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建筑物防雷与接地应用

文章编辑:【杰林计算机科技】发布日期:2019-07-10 11:53:25

防雷:

雷电是一种常见自然现象,能产生强烈的闪光、霹雳;落到地面上,会击毁房屋、杀伤人畜,给人类带来极大危害。因此防雷是现代建筑物、电气设备和线路必须采用的重要安全保护措施,防雷接地工程图是建筑电气工程图中不可缺少的图纸。

1、直接雷击:指雷电对电气设备或建筑物直接放电,放电时雷电流可达几万甚至几十万安培。直击雷一般采用由接闪器、引下线、接地装置构成的防雷装置防雷。

2、雷电感应:指当雷云出现在建筑物的上方时,由于静电感应,在屋顶的金属上积聚大量异号电荷,在雷云对其他地方放电后,屋顶上原来被约束的电荷对地形成感应雷,其电压可达几十万伏。雷电感应的防止办法是将感应电荷的屋顶金属通过引下线、接地装置泄入大地。

3、雷电波侵入:指由于线路、金属管道等遭受直接雷击或感应雷而产生的雷电波沿线路、金属管道等侵入变电站或建筑物而造成危害。对其防护问题,一般在线路进入建筑物处安装避雷器进行防护。

4、雷电“反击”:雷击直击雷防护装置时,雷电流经接闪器,沿引下线流入接地装置的过程中,由于各部分阻抗的作用,接闪器、引下线、接地装置上将产生不同的较高对地电位,若被保护物与其间距不够时,会发生直击雷防护装置对被保护物的放电现象,称为“反击”。

雷电“反击”的防止措施有两种:一是使被保护物与直击雷防护装置保持一定的安全距离;二是将被保护物与直击雷防护装置做等电位连接,使其之间不存在电位差。

接闪器除避雷针外,还有避雷带、避雷网、避雷线等。

建筑物的防雷分级:

建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三级。可参见《建筑防雷设计规范》GB50057-2010。

1、一级防雷的建筑物

凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。

具有 0区或10区爆炸危险环境的建筑物。

具有 1区爆炸危险环境的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。

2、二级防雷的建筑物

国家级重点文物保护的建筑物。

国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。

国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。

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者。

具有1区爆炸危险环境的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。

工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。

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的公共建筑物。

预计雷击次数大于0.3 次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。

3、三级防雷建筑物

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0.012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。

预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物。

根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果,并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素,确定需要防雷的21区、22区、23 区火灾危险环境。

在平均雷暴日大于15d/a的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区,高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

注:建筑物年预计雷击次数计算参见GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附录A

建筑物易受雷击的部位:

建筑物易受雷击部位与多种因素有关,特别是建筑物屋顶坡度与雷击部位关系较大。

① 平屋面或坡度不大于1/10的屋面—檐角、女儿墙、屋檐,如图(a)、(b)。

② 坡度大于1/10且小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐,如图(c)。

③ 坡度不小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角,如图(d)。

建筑物的防雷装置组成:

1、接闪器应由下列的一种或多种组成:

独立避雷针; 架空避雷线或架空避雷网;

直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。

(1)避雷针:安装在建筑物突出部位或独立装设的针形导体。可以吸引雷电流进行放电,从而保护建筑物免受雷击。

避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成,其直径不应小于下列数值:

针长1m以下:圆钢为12mm;钢管为20mm。

针长1~2m:圆钢为16mm;钢管为25mm。

烟囱顶上的针:圆钢为20mm;钢管为40mm。

(2)避雷带和避雷网:避雷带是设置于屋脊、屋檐、屋角、女儿墙和山墙等条形长带;避雷网相当于纵横交错的避雷带叠加在一起,即可防直击雷,又可防感应雷。

避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢,优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2,其厚度不应小于4mm。

当烟囱上采用避雷环时,其圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2,其厚度不应小于4mm。

(3)避雷线:架设在架空线路之上,保护架空线路免受直接雷击。避雷线和避雷网宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。

2、引下线:连接接闪器和接地装置的金属导体。

引下线宜采用圆钢或扁钢,宜优先采用圆钢,圆钢直径不应小于 8mm。扁钢截面不应小于48mm2,其厚度不应小于4mm。

当烟囱上的引下线采用圆钢时,其直径不应小于12mm;采用扁钢时,其截面不应小100mm2,厚度不应小于4mm。

引下线应沿建筑物外墙明敷,并经最短路径接地;建筑艺术要求较高者可暗敷,但其圆钢直径不应小于10mm,扁钢截面不应小于80mm2。

建筑物的消防梯、钢柱等金属构件宜作为引下线,但其各部件之间均应连电气通路。

采用多根引下线时,宜在各引下线上于距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡。

当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时,可不设断接卡,利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板,该连接板可供测量、接人工接地和作等电位连接用。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时,应在每根引下线上于距地面不低于0.3m处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡,其上端应与连接板或钢柱焊接。连接板处宜有明显标志。

在易受机械损坏和防人身接触的地方,地面上1.7m 至地面下0.3m的一段接地线应采取暗敷或镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等保护设施。

3、接地装置:接地体和接地线组成的总体称为接地装置。

(1)接地体或接地极:直接与土壤接触的金属导体称为接地体或接地极。接地体可分为人工接地体和自然接地体。

人工接地体是指专门为接地而装设的接地体;自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的混凝土基础内钢筋等。

(2)接地线:连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线。

(3)接地装置相关规定:

埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢;埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm;扁钢截面不应小于100 mm2,其厚度不应小于4mm;角钢厚度不应小于4mm;钢管壁厚不应小于3.5 mm。在腐蚀性较强的土壤中,应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。接地线应与水平接地体的截面相同。

人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m,当受地方限制时可适当减小。

人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。

防直击雷的人工接地体距建筑物出人口或人行道不应小于3m。当小于3m时应采取下列措施之一:

水平接地体局部深埋不应小于1m;

水平接地体局部应包绝缘物,可采用50~80mm厚的沥青层;

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。

埋在土壤中的接地装置,其连接应采用焊接,并在焊接处作防腐处理。

建筑物防雷措施:

1、一类防雷建筑物措施

(1)应装设独立的避雷针或架空避雷线(网),使被保护的建筑物及其相关装置牌接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5*5m或6*4m。

(2)独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱,宜利用其作为引下线。

(3)独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属之间的距离不得小于3米。

(4)架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离不得小于3米。

(5)当建筑物高于30米时,尚应采取防侧击措施。

(6)当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时,树木与建筑物之间的净距不应小于5米。

2、二类防雷建筑物措施

(1)宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线(网)或由其混合组成的接闪器,避雷网(带)应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设,并应在整个屋面组成不大于10*10m或12*8m。

(2)引下线不少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于18米。

(3)高度超过45米的建筑物,应采取防侧击和等电位保护措施。

(4)有爆炸危险的露天钢质封闭气罐,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;两接地点间距不宜大于30米,冲击接地电阻不应大于30欧姆。

3、三类防雷建筑物措施

(1)宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线(网)或由其混合组成的接闪器,避雷网(带)应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设,并应在整个屋面组成不大于20*20m或24*16m。平屋面的建筑物,当其宽度不大于20米时,可仅沿周边敷设一圈避雷带。

(2)引下线不少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于25米。周长不超过25米,高不超过40米,可只设一根引下线。

(3)砖烟囟、钢筋混凝土烟囱,宜在烟囱上装设避雷针或避雷环保护。多支避雷针应连接在闭合环上。金属烟囱应作为接闪器和引下线。

(4)高度超过60米的建筑物,应采取防侧击和等电位措施。

4、滚球法:

在一定高度的避雷针下面,有一个安全区域,在这个区域中的物体基本上不致遭受雷击,故称为避雷针的保护范围。单支避雷针保护范围可以用“滚球法”求得,其形状是一个对称的锥体。

(1)当避雷针高度h小于或等于滚球半径hr时:

① 距地面hr处作一平行于地面的平行线。

② 以避雷针针尖为圆心,以hr为半径,作弧线交平行线于A、B两点。

③ 分别以A、B为圆心,hr为半径作弧线,该两条弧线上与避雷针尖相交,下与地面相切,再将此两条弧线以避雷针为轴旋转180°,形成的圆弧曲面体空间就是避雷针的保护范围。

④ 避雷针在hx高度x—x′平面上的保护半径rx按下式确定:

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