池电源。安全照明的电源应和该场所的电力线路分别接自不同变压器或不同馈电干线。备用照明电源宜接自电力网有效地独立于正常照明电源的线路或应急照明发电机组。用蓄电池作为疏散标志的电源,能保证其可靠性。安全照明要求转换时间快,应采用电力网线或蓄电池,而不应接自发电机组。接自电力网时,应和需要安全照明地点的电力设备分开。备用照明通常需要较长的持续工作时间,其电源接自电力网或发电机组为宜。
3、消防弱电系统的接地问题
火灾自动报警系统及联动控制设备需要设置直流工作接地,可采用专用接地或共用接地装置,一般尽量采用专用接地为好。但因为难以满足间距的要求,建筑物中各种用电设备往往采用的是共用接地。设计中采用共用接地装置时,应注意接地干线的引入段不能采用扁钢或裸铜排等,以避免接地干线与防雷接地、钢筋混凝土墙等直接接触,影响消防电子设备的接地效果。
(五)电气节能设计
1、变压器节能
(1)合理选择变压器容量和台数,选择容量与电力负荷相适应的变压器,对负荷进行合理分配,使其工作在高效低耗区内。
(2)选用节能型变压器
节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点,设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10,S11系列,S11型变压器与S9型变压器相比,空载损耗平均降低30%,空载电流平均下降70%。新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品,也都显示了低损耗的节能潜力。
(3)加强运行管理,实行变压器经济运行
电力用户内部变电所之间宜设置联络控制,在负荷变化情况下,及时投入或切除部分变压器,防止变压器轻载和空载运行,从而减少损耗。
供配电系统节能
(1)供配电系统应尽量简单可靠,同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于2级,尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
(2)合理选择供电电压
同等情况下,电压越高,损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为220/380V,但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的,经方案比较,可以选择10(6)KV的制冷设备。
(3)变电所应靠近负荷中心,低压配电间应靠近电气竖井,合理分布供电网络,使低压供电半径控制在200m以内,供电线路的电压损失已满足规范的允许值,减少线路电压损失,提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。
(4)在选择变压器容量和台数时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效低耗区内。
(5)合理选择电缆、导线截面
在满足允许流量、运行电压损失等各种技术指标前提下,应按经济电流密度合理选择导线截面,并应从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属等方面综合衡量。此外,对于环形供电方式,为降低线路的电阻值,将开式网运行改为闭式网运行,同样可明显降低线路损耗。
结语
综上,建筑的电气设计内容繁杂,尤其对于高层建筑,由于其建筑高度高,人员密集,对供电的可靠性以及消防等的要求必须安全可靠,这对电气设计者提出了更高的要求。随着科学技术的发展,建筑电气设计也在不断进步和完善,必将为我国的建筑事业提供新的发展动力。
参考文献
[1]孙蓓云.论建筑电气设计中的消防设计[J].低压电器,2009.20.[2]邹玉宣.民用建筑电气节能设计规范与施工规范探讨[J].安装,2009.9.
关键词:可燃性粉尘;电气设备;最高表面温度;防雷防静电设计;DIP
中图分类号:TQ086 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)04-0030-03
1 概述
所谓的可燃性粉尘环境,是指在大气环境的条件下,粉尘或纤维状的可燃性物质与空气的混合物点燃后,燃烧将传至全部未燃烧混合物的环境。
随着现代工业技术的发展,可燃性粉尘的危险场所在不断增多,其危害变得不可避免,相应的粉尘爆炸事故也时有发生。1987年3月15日我国哈尔滨亚麻纺织厂发生的特大型亚麻粉尘爆炸事故,造成了巨大的人身伤亡和财产损失。
然而,笔者在平常的化工制药工厂的电气设计过程中发现,由于目前部分国家设计标准、规范正在进行修编,导致了设计规范和产品规范在部分内容上不对应。而且部分工艺专业和电气专业的设计人员对粉尘防爆及粉尘防爆电气设备缺乏充分的认识,因此在设计过程中,工程人员不能够正确运用规范内容进行设计,最终影响了相关工程的设计质量。
在本文中,笔者将通过一个化工厂提取车间的电气设计实例简要分析一下可燃性粉尘危险环境的电气设计过程。
2 相关标准和规范
在可燃性粉尘危险环境的电气设计中,本次参考的国家规范和行业规范有:
(1)《可燃性粉尘环境用电气设备(第1部分):用外壳和限制表面温度保护的电气设备》(GB 12476.1-2000)第1节:电气设备的技术要求。
(2)《可燃性粉尘环境用电气设备(第2部分):选型和安装》(GB 12476.2-2010)。
(3)《粉尘防爆安全规程》(GB 15577-2007)。
(4)安全生产行业规范《危险场所电气防爆安全规范》(AQ 3009-2007)。
(5)设计规范《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB 50058-92)。
经研究可以发现:现行国家产品规范GB 12476.1-2000与现行国家设计规范GB 50058-92相比较起来,在电气设备的型式、外壳的防护类型、粉尘危险区域的划分、可燃性粉尘引燃温度分组等多方面有着很多不一致。鉴于目前市场上大部分防爆电气厂家的产品均按新产品规范GB 12476.1-2000设计、制造和检验,并且,在可燃性粉尘危险环境用电气设备选型及粉尘危险区域划分等方面上,GB 12476与国际标准IEC 61241、行业标准AQ 3009-2007是一致的,本次设计中电气设备的选型将按照产品规范GB 12476.1-2000进行。
3 电气设备选型
根据国家规范GB 12476及行业规范AQ 3009-2007第4.2.2.3条,按照可燃性粉尘/空气混合物出现的频率和持续时间及粉尘层的厚度,可将可燃性粉尘危险环境分成20区、21区和22区三个区域等级。每个区的特性如下:20区在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现,其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。21区为粉尘爆炸危险环境分区,21区在正常运行中,可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。该区域包括:与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘层和正常操作情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所。22区在异常条件下,可燃性粉尘偶尔出现并且只是短时间存在或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时,则应划分为21区。
可燃性粉尘环境的分区的程序及举例可参考GB 12476.3-2007/IEC 61241-10:2004的附录A或者AQ 3009-2007的附录C。
对于电气设计人员来说,选择合理的粉尘防爆隔爆电器是消除由电气设备引起的电火花火源的可靠方法。
Ⅱ类电气设备的最高表面温度可分为T1-T6共6个组别:T1最高表面温度450℃,T2最高表面温度300℃,T3最高表面温度200℃,T4最高表面温度135℃,T5最高表面温度100℃,T6最高表面温度85℃。
目前IEC标准中有关粉尘外壳存在着A、B两种设计型式,分别代表了欧洲和北美两种标准体系。虽然这两种设计型式对于设备的选型/安装要求不同,但是具有相同的保护水平,是可以通用的。目前国内市场上的防爆电气厂商大多按照A型设计、制造。
对于A型电气设备,其最高表面温度应不超过相关粉尘云最低点燃温度的2/3,即Tmax≤2/3Tcl。当存在粉尘层厚度至5mm时,其最高表面温度不应超过相关粉尘层厚度为5mm的最低点燃温度减去75K,即Tmax≤T5mm-75K,取两者的最小值。对于B型电气设备,其最高表面温度应不超过相关粉尘云最低点燃温度的2/3,即Tmax≤2/3Tcl。当存在粉尘层厚度至12.5mm时,其最高表面温度不应超过相关粉尘层厚度为12.5mm的最低点燃温度减去25K,即Tmax≤T12.5mm-25K,取两者的最小值。
综上所述,我们可以得出,A型电气设备和B型电气设备的选型要求在仅存在相关粉尘云的环境中是完全一致的,两者只有在粉尘层厚度超过一定数量的时候,选型要求才会有所差别。
具体到设计工程中,本工程位于浙江东南沿海岩头工业区,建筑采用全现浇框架结构,生产类别为丙类,耐火等级为一级。建筑面积为10871m2,建筑主体为二层,建筑高度为19.3m。车间工艺主要通过微生物发酵液经过离心喷雾干燥、混合包装得到恩拉霉素成品。干菌丝气力输送设备分别占据了建筑物一、二层的一个房间。根据工艺条件,我们把这两个房间划分为可燃性粉尘爆炸危险环境。
依据以上原则,我们可以分析出本次提取车间内部可燃性粉尘危险区域所需要选用电气设备的防爆等级。由于提取车间内部干菌丝气力输送系统只有在异常的条件下,可燃性粉尘才会偶尔出现并且产生可燃性粉尘空气混合物,因此可以将干菌丝气力输送系统所在的房间划分为粉尘防爆22区。
而干菌丝作为化工饲料,其在高温时,粉尘云最低点燃温度为130℃。由于电气设备距离粉尘释放源有一定的距离,现场又采取了专业除尘措施,从而可以排除粉尘层堆积厚度达到5mm或12.5mm的情况。
Tmax≤2/3Tcl=86.7℃
可知选择的可燃性粉尘环境用电气设备(包括灯具、电机、现场操作柱等)只需要高于以下标准:DIP A22 TA 85℃(或TA,T6)IP6X,即可满足提取车间可燃性粉尘危险环境的电气设计要求。
4 防雷设计
依据《建筑物防雷设计规范》(GB 50057-2010)第3.0.3条的第7点:具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物,应划为第二类防雷建筑物。本提取车间的干菌丝气力输送系统所占房间应划分为第二类防雷建筑物部分。
又根据本规范的第4.5.1条第3点,当第一、二类防雷建筑物部分的面积之和小于建筑物总面积的30%,且不可能遭直接雷击时,该建筑物可确定为第三类防雷建筑物。由于可燃性粉尘危险区域面积并未达到提取车间的30%,提取车间可划分为第三类防雷建筑物,防直击雷的措施按照第三类防雷建筑物标准进行设计,但对可燃性粉尘危险区域的第二类防雷建筑物部分,防闪电感应和防闪电涌侵入措施,应采取第二类防雷建筑物的保护措施进行
设计。
5 防静电接地设计
对可燃性粉尘危险环境内可能产生静电危险的设备和管道,均应采取防静电接地。所有的金属设备、装置外壳、金属管道、支架、构件、部件等,一般应采用防静电直接接地;不便或工艺不允许直接接地的,可通过导静电材料或制品间接接地。
具体设计中,可燃性粉尘危险环境内环形接地干线采用25×4热镀锌扁钢距地0.3m沿墙或钢平台明装,过门及过道处接地干线则埋地暗敷。连接设备的接地支线采用25×4镀锌扁钢埋地暗敷至
设备。
6 设计中注意点
(1)由于对可燃性粉尘防爆缺乏充分的认识,某些电气设计工程师不管是气体爆炸危险场所还是可燃性粉尘危险场所,都选用气体防爆电气设备。这种做法是错误的,可燃性粉尘危险环境电气设备与气体防爆电气设备的外壳防护要求完全不同,气体防爆电气设备在可燃性粉尘危险场所是完全没有作用的,反之亦然。因此,两者绝对不能互换使用。
(2)可燃性粉尘危险环境电气设备根据外壳等级可分为防尘型和尘密型,但并不意味着该电气设备具备了防水的功能,绝大多数的可燃性粉尘危险环境用电气设备不能阻止水进入其内部,因此不能将这些设备直接安装在户外露天场所,也不能用水冲洗其外壳。如果想让可燃性粉尘危险场所用电气设备具备以上功能,必须在设计中指出设备须满足IPX5以上的外壳防护等级要求。
7 结语
笔者根据多年的设计实践写出了此文,但是在实际的设计过程中,要全面、完善地做好一个可燃性粉尘危险环境工程的设计,需要工艺、通风、建筑等多个专业之间的协调和配合,每个专业在各自的设计领域内都有相应的设计要求,缺一不可。
这就要求我们电气专业的设计人员在设计过程中要做到全盘把握,在充分理解本专业规范、标准的前提下,对工艺、建筑专业的条件及时进行反馈和沟通,并对通风专业提出要求,降低可燃性粉尘危险环境的等级。通过设计人员的协同努力,并随着国家设计规范GB 50058的最终修订完成,可燃性粉尘危险环境的设计水平一定能迈上一个新的
台阶。
参考文献
[1] 马中飞.工业通风与防尘[M].北京:化学工业出版社,2011.
[2] 可燃性粉尘环境用电气设备(第1部分):用外壳和限制表面温度保护的电气设备(GB 12476.1-2000)[S].
关键词:建筑物电气设备;防雷的设计
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
0引 言
随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其中各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。
1 直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种主要形式。
直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流;感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压,过电流对电气设备的毁坏。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)规定,建筑物的防雷区划分为LPZOA,LPZOB,LPZ1,LPZn+1等区(各区的具体含义本文不再赘述)。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区,是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置,从而决定位于各区域内的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现同联合接地体的等电位联结。
建筑物直击雷防护的保护区域为LPZOB区,其保护设计已为电气设计人员所熟知,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版),设计由避雷网(带),避雷针或混合组成的接闪器,基础内的钢筋网、柱筋及钢屋架等构成一个整体,避雷网通过全部立柱基础内的钢筋作为接地体,将强大的雷电流引入大地。建筑物感应雷的保护区域为LPZOB,LPZ1,LPZn+1区,即不可能直接遭受雷击区域;感应雷是由雷击电磁脉冲感应而产生的,形成感应过电压的机率很高,对建筑物内的电气设备,尤其对低压电子设备威胁更大,所以说对建筑物内部设备的雷电保护的重点是防感应雷入侵。
感应雷产生的过电压、过电流主要有以下三个途径:
1)由供电线路入侵;高压电力线路遭直击雷袭击后,经过变压器耦合到各低压0.38KV/0.22KV线路后传送到建筑物内各低压电气设备;另外低压线路也可能被直击雷击中或由于附近雷闪感应出过电压。据测,低压线路上感应的雷电过电压平均可达10KV,完全可以击坏各种电气设备,尤其是电子信息设备。
2)由建筑物内信息线路入侵;可分为三种情况:①当地面突出物遭受直击雷时,强雷电压将邻近土壤击穿,雷电流直接入侵到电缆外皮,进而击穿外皮,使高压入侵线路。②雷云对地面放电时,在线路上感应出上千伏的过电压,击坏与线路相连的电气设备,通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播,涉及面广,危害范围大。③若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时,当某一导线被雷电击中时,会在相邻的导线感应出过电压,击坏低压电气设备。
3)地电位反击电压通过接地体入侵;雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地,在接地体附近放射型的电位分布,若与有连接电子设备的其他接地体靠近时,即产生高压地电位反击。建筑物防直击雷的避雷装置接受了强大的雷电流通过引下线入地,在附近空间产生强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压,因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机,反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱,通常在100伏以下,因此必须建立多层次的防雷系统,层层设防,确保计算机网络系统的安全。由此可见,对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容;设计的合理与否,对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。
根据国家标准《建筑物防雷设计规》GB50057-94(2000年版)第6.4.4条规定:电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求:通过电涌时的最大钳压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。
现在,我们根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。
一类防雷建筑物,其首次雷击电流幅值为200KA,波头10us;二次雷击电流幅值为50KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为200×50%/3/3=11.11KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50×50%/3/3=2.78KA;如果电缆已经进行屏蔽处理,每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即11.11KA×30%=3.33KA及2.78KA×30%=0.83KA,且电涌保护器承受10/350 us的雷电波能量相当于8/20 us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20 us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11×8=88.9KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA。
二类防雷建筑物,其首次雷击电流幅值为150KA,波头10us;二次雷击电流幅值为37.5KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150×50%/3/3=8.33KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5×50%/3/3=2.08KA;如果电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即 8.33KA×30%=2.5KA及2.08KA×30%=0.62KA,且电涌保护器承受10/350 us的雷电波能量相当于8/20 us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20 us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33×8=66.6KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA。
三类防雷建筑物,其首次雷击电流幅值为100KA,波头10us;二次雷击电流幅值为25KA,波头0.25us;根据附图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为100×50%/3/3=5.55KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为25×50%/3/3=1.39KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即 5.55KA×30%=1.66KA及1.39KA×30%=0.42KA,而在电涌保护器承受10/350 us的雷电波能量相当于8/20 us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20 us波形电涌保护器的最大放电电流为5.55×8=44.4KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA。
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
上述各类防雷建筑,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,应在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20 us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA。
2 结束语
作为防雷设计人员都非常清楚,建筑物的防雷保护设计是一项既简单又繁琐的内容,但对建筑物的安全使用,电气设备的正常运行有着至关重要的作用,所以还有待于各位防雷设计人员作进一步的研究与探讨。本文仅此设计作了一点粗浅的探讨,不足之处,望不吝赐教。
参考文献:
当今,随着防雷减灾部门贯彻GB50057-94《建筑物防雷设计规范》和《广东省防御雷电灾害管理规定》力度的加大,广州地区的新建建筑物的防雷设计和施工都能严格按照国家有关规定来执行。但是,在日常的防雷执法检查及对旧建筑物防雷设施检测过程中,往往会遇到这样一种情况:一部分高层建筑物(特别是九四年以前的高层建筑物居多)无侧击雷防护措施。这种存在先天性防雷缺陷的高层建筑物,给人民的生命财产安全带来了极大的隐患。
特别是近年来广州市发生的多起雷击灾害已经充分证明了上述观点。例如:广东省防疫检疫局办公大楼因为遭侧击雷,玻璃幕墙损坏,二百余块玻璃被毁,直接经济损失达数十万元。
针对上述情况,如何对这部分旧建筑物进行改造,使之具备良好的防侧击雷功能呢?笔者就以上问题展开了一些简要的论述。可供同行参考。
一、 发生雷电闪击的原理以及对建筑物造成的危害
具有气象雷电常识的人都知道,自然界中之所以会发生雷电现象,是因为云层与云层之间,或云层的上层与下层之间聚集了大量的互异的带电粒子(正负电荷),当这些带电的云层发生碰撞时,或云层与大地上的物体发生接触时,就会产生大量放电现象。
我们知道,雷击具有偶发性和突发性,即我们不能事先确定发生雷击的地点,具体部位以及雷击的准确时间。自然界中的雷也分许多种,主要有球形雷、感应雷;因其高度不一样,也可分为高空雷、地面雷;从建筑物的受雷部位看,分为直击雷和侧击雷。
伴随着雷电流同时产生的,还有巨大的热能和热效应,以及电磁波等,他们会对建筑物以及建筑物内的人和设备造成危害。我们通常意义上所说的防雷,就是根据以上情况,有针对性的设置避雷针,避雷器,避雷网格及引下线、接地体等防雷装置,对建筑物进行有效的防雷击措施的。
依据国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定,结合广东省的实际,一般情况下,我们把超过三十米(或10层以上)的建筑物规定为二类防雷建筑物。我们在此探讨的,正是这类建筑物的侧击雷的防护措施。
二、 对防侧击雷缺陷的高层建筑物整改措施
2.1高层建筑物无侧击雷防护的危害性
一栋高层建筑物,如果没有防侧击雷措施,其雷击隐患是相当大的。按照国家标准GB50057-94〈〈建筑物防雷设计规范〉〉的要求,建筑物十层以上,每隔12米均要求设置均压环,并分别与建筑物上的所有门窗、户外的金属构件电气连通,使其成为防侧击雷的接闪器。如果没有以上设计,则可以说该建筑物无侧击雷防护措施。
由于没有接闪器,所以当雷击在建筑物侧面的时候,容易造成:损毁建筑物、人员伤亡、电器设备损坏等诸多危害。
2.2 高层建筑物无侧击雷防护的补救方法和措施
方法一:利用大厦基础做接地体,十层以上楼层设计了均压环,但未与门窗、围栏等金属构件连通的,通常是根据大厦的防雷分类、网格及大厦占地面积大小,选取几处大厦柱筋引出,把引出的柱筋与金属门窗、围栏焊接,使十层以上的金属门窗、围栏与均压环形成电气通路。
方法二:未利用大厦基础做接地体的,也可以采取以下方法:先在建筑物的四周设人工接地体,然后每隔18米(一类为12米)沿建筑物外墙明敷一条直径不小于ф10圆钢(也可4×50扁铁)到天面,并与避雷带保持电气连通。然后自建筑物第十层起每隔两层用4×50扁铁沿建筑物外墙明敷,并与人工接地体上引出的所有引上线焊接,电气连通,作为替代均压环。从而达到防侧击雷的目的。
以上两种方法,方案实施过程中,往往由于施工难度大,困难重重,破坏建筑物外墙体结构及外观等而被弃之不用。
方法三:现在最常用的办法是:根据建筑物保护范围的大小,在其天面设置一根或多根进口避雷针(因进口避雷针的防雷效能要远大于普通金属针,故我们一般选用进口避雷针作为高层建筑物防雷保护的接闪器),大大扩大其整栋建筑物的保护范围,从而达到建筑物外部防侧击雷的目的。这种方法的优点是简便、易行,施工方案也不复杂,广州市的防雷减灾部门对上述方案也持认可态度。
下面从滚球法保护范围计算和进口避雷针保护原理两个角度来分别说明上述方案的可行性。
首先查下表,确定第二类建筑物的滚球半径hr=45m
表Ⅰ按照防雷级别布置接闪器:
建筑物的防雷类别 滚球半径hr(m) 避雷网网格尺寸(m)
第一类防雷建筑物 30 ≤5×5或≤6×4
第二类防雷建筑物 45 ≤10×10≤12×8
第三类防雷建筑物 60 ≤20×20或≤24×16
布置接闪器时,可单独或任意组合采用滚球法、避雷网。
取建筑物高hx=30m 避雷针高度h=20m
则针对天面的保护范围:
rx=
rx=
rx=
rx=
rx=37.4m
在同样条件下进口避雷针Pulsar的保护范围可根据法国1995年颁布的国家防雷标准NF C17 102指引,它取决于:高压实验室中测试出的PULSAR启动抢先时间Т,根据雷电的威胁程度确定的保护等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(据NF C17-102附录B)和PULSAR针尖到被保护平面的垂直距离h(最小h=2m)
Rp:指针尖垂直距离h的平面上的保护半径
H :PULSAR针尖至被保护物体的垂直距离
D :标准化的雷击距离
建筑物防雷类别1类D=20米
建筑物防雷类别2类D=45米
建筑物防雷类别3类D=60米
L=106. Т(启动抢先时间)
Rp= (适用于h≥5m)
当2m
Т=启动抢先时间。
应由法国电气行业中心实验室(LCIE)
按照法国标准NF C-102附录C所载的测试后提供。
保护类别及水平是根据法国标准NF C17-102的附录B计算确定。
在保护计算中使用的Т限值到60μs,已经由Cimelec(电气设备和有关工业电子设备的材料工业研究组织)的成员进行的实验证实;并对提前放电避雷针最大保护范围给予限制。而PULSAR60虽然在实验中证实Т达155μs,但亦根据规定采用结果的40%
作为计算基数。
表ⅡPulsar的保护范围:
Pulsar的保护范围
保护水平 Ⅰ(D=20米) Ⅱ(D=45米) Ⅲ(D=60米)
Pulsar 18 30 45 60 18 30 45 60 18 30 45 60
高度(米) 保护半径(米)
2 14 19 25 32 19 25 32 40 22 28 36 44
3 21 28 38 48 29 38 48 59 33 42 57 65
4 28 38 51 64 38 50 65 78 44 57 72 87
5 35 48 63 79 49 63 81 97 55 71 89 107
6 35 48 63 79 49 64 81 97 56 72 90 107
8 36 49 64 79 51 65 82 98 58 73 91 108
10 37 49 64 79 52 66 83 99 60 75 92 109
15 38 50 65 80 55 69 85 101 64 78 95 111
20 38 50 65 80 58 71 86 102 67 81 97 113
45 38 50 65 80 63 75 90 105 77 89 104 119
60 38 50 65 80 63 75 90 105 78 90 105 120
查表Ⅱ得的保护范围Rp=86米>>rx=37.4米,也就是说在同样高度的条件下,进口避雷针的保护范围远大于普通避雷针的保护范围。
以上结论说明,当用进口避雷针对高层建筑物进行保护时,我们可以首先把它当做同样高度的普通避雷针看待,用滚球法的方法对它的保护范围进行验证。如果通过滚球法计算,该针对高层建筑物的保护范围达到GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的要求。那么,我们就可以说该进口避雷针Pulsar45对高层建筑物的防侧击雷的保护范围也同样达到了规范要求。
三、结论及建议
3.1 利用多只进口避雷针(针阵)保护原理和和以上原理相同。利用其它品牌的,经防雷减灾部门认可的进口避雷针,保护原理和方案三相同。
3.2 广州市天河区用上述方案三在天面加装进口避雷针,以扩大其对整栋建筑物保护范围的办法,实践证明防侧击雷效果是明显的,施工方案也是切实可行的。所有采用该施工方案的建筑物至今未再发生过雷击事故。
3.3 规范规定,无论用哪种方案对建筑实行防雷保护,都不能达到100%的安全标准。利用本方案三也一样。所以必须强调使用正规的进口避雷针。即到防雷所报建时,必须首先检查避雷针的报关单,保险等手续是否齐全,以保证施工的效果和质量,以及万一发生雷击灾害利用保险单展开索赔工作。
关键词:化工企业雷电危害设计标准规范施工严格验收
Abstract: the harm degree after heavy rain lightning, and flood landslide landslides, has become the third largest meteorological disasters and lightning on the national economic life and economic production the tremendous negative impact to see. In order to reduce and reduce the lightning destructive impact of our country economy, now almost all of the building, the structures in the design and construction are the lightningproof grounding, equipotential connection, shielding and other technology, the modern production and life in becoming more and more important. In this paper, according to the cause and harm of the thunderbolt and connected with its years of design experience in chemical industry, this paper discusses the types of lightning and the lightning protection control measures, especially in chemical plant and tank lightning protection measures put forward concrete measures of prevention and control, and some reasonable lightning protection way, to improve enterprise carrying natural disasters level.
Keywords: chemical enterprise lightning damage design standard construction strictly acceptance
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
我国每年因雷击造成的人员伤亡约有上千人,因雷击造成的各类事故,财产损失约50~100亿人民币。如何减少和防止雷击损失,逐渐引起人们关注。本文对雷电的形成机理、雷电种类及危害进行了分析,并结合规范、利用国际、国内先进的防雷产品和技术,探讨了化工企业防雷设计中一些需要注意的地方。
一、雷电的起因和危害
雷电实质上是带电云层巨大的静电放电现象。雷电的产生,主要是带电云层形成所致,而形成带电云层的原因有多种,最主要的一个原因,是因云滴上升到空中遇冷冻结起电,此时空中云层底部带负电,顶部带正电。当带有正负不同电荷的雷云不断积聚后相遇,或带有大量电荷的雷云接近大地时,产生云与云之间或云与大地之间的放电。随着瞬间空中能量的转换,并迸发出强烈的光和声,这就是人们常见的闪电。巨大雷电能迅速将附近的空气加热到20000℃以上,空气受热急剧膨胀,产生爆炸冲击波,在空气中传播,使雷击范围内生产装置、建筑物等产生强烈的机械振动和热效应,以致被彻底击毁。
防雷装置在受雷击时,雷电流通常会产生很高电位,如防雷装置与建筑物内外的设备之间绝缘距离不够时,会产生“反击”现象。当雷电流经地面雷击点或接地体流入周围土壤时,在它周围形成电压降落。当雷电流经引下线到接地装置时,由于引下线本身和接地装置都有阻抗,因而会产生较高的电压降落,可达几万伏甚至几十万伏,这时人接触,身体就会受到严重损害。
二、雷电的种类
根据雷电的不同形状,大致可分为片状雷、线状雷和球状雷三种。从危害的角度上可分为直击雷、感应雷、球形雷。从发生的机理上可分为热雷、界雷和低气压性雷。片状雷是在云间发生的,对人类影响不大;线状雷是比较常见的闪电落雷现象;球状雷电是一种特殊雷电现象,简称“球雷”,是一种紫色或红色的发光球体,直径从几毫米到几十米,存在时间一般3~5秒钟。球雷通常是沿着地面滚动或在空气中飘行,并还会通过缝隙进入室内,并发生爆炸。
三、防避雷电风险现状
雷电是局部但极强烈的灾害天气,它具有极强的不确定因素。因此,当前我们所做的防雷减灾,更确切地说,只能是利用科技和各种人为手段减少和减轻雷电对人类造成的危害,还不可能完全避免雷击现象的发生。人们要完全消除雷电灾害还有很多的难点要攻克。相关部门也都在逐年地完备自身的防护措施。对于防雷设计工作者而言,就要以特有的认真态度去对待当前的防雷工作,严格遵循现有规范标准和法规,并通过自己的努力使防雷设计更合理化,
四、防雷抑制措施
防雷是一个很复杂的问题,必须针对雷害入侵途径,对各类可能产生雷击的因素进行排除,采用综合防治―――接闪、均压、屏蔽、接地、分流,才能将雷害减少到最低限度。
(一)接闪装置:就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网,接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电,不能任意地选择放电通道,而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道,将雷电能量泄放到大地中去。
(二)等电位连接:为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差,就特别需要实行等电位连接,电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器及直接的方式进行等电位连接,各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接,并最后与等电位连接母排相连。
(三)屏蔽:屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来,使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。
(四)接地:接地就是让已进入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地,而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用,良好的接地才能有效地泄放雷电能量,降低引下线上的电压,避免发生反击。
(五)分流:分流就是在一切从室外来的导体与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器,当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,雷电电流就由此处分流入地了。
五、化工企业防雷的一些特殊之处:
(一)化工企业内非危险场所的防雷:习惯于作化工装置设计的工程师在做非爆炸危险区域的防雷设计时往往根据《建筑物防雷设计规范 GB50057-94》2000版,认为该类建筑物不符合第2.0.2条、第2.0.3条四~七款及第2.0.4条第五款而直接将该建筑物不设防或人为抬高一级作为第三类防雷建筑物。实际上在一些雷电高发区,建筑物应根据附录一计算建筑物年预计雷击次数,并根据第2.0.3条八、九款及第2.0.4条第二、三、四款将其初定为某类防雷建筑物。如我曾在南方一沿海城市做过一个化工厂设计,当地防雷办对化工企业内的中控室的防雷,不仅需按国家规范在其屋面设避雷网格,还要求在其檐角等地设与屋面避雷网格相连的避雷短针,以达到更好的接闪效果,如图1所示。
图1
(二)化工企业工艺装置露天设备的防雷:根据《建筑物防雷设计规范 GB50057-94》2000版第1.0.2条-该规范不适用于化工户外装置的防雷设计。所以工艺装置露天设备的防雷应根据《石油化工防火设计规范》GB50160-2008第9.2.2条-“当顶板厚度等于或大于4mm时,可不设避雷针、线保护”。但《石油化工防火设计规范》未对排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管有规定,这时我们仍需要参考《建筑物防雷设计规范》第3.2.1条及第3.3.2条来确定防雷做法。在工艺方案讨论时,电气工程师应及早参与,与工艺工程师共同商议放空方式、管道壁厚及在放空的地方加装阻火器等。化工企业最常见的是爆炸危险2区,在放空处加装合适的阻火器,且管道及阻火器的壁厚均大于等于4mm,可不再需要专门为放空口设置避雷针、线。这样对那些放空口很高的情况,就不需克服不必要的麻烦,为其设置专用避雷针、线。
(三)采取何种措施可有效控制化工企业爆炸危险生产装置被定为第一类防雷建筑物:根据《建筑物防雷设计规范》第2.0.2条及第2.0.3条第四~七款,基本具有2区及11区爆炸危险环境的建筑物需按第二类防雷建筑物设防;基本具有0区、1区及10区爆炸危险环境的建筑物需按第一类防雷建筑物设防。化工企业中大部分危险释放源为2级释放源。
(四)化工企业储罐的防雷:根据《石油化工防火设计规范》第9.2.3条丙类液体储罐、浮顶罐及内浮顶罐、压力储罐均可不设避雷针、线,但应做接地。而对甲、乙类可燃液体地上固定顶罐,其仅描述了“甲B,乙类可燃液体地上罐,当顶板厚度小于4mm时,应装设避雷针、线,其保护范围应包括整个储罐。”因此,对于甲A类可燃液体地上罐,即使顶板厚度大于4mm,也应装设避雷针、线。以上均针对钢制罐体。
(五)化工企业的管道防雷接地:金属管道在进出装置区处,爆炸危险区域分界处,管道分岔处及端头应进行接地。平行管道净距小于100mm时,应每隔20m加跨接线,当管道交叉且净距小于100mm时,应加跨接线。跨接线处应妥善接地。另管道在管架上的布置应考虑将非危险介质管道布置在上层,危险介质管道放于管架下层,并使其在上层管道的保护范围内。
(六)化工企业的防雷接地:化工企业的防雷接地、工作接地、静电接地、保护接地等共用接地装置,共用接地装置的接地电阻要求小于等于1欧姆。化工企业有大量的工艺仪表等设备,其抗干扰能力较弱。在早先的化工企业接地设计中,往往要求仪表工作接地需单独设置,其接地装置与其他接地装置要保持足够的距离,以防止其他接地系统对其工作的干扰。现在随着理论研究的进步,普遍认为仪表工作接地最终与其他接地系统的接地装置连接共用接地系统,可有效使整个系统成为等电位,更利于抗干扰。
(七)化工企业防雷接地的材料及尺寸:原来防雷接地的材料大部分利用热镀锌钢材,由于化工企业环境往往具有腐蚀性,也有利用不锈钢材或铜材的。近年来随着科技进步,陆续推出了很多新型材料,如铜包钢、锌包钢等,但此类材料在施工中需谨慎处理,一旦出现破损,将引起电化学腐蚀,使其寿命缩短。由于化工企业通常具有腐蚀性环境,其接地装置材料的尺寸需在常规建筑接地装置的材料尺寸基础上做适当放大,如:防雷接地装置一般与静电接地装置共用,对热镀锌钢材来讲,根据《石油化工静电接地设计规范》表3.6.4,当为腐蚀环境时,扁钢最小厚度需由4mm升级为5mm,地上圆钢最小直径需由12mm升为14mm。
(八)线路的屏蔽:由于化工企业有大量的工业仪表及控制系统,其抗干扰能力较弱,因此连接于这些设备的控制电缆应尽量采用双绞线,并采取分屏与总屏结合的屏蔽电缆,屏蔽电缆的屏蔽层尚应在出控制室的地方一点接地。
(九)现场仪表的防雷:应将现场仪表安装在其他防雷装置能够保护-避免其遭受直击雷的地方,同时应根据产品说明书选择合适的专用避雷器,以降低雷电感应及雷电波侵入对仪表的破坏及工作干扰。
六、结束语:
防雷是一个很复杂的系统工作,首先,要在装置的设计、施工中综合考虑,采用多种措施,做好整体防护,保证防雷设施完善,还要考虑投资成本及运行的经济性,另还应在工程中严格验收。最后,要加强对雷击危害的宣传,强化员工的防雷意识,在全员中普及防雷知识。
参考文献:
[1]《建筑物防雷设计规范 GB50057-94》2000版
[2]《石油化工防火设计规范》GB50160-2008
【关键词】建筑物;避雷接地;损失;电气设备;避雷器
具有危害性大、破坏力强的一种频发自然灾害―雷击,随着我国建筑物建设的迅猛发展以及各种电气设备、电子器件、网络系统的日益增多,其发生频率亦在不断增加,一旦发生雷击灾害,其带来的破坏与损失是巨大的,甚至会造成人员的伤亡,因此,建筑物的避雷接地设计就显得尤为重要,无论是构筑物、民用建筑、高层建筑物,还是大型公共建筑物,都应做好其内外部的避雷接地,进而有效地提高建筑物防雷的可靠性,从而减少不必要的财产损失和人身威胁。
1 雷电的破坏作用
雷电,大家对此都不陌生,但要给出具体的概念,很多人却无法做出精确的论述。具有短时间、高强度的雷电,其实是一种高空云流层中的自然放电现象。
雷电一旦击中建筑物,所产生的破坏作用是巨大的,尤其是一些含有大量电子设备和网络系统的智能化建筑,若发生雷击现象,损失将很严重。雷电的破坏作用主要可分为两种:一为直接击在建筑物上产生热效作用和电动力作用;二为雷电流产生的静电感应、电磁感应以及雷电波侵入作用。通过对比、分析、研究我国近年来所发生的大量雷击案例,我们可以看出,最为频发的雷击现象还是高压雷电流对建筑物内部电气设备和电力系统的瞬间损坏所引起的输电故障和电火灾等,因此,建筑物在竣工验收时,进行避雷接地是一项重要的、必须的项目环节。
2 避雷接地的概述
避雷接地是为了使建筑物在发生雷电时避免被雷电打击造成损失。然而,在现实生活中,人们往往将避雷和接地混为一谈,其实二者是不尽相同的,避雷一定要接地,但接地却并不一定是为了避雷。简单地说,避雷就是通过在建筑物中预先设置一些如避雷针、避雷带等突出屋面的金属物,将雷电引入大地的一个过程,这样可以有效地保护建筑物内外部不会受到雷电击打。而接地则是为了防止一些用电器的金属外壳由于带电而伤害到人,它们最终是需要用导体连接到接地装置以排除安全隐患。
可见,避雷和接地是两个完全不同的概念,其侧重点各不相同,因此,我们在对建筑物进行设计时,要充分认识到这一点,通过因地制宜地采取经济合理、安全可靠、技术先进的避雷措施,以防止或减少雷击建筑物所发生的财产损失和人身伤亡。
3 建筑物防雷级别的确定
建筑物需根据其重要性、使用性质、结构形式、建筑高度、发生雷击事故的可能性及后果,按避雷的要求分为一、二、三类防雷建筑,为此,我国相关的《建筑物防雷规范》中对其有明确的规定。
3.1 一类防雷建筑物
凡制造、使用或贮存火药、炸药、火工品、起爆药等大量爆炸物质且电火花易引起爆炸或易造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物,以及具有爆炸危险环境的建筑物,等;
3.2 二类防雷建筑物
国家级重点文物保护的建筑物;会堂、影剧院、展览馆、体育馆等大型公共建筑物;15米以上烟囱、水塔等建(构)筑物,中型以上的厂房、高层建筑;计算机网络系统、卫星接收系统、远程控制系统;重要的航海、航空地面导航设施;电力、通讯、广播电视设施;制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物;油库、加油站、煤气站、液化气站、露天化工设施及重要物资仓库等易燃易爆设施;预计雷击次数大于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集公共建筑物和大于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。
3.3 三类防雷建筑物
省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆;预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物;预计雷击次数大于或等于0.012次/a,且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物;预计雷击次数大于或等于0.06次/a,且小于或等于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。
此级别分类的确定需注意的一点就是预计雷击次数,其计算主要是根据建筑物的地理位置、地质环境及其周边情况、当地的气候变化,以及建筑物的长宽高等。
4 建筑物避雷接地的设计与施工
4.1 设计
4.1.1 外部防雷
对建筑物的外部进行防雷设计,主要是通过建筑物本身的基础接地体、引下线、避雷带、避雷网、避雷针、避雷器、等电位、均压环等的保护作用,来最大限度地减弱雷击时对建筑物的电磁效应,进而避免了直击雷或侧击雷对建筑物的伤害。
4.1.2 内部防雷
内部防雷设计主要是在认真调查、详细了解建筑物的供电形式、地极的设置、管线的敷设等情况的基础上,通过对建筑物内部的设备进行接地、屏蔽、等电位处理、安装分流限压装置等技术措施来防止或削减雷电感应及雷电波的入侵。
4.2 施工
对建筑物的避雷接地进行施工时,施工单位应当取得防雷工程施工资质,施工过程中一定要采用《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》标准,并根据审核同意的防雷工程专业设计方案、规范的设计图纸进行施工,同时接受当地气象主管机构授权的单位监督管理。另外,若出现施工变更和修改防雷工程专业设计方案,则应当按照原审批程序重新报批,获得批准后方可进行。
一般的施工流程为:施工准备接地装置安装引下线安装避雷带支架制作安装避雷网安装接地电阻测试。具体地讲,施工前,要对施工班组进行施工图纸的技术交底工作,施工材料要齐全且符合设计要求,施工机具及其配套设备要充足;施工中,针对建筑物的避雷接地施工主要包括接地装置、防雷引下线及避雷带的安装等工程,因此,要保证避雷带的连接处必须达到设计的长度,接地桩的长度、埋下的深度、连接的方式都必须按规范施工;施工后,应用有效的测量仪器进行数据测量。
4.3 检测
检测工作是确保建筑物避雷接地具有可靠性的重要保证。
首先,外部检测。检查避雷装置的数量、规格、材质、数据、安装和连接方式是否符合规范要求;检测进出建筑物的金属管道是否就近与防雷接地装置良好连接;检测高层建筑设置的金属门窗框、幕墙防侧击雷的做法和节点,是否按设计要求施工接地;测试接地装置冲击接地电阻值;等等。
其次,内部检测。检查建筑物内部防雷装置的安装,与建筑物柱、框架和外墙的安全距离是否符合规范、设计要求;检测建筑物的等电位连接是否符合设计规范要求;还应按相应的设计规范中有关防感应雷、直击雷、侧击雷和防静电、防雷击电磁脉冲等要求检查和测试。
另外,在建筑物投入使用后,要定期对防雷装置进行检测,时间可为每年一次,而对于爆炸危险环境的防雷装置则需每半年检测一次。
5 结束语
总之,在对建筑物进行避雷接地设计和施工过程中,要通过良好的设计方案和优质的施工工艺将内、外部避雷接地装置有机地结合起来,并综合接闪、均压、分流、布线、屏蔽等要素,以期真正提高建筑物避雷的安全性、可靠性。
参考文献:
[1]国家标准.建筑物防雷设计规范 GB50057-94(2000年版)[S].北京:中国计划出版社.2001.