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  • 高层建筑楼顶避雷塔综合防雷设计方案
  • 发布时间:2014-02-19 17:21:14 浏览次数:914次  
  • 一、现场情况概述
      某办公大楼长62m,宽21m,共计6层,已安装有直击雷防护措施并符合国家规范的要求,经检测其冲击接地电阻为4欧姆;总电房设在一楼,每个楼层有单相配电箱2个;多媒体会议室、中心机房、119指挥中心设在六楼,机房设有三相配电柜,供电线路由一楼总电房引入,机房有UPS电源一套,其功率为3kVA,24口网络交换机5台,通讯进线有光纤1路,ISDN进线2路,没有做任何感应雷防护措施。大楼内供电系统、多媒体会议室、中心机房、119指挥中心等内的设备是非常敏感的弱电设备,其内部结构的高度集成化,耐过电压、耐过电流的水平极低,避雷针对这些电子设备的保护也无能为力,因而极易遭受雷电流的冲击而损坏,轻者使终端计算机和通信接口设备损坏、通信中断、各种信息无法传递;重者使整个供电系统遭受雷击而瘫痪,使大楼内所有弱电设备遭受雷击而损坏,工作无法进行。因此,为了使大楼各设施能正常运作以及保障大楼内人员的安全,防止雷击而带惨重损失,有必要对大楼进行综合雷电防护措施,除了要安装良好的避雷针、避雷带,还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的雷电防护工作,并具备可靠的接地装置。
      二、雷电入侵机房网络系统途径分析
      雷击引起的上万伏的过电压(过电流)及极强的交变电磁场是损坏楼内弱电设备的主要原因,雷电入侵楼内设备的途径有供电线路、通信线路、地反击、雷击电磁场四种途径,具体分析如下:
      1.供电线路引入雷电
      电源线路是雷电入侵的主要途径,经常会遭受雷击造成开关跳闸、设备损坏等事故,是防雷保护的重点。供电线路(对10KV线路,高压MOV的残压很高,弱电设备受此高压都会损坏,变压器有一定的隔离和衰减作用,但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备。)产生过电压后,该过电压直接传到弱电子设备,并将设备损坏,一般是将设备的电源部分损坏。根据线路上的过电压的成因及危害可分为7种情况:
      ①市电线路在野外架空布设时遭直接雷击,因线路较长,发生的几率较大,线路上的雷电流相当大,危害当然很大。
      ②市电线路在野外架空布设,附近发生雷击(主要是空闪)时,雷电电磁场使得线路上感应到雷电流。有较大的发生几率,但雷电流不太大。
      ③市电线路在野外走地缆沟或埋地布设,发生雷击后雷电流入地时,线路上感应到雷电流。相对前面两种情况来讲,发生几率及雷电流都不大。
      ④楼内供电线路受建筑物引下线电磁场感应而产生雷电流,雷电流的大小与发生几率和楼结构及布线有关。垂直方向的线路没有屏蔽而且离引下线(建筑物立柱)较近时,发生几率及雷电流较大。
      ⑤楼内供电线路受建筑物附近雷击(建筑物附近落雷)电磁场感应而产生雷电流,雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠楼较近、落雷点电流大时,线路感应雷电流较大。
      ⑥楼内线路相互感应。这是较多的线路布得很近(如电源线、地线等相互距离在10cm内)时,如其中的一条上有过电压,则其它线路上都会感应到过电压,但雷电流不大。
    ⑦楼内大型设备操作过电压,该过电压不是雷击引起但其危害不低于雷击,主要是加速电子设备老化。从电的性能上来讲该操作过电压类似于雷击过电压,用同样的方法能抑制。
      2.通信控制线路引入雷电
      通信控制线路(通信控制线路一般有数据专线、网络线、控制信号线和视频线等)感应雷电后,雷电也直接传到设备,并将设备损坏,一般是将设备的通信口损坏,与供电路线上产生雷电流的情况相似,一般来讲,通信线路上的雷电流比供电线路上的雷电流要小,通信线路上产生雷电的6种情况:
      ①通信线路在野外架空布设时遭直接雷击,因通信线有绝缘层、架空布线的情况不多等原因。因此,发生几率较低,但一旦发生,线路上的雷电流大。
      ②通信线路在野外架空布设,附近发生雷击(主要是空闪)时,线路上感应到雷电流。如架空线路较长,则有较大的发生几率。
      ③通信线路在野外走地缆沟或埋地布设,发生雷击后雷电流入地时,线路上感应到雷电流,雷电流不大。
      ④楼内通信线路受建筑物引下线电磁场感应而产生雷电流,如线路没有屏蔽又离引下线较近,则发生几率大,而且雷电流也足以将通信口损坏。
      ⑤楼内通信线路受建筑物附近雷击电磁场感应而产生雷电流,雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠楼较近、落雷点电流大时,线路感应雷电流较大。
      ⑥楼内线路相互感应。这是较多的线路布得很近(如电源线、通信线、地线等相互距离在10cm以内)时,如其中的一条上有过电压,则其它线路上多会感应到过电压,但雷电流不大。
      3.地电位反击分析
      接地系统常称接地装置,接地系统不符合要求主要危害是产生地电位反击,一般的地电位反击是指同一设备或系统同时连接到几个互相没有直接电气连接的地网,当雷击时,各地网之间的可能存在较高的电位差,该电位差通过地线直接加在同一设备各系统上,就有可能将设备损坏。雷击时地电抬高,该高电位通过地线到设备,此时,如设备有低电位的外接线则会形成电位差损坏设备,如设备没有外接线或外接线都呈高阻状态则没有电位差,属于水涨船高性质,设备不会损坏。
      4.雷电电磁场分析
      雷电电磁场是指:建筑物附近或建筑物本身遭雷击时,楼内有较强的电磁场,处在该电磁场中的设备有可能损坏。IEEE实验证明,0.3GS使设备误动作,2.4GS使设备永久性损坏。
      三、机房网络系统防雷方案
      (一) 设计依据
      1.IEC61024《建筑物防雷》
      2.IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》
      3.GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
      4.GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
      5.GB50174-93《计算机机房设计规范》
      6.GB2887-89《计算机场地技术条件》
      7.GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》
      8.XQ3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》
      9.ITU K25《光缆的防雷》
      10.GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》
      11.YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规范》
      12.ITU K27《电信大楼内的连接结构和接地》
      13.GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
      (二)防雷设计原则
      1.应考虑环境因素、雷电活动规律、系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度,分别采取相应的防护措施。
      2.应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术运用、经济合理、定期检测、随机维护的原则,进行综合设计及维护。
      3. 应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。必须坚持预防为主,安全第一的指导方针。
      4. 应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同,采用不同的防护标准。
      (三)综合防雷设计方案
      雷电防护是一个综合的系统工程,防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。综合雷电防护包括外部防雷(即直击雷防护)和内部防雷(即感应雷电防护)。本方案仅考虑感应雷电防护设计。
      1.供电系统防雷设计
      由于有70%雷击高电位是从电源线侵入的,为保证设备安全,供电系统一般应采用三级雷电防护措施,对入侵电源线路和雷电流实施分级泄流,级与之间实现能量配合,逐步降低残压,将雷电过电压箝位在到较低的水平,达到保护设备的目的。然而该大楼内的多媒体会议室、中心机房、119指挥中心等有大量弱电设备,耐过电压、耐过电流的水平极低,因此有必要精细极防护。设计方案如下:
      A、在大楼总配电房内电源进线端安装大通流容量的三相电源防雷器,型号为YF-X380B120,箱式,作为电源第一级雷电防护,数量1个。产品特点:标称通流容量( 8/20μs):60/120KA/线;限制电压:≤2500V/4000V;泄漏电流:<10uA;响应时间:≤25ns;箱式,并联安装,具有雷击计数和工作状态指示功能,无续流和插入损耗。
      B、在中心机房配电电源处安装一套YF-X380B80 箱式三相电源防雷器,作为电源第二级保护和机房电源一级保护,数量为1套。产品特点:标称通流容量( 8/20μs):40/80KA/线;限制电压:≤2000V/2500V;泄漏电流:<10uA;响应时间:≤25ns;箱式,并联安装,具有雷击计数和工作状态指示功能,无续流和插入损耗。
      C、在大楼各楼层配电箱前端安装单相电源防雷器,型号为YF-X220B40,作为电源第二级雷电防护,数量共12个。产品特点:标称通流容量( 8/20μs):20/40KA/线;限制电压:≤2000V/2500V;泄漏电流:<10uA;响应时间:≤25ns;箱式,并联安装,具有工作状态指示功能,无续流和插入损耗。
      D、在机房电源进线端安装单相电源防雷器,型号为YF-X220C20,作为电源第三级雷电防护或机房电源精细级防护,数量1个。产品特点:并联,不受功率限制,适用计算机房等重要设备电源精细保护, 超低残压,In(8/20)=10KA, Up≤1.5KV。
      E、在设备前端安装防雷插座,型号为YF-CZ/6,作为电源系精细级雷电防护,数量若干个(分别用在网络交换机、计算机终端等弱电设备电源防护,数量根据实际需要而定)。产品特点:并联,不受功率限制, 设备前端精细级保护,适用计算机房等重要设备电源精细保护, 超低残压,In(8/20)=5KA, Up≤1KV。
      2.中心机房网络系统防雷设计
      网络系统过电压保护必须运用电磁兼容原理将网络通信系统局部的防护归结到系统全局的雷电过电压保护。
      A、在每路ISDN进线进入路由器之前安装YF-XH/ISDN数据专线信号防雷器,作为数据专线的防护,数量为2套。
      B、机房有24口网络交换机5台,应分别在网络交换机前端安装24口机架式网络防雷器,作为网络交换机的防护,型号:YF-24RJ45E/4,对每个端口进行保护,数量5套。产品特点:标准机架式一体化,100M,串联,适用计算机局域网、网络交换机、集成器、终端用户雷电防护, In(8/20)=50kA。
      C、网络间传输使用的光纤无须进行防护,但是光缆的金属加强筋需要做接地。
      3.多媒体会议室防雷设计
      应根据会议室内设备的具体情况进行防雷设计。
      4.119指挥中心会议室防雷设计
      应根据119指挥中心设备的具体情况进行防雷设计。
      5.做辅助地网
      A、设计说明
      在办公大楼四周离外墙1米远处设置闭合人工地网,水平接地体采用-4*40热镀锌扁钢,垂直接地体采用-5*50*50*2500热镀锌角钢和低电阻接地模块相结合的方式。
      B、实施方法
      在办公大楼四周离外墙1米处开挖60*80mm地沟,在地沟中每隔5m敷设垂直接地体(-5*50*50*2500角钢或者低电阻接地模块),垂直接地体用-4*40热镀锌扁钢焊接在一起,所有焊接需牢固可靠,焊接处需采取防锈措施,焊接长度不得小于扁钢宽度的两倍(具体见安装大样图),人工地网每隔不大于10米与大楼基础地网用φ10热镀锌圆钢可靠连接。
      六楼多媒体会议室、中心机房、119指挥中心各设置等电位接地箱一个,等电位箱与地网之间用35mm 2的多股软铜线连接。
      6.屏蔽与等电位连接
      建筑物之间的连接电缆应敷设在金属管道内,这些金属管道从一端到另一端应全线电气贯通,并连到各建筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层也应连到这些带上。
      将进入大楼的各类金属管线的屏蔽层、机架等在进入大楼前进行等电位连接后接地。在进入设备房前再进行二次等电位连接后接地。
      在建筑物入口处,即LPZ0B与LPZ1区交界进行总等电位连接后接地,在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接,连接主体包含系统设备本身(含外露可导电部分)、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道(水管、采暖和空调管道等金属管道)、屏蔽槽、电涌保护器SPD的接地等均以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。
      架空电力线由于终端杆引下后应更换为屏蔽电缆,进入大楼前应水平直埋50m以上,应大于0.6m,屏蔽层两端接地,非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋50m以上,铁管接地。
    实行等电位连接的连接体为金属连接导体,和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器。
      7.防雷接地
      防雷接地采用共用接地方式,即交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等接地均接至建筑物基础地网。电源线路防雷与接地应符合以下规定:
      ①进、出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线路。
      ②电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时,配电线路必须采用TN-S系统的接地方式。
      ③配电线路设备的耐冲击过电压额定值应符合相关规定。
      ④在直击雷非防护区(LPZOA )或直击雷防护区(LPZOB )与第一防护区(LPZ1)交界处应安装通过I级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护;第一防护区之后的各分区(含LPZ1区)交界处应安装限压型浪涌保护器。使用直流电源的信息设备,视其工作电压要求,宜安装适配的直流电源浪涌保护器。
      ⑤浪涌保护器连接导线应平直,其长度不宜大于0.5m。当电压开关型浪涌保护器到限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m时,在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时,浪涌保护器之间的线路长度不受限制。浪涌保护器应有过电流保护装置,并宜有劣化显示功能。
      ⑥浪涌保护器安装的数量,应根据被保护设备的抗扰度和雷电防护分级确定。
      ⑦用于电源线路的浪涌保护器标称放电电流参数值宜符相关规定
      四、运行维护
      (1)防雷器安装之后,应检查所有接线是否正确安装,然后运行测试,看系统和设备是否正常工作,有无异常情况,如有,应及时检查,直至整个系统均正常运作。
      (2)每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常,必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况,如果发现问题应及时处理。
      (3)接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。
      (4)每年雷雨季节前应对运行中的防雷器进行一次检测,雷雨季节中要加强外观巡视,如检测发现异常应及时处理。
      五、竣工验收 
      (1)防雷工程施工单位须按设计要求精心施工,工程建设管理部门应有专人负责监督。对于隐蔽工程应实行随工验收,重要部位应进行拍照和专用设备项记录。
      (2)设计资料和施工记录应由相应的防雷主管部门妥善存档备查。
      六、销售服务及质量保证
      (1)工程中所使用的防雷器件,从工程验收合格之日起一年内免费保修,超过保修期两年内维修只收取工本费,终身负责维护。
      (2)根据用户需求,免费提供防雷知识或技术服务。

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