电业局供电所大楼综合
防
雷
设
计
方
案
目 录
一、概述：
二、设计依据
三、现场勘测
四、防雷设计
五、管理以及维护
六、设计效果分析
七、主要避雷器及工程预算
一、概述：
随着经济的发展，高新技术在各行各业的推广应用，电子计算机与各类通讯设备之间已经实现了智能化联网。随着系统的完善，其取得的经济效益和社会效益逐步得到了体现。然而，频繁的雷害也已对许多设备的正常工作造成了一定的影响和危害，并给运行维护工作带来较大的压力，特别是对精密电子设备的损害造成的损失尤为巨大。随着经济的发展，高新技术在各行各业的推广应用，电子计算机与各类通讯设备之间已经实现了智能化联网。随着系统的完善，其取得的经济效益和社会效益逐步得到了体现。然而，频繁的雷害也已对许多设备的正常工作造成了一定的影响和危害，并给运行维护工作带来较大的压力，特别是对精密电子设备的损害造成的损失尤为巨大。
雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，对供电系统（中国低压供电系统标准：AC 50Hz 220/380V）和用电设备的影响以及
防雷和防浪涌的保护，已成为人们关注的焦点。云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。大多数闪电电流在10，000至100，000安培的范围之间降落，其持续时间一般小于100微秒。
供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。
二、设计依据
本设计引用的技术标准和规范
(1)国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》 (2000年版)
(2)国家标准GB50174-93《电子计算机机房设计规范》
(3) GBJ115-87《工业电视系统工程设计规范》
(4)YD5003-92《电信专用房屋设计规范》
(5)GB7450-87《电子设备雷击保护导则》
(6)GB50054-95《低压配电设计规范》
(7)GA173-1998《计算机信息系统防雷保护器》
(8)国际标准IECl024《建筑物的防雷》
(9)国际标准IECl312《雷电电磁脉冲防护》
三、现场勘测
1）、 经现场勘探及贵单位所提供变电所房建尺寸平面图，电力调度中心大楼的长宽高分别为56.74m、18.89m、21.5m。
该变电所位于市区内所以校正系数K=1。
2）、GB50057-94规定确定该建筑物年预计雷击次数N
N=K*Ng*Ae
K-校正系数，一般情况下取1，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处，地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿地带的建筑物取1.5，K=1.5。
Ng-建筑物所处地区雷击大地的年平均密度
Ae-与建筑物截收相同雷击次数的等效面积
Ng=0.024*Td¹´³
Td-建筑物所处地区年平均雷暴日。
Td--年平均雷暴日（d/a）。根据当地气象台、站资料确定Td=69.9（d/a）.
Ae=[LW+2(L+W) H(200-H)+πH（200-H）]*10-6
Ae-与建筑物截收相同雷击次数的等效面积
L-建筑物长 W- 建筑物宽 H-建筑物高
Ng--建筑物所处地区雷击大地的年平均密度Ng=0.024 Td1.3 (次/km2•a)
3）、Ae--建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）；
其计算方法应符合下列规定：
当建筑物的高度H＜100m时，其每边的扩大宽度（D）和等效面积（Ae）应按下列公式计算确定：
N=K*Ng*Ae
N =K*0.024*Td¹´³ [LW+2*(L+W)*√H*（200-H）+πH*（200-H）]* 10-6
=0.448次/a
年预计雷击次数为式中：N=0.448次/a
L、W、H--分别为建筑物的长、宽、高（m）
当L为56.74m，W为18.89m、H为21.5m
勘测结论：经勘测表明，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
第二章第2.0.3条第九款，年预计雷击次数大于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物为第二类防雷建筑，所以变电所为第二类防雷保护建筑。
四、防雷设计
1.建筑物外部直击雷防护设计
(一)直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三种影响：
1.巨大的雷电流在数微秒时间内流入地下，使地电位迅速抬高，造成反击事故，危害人身和设备安全。
2.雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。
3.雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。
雷击防护区划分：
一建筑内电磁场受到如窗户口这样的洞和金属导体（如等电位连接带、电缆屏蔽层、管子）上电流的影响以及电缆路径的影响。
将需要保护的空间划分成不同防雷区，并做符合要求的等电位连接，
LPZ0A区：直击雷作用区，处于建筑物避雷针系统保护区以外的区域，由于本区内所有物体均有可能遭受直接雷击，并可能导走全部雷电流；另外本区内所有物体均处于雷电电磁场最强处，故对于雷电的感应最强。
LPZ0B区：感应雷主作用区，处于建筑物避雷针系统保护区内，但未经空间电磁屏蔽，雷电作用电磁场并不衰减，处于此空间的所用可导电物体均可感应较强雷电电磁脉冲。
LPZ1区：建筑物屏蔽区，本区内各物体不可能遭受直击雷，流往各导体的雷电流比0B区进一步减小，本区内电磁场也可能会衰减，取决于建筑物的屏蔽措施。
LPZ2区：房间屏蔽区，对于计算机主机房所处空间，应采取屏蔽措施，以进一步减小空间电磁场的干扰。
当金属导线（电源线、信号线等）穿越不同的保护分区时，因电磁感应的作用，会产生较高的过电压，影响室内设备的安全。因此，需安装相应的过电压保护器，对设备进行保护。在不同的保护分区，所采用的防雷器级别是不同的。同时，需要作相应的等电位处理。
防雷保护分区和防雷器的分级应用如下图所示：
（二）、避雷针的保护范围：
因为变电所为第二类防雷建筑物，滚球半径为45，进行以下计算：
此建筑的最小保护半径为：
rx=√19.42+15.72=√ 622.85 =25 m
rx=hr-√（hr-h）2+（D/2）2-X2
经计算h=44m
避雷针的高度为32m
两支等高的32m针才可以使该建筑得到全保护，但是就此真高度而言安装在一栋高为12米的建筑物上，从美观艺术上看就很不妥当了，为考虑到这点，建议不应安装普通的32米高的针，应该选择选用西班牙INGESCO的PDC系列提前放电避雷（一根5米高针的有效保护半径为85米）
（三）、避雷器选择：
根据以上所提供的资料，我公司设计以下方案；建议：选用西班牙INGESCO的PDC系列提前放电避雷针.其具有以下优点:
(1)无需维护非电子式，长寿命;
(2)无电子系统不会因浪涌冲击将其损坏,雷击后防护质量不会改变;
(3)不同保护半径的型号选择;
(4)完全主动式引雷系统,当有闪电时，才会自我激活;
(5)外形美观安全可靠，由国际知名的高压实验室进行测试及检定。
在所有变电站建筑顶部中心安装PDC5.3型避雷针.安装高度为5米。
避雷针主要组成部分：避雷针、连接头、支撑杆、底座。
避雷针规格尺寸：避雷针至连接头0.62m、支撑杆4m、底座0.38m。
（四）、引下线与接地体的材料：
根据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94第四章防雷装置第二节引下线第4.2.1条：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。考虑到以上变电所为钢筋混凝土建筑，据规范第三章，第三节第3.3.5款规定，建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱内部钢筋做为引下线，当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层时，可利用基础内部的钢筋做为接地体。因该建筑属于钢混结构，可直接利用建筑内部柱内主钢筋作为引下线及基础内部钢筋作为接地装置。但屋顶避雷器必须要和建筑主径不少于两处的焊接或搭接（扁钢为3面施焊，圆钢为不小于直径的6倍搭接，两面施焊），必须做防腐处理。
2.感应雷防护设计
（1）信号线防护设计
1）．计算机网络过电压保护必须运用电磁兼容原理将计算机网络局部的防护归结到机房的整体的雷电过电压保护。
2）．计算机网络设备所处的建筑物作为一个欲保护的空间区域，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几个雷电保护区，以规定各部分空间不同的雷电磁脉冲(LEMP)的严重程度。
3）．根据雷电保护区的划分要求，机房所在建筑物外部是直接雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为0区;建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。
4）．进入机房建筑物的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312--雷电电磁脉冲防护标准，安装上ZPSPD 不同类别的电源类SPD，以及通讯网络类SPD。(SPD瞬态过电压保护器)。
5）．SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。
6）、SPD保护必须是多级的，例如对计算机网络设备电源部分雷电保护而言，至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。
7）、为各级SPD之间做到有效配合，当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时，应在两级SPD之间采用适当退耦措施。
8）、建在城市、郊区、山区不同环境下银行营业网点，设计选用过压型SPD时，必须考虑网点供电电源不稳定因素，选用合适工作电压的SPD。
9）、信号SPD应满足信号传输带率、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容。
10）、信号SPD由于串接在线路中，在选用时应选用插入损耗较小的SPD。
监控系统雷电防护及选型：
任何一个监控系统均由前端系统，终端系统，传输系统及控制系统四个子系统组成。前端系统一般在室外，容易遭受直击雷和感应雷，同时通过传输系统及传输系统本身对雷电的感应，将雷电传输到监控中心，损坏终端设备，破坏控制系统。
(1)、直击雷防护
应在室外的摄像机支承杆顶安装能保护摄像机的避雷针,并作出相应地网接地(要求接地电阻小于10欧)在监控大楼应有防直击雷的避雷（带、针、塔）装置，并建造一组小于4欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。
（2）．感应雷防护
对应的防雷器的安装
1）、摄像机：
•电源处安装DXH01-P200串联式电源防雷器。
•视频信号线上安装对应接口的QFL01-V40视频防雷器。
•带有云台的摄像机，安装一只对应QFL01-V485控制线路上防雷器，
在监视器前分别安装对应接口的视频防雷器QFL01-V40。
2）、控制器：
•安装对应的QFL01-V485控制线路防雷器。
3）、监控大楼
•在接收发设备前安装视频防雷器QFL01-V40。
在微波接收射发机前安装对应接口的天馈信号防雷器QFL01-T2000。
程控交换机的雷电防护及选型要求：
程控交换机遭雷击的途径与电子设备大体相同，一是直接雷击，二是雷电波沿电话线侵入，三是雷电电磁脉冲造成的过电压和过电流，而后两种情况出现的机率要大得多。为此，国际电信联盟在其相关技术标准中制定了相应的防雷技术措施，其要点是：
一、程控交换机所在建筑物要有防直击雷设施，即建筑物应按GB50057-94（建筑物防雷设计规范）标准装设避雷针（网、带）、引下线和接地体，高层建筑要做均压处理防侧击雷。有些人认为避雷针安得越高越好，这是不正确的。建筑物按照防雷等级标准划分为一、二、三类，相应超过30、45、60米高度就会失去作用，而且增加了建筑物的载重和造价。
二、合理的综合布线及接地对程控交换机的防雷至关重要。在引进建筑物的所有金属管线入户处，应进行等电位连接，在程控交换机房内所有接地线都要就近与等电位连接带连接。程控交换机的布线是一项专业性很强的工作。布线工作包括程控交换机的外线、内线、电力供电线、室内接地线等。中继线、内线、电力线、电力供电线从建筑物外引入建筑物时，应该直埋或利用地下管道敷设。在重要的场所应该严禁这些线路架空引入；进入室内后，不要沿建筑物的外墙引入机房，最好在建筑物的几何中心位置预留电缆井，并把强、弱电设备的进线分开敷设；在机房内应采用单点接地的方法敷设接地线；动力供电线与信号传输线要尽可能避免平行敷设。
三、在电源线、信号线上加装避雷器，雷电电磁脉冲侵袭时，及时把雷电流分流入地从而起到保护作用。选用防雷器件时，要注意其响应时间大小。有些防雷器在雷电流侵入时，被保护器件被击坏了，防雷器在仍完好无损 ，这是因为其响应时间太慢。现在市场上流行的以氧化锌电阻（又称压敏电阻）为核心器件组成的线路避雷器，反应速度比较快，使用效果比较好。
程控交换机建议在输入端采用RJ45-E100/4S信号防雷保护器，其最大持续工作电流500MA、最大持续工作电压24V、最小箝位电压30Vrms、限制电压（8/20）60V、通流容量5KA、保护线4线、反应速度10-12秒。
（2）.供电系统防护设计
1）、 供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）：
雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上：
直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。
间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。
2）、 内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：
供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。
直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。
间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。
供电系统的雷电浪涌保护：
对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压（TVS）保护，建议最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口（比如商业银行的总配电柜）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。
第一级防雷器应连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。一般要求该级电源保护器具备100KA（三相）以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V。我们称为CLASS I 级电源防浪涌保护器。 这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过SPD时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASS I 级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。
根据GB50054-95《低压配电设计规范》规定省、市级金融系统为第二类防雷建筑物，而该变电所内的总配电柜的一级防护，建议选用德国OBO三相V25-C/3+NEP 50KA/相（10/350）、2KV绝缘电阻小于100欧姆、温度的适应范围在-40C--+85C的电源一级防雷器。
供电系统第二、三级雷电电源防护：
根据GB50343—2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求规定，在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一级防护区（LPZ01）交界处应安装通过一级分类试验的浪涌保护器做为第一级保护，第一级保护区之后的各分区交界处应安装二、三级浪涌保护器，因为二级防护一般安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的前端（在监控系统机房电源进线配电箱空气开关末端，并连电源二级，三相电源防护）浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。而第三级雷电电源防护，可在用电设备前端输入处即UPS输出处安装第三级的电源防浪涌保护器，或在机房主机前串联电源三级防雷插座，确保主机的安全，在显示器前串联电源三级防雷插座确保各显示器及各用电设备的安全以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。（参见UL1449-C2的有关条款）。
该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为20KA或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的。同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。
二级电源防雷器建议用德国OBOV20-C/3+NEP、40KA/每线;
三级雷电防护：建议在UPS的前端装加装一级三相AM2-20/3+NPE 最大通流量40KA/每线（8/20）的三相电源防雷器，在重要设备前端选用插座式浪涌保护器，（滤波型防雷插座A6-420NS单相三线制带同轴保护）。
3.等电位连接
1）．实行等电位连接的主体应为：设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道；供电线路含外露可导电部分；防雷装置；由电子设备构成的信息系统。
2）．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(SPD)
3）．通过星型(S型结构或网形M型)结构把设备直流地以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。小型机房选S型，在大型机房选M型结构。
4）．机房内的电力电缆(线)、通信电缆(线)宜尽量采用屏蔽电缆。
5）．架空电力线由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，埋地深度应大于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。而该机房的主要考虑的内容为：
（1）等电位连接分发射机房室内和主机房室内两处。考虑到室内电子设备的布置相对较集中，所以在室内各设置一块接地母排。接地母排的材料选用40X4(mm)的紫铜排。用35mm2多股接地铜线，从接地母排连接到建筑物基础环形接地网的预留钢筋上。
（2）将机房电源避雷器的接地端，分别连接到接地母排上。
（3）将主机房电源的PE线、电源避雷器的接地端用多股铜芯导线就近连接到基础环行地网预留钢筋；
将工作地（交、直流工作地）、设备保护地、防雷保护地连接在一起，构成一个均压等电位体。
4.地网的设计：
接地体可以利用该建筑物基础内部钢筋，若不行，则可以另设地网，地网设计在建筑物周围，地网上端深度为800，宽不少于500，接地电阻为≤4Ω，垂直接地体采用5×50×2500热镀锌角钢，水平接地体采用4×40热镀锌扁钢，垂直接地体与水平接地体的连接采用双面焊接，水平接地体与水平接地体的搭接采用双面焊接，焊接长度不小于10cm，焊接处刷红丹或沥青油做防腐处理。接地线用4×40的热镀锌扁钢，预留接地测试点。汇接点用规格的扁铜，扁铜扁钢连接处采用气焊，在扁铜上预留Ф8的连接孔不少于三个，配备相应规格的不锈钢螺丝或铜螺丝。(单位为mm)
五、管理以及维护
1.防雷装置,应由熟悉雷电防护技术的专职或兼职人员负责管理
2.防雷装置投入使用后,应建立管理制度.对防雷装置的设计、安装、隐蔽工程图纸资料、年检测记录，均应及时归档，妥善保管。
3.周期性维护的周期为一年，每年在雷雨季节到来之前，应进行一次全面检测。
4.检测达不到要求，应及时提出整改。
六、设计效果分析
七、主要避雷器及工程预算：
列表（一）如下：
序号安装位置产品型号备 注
1屋面西班牙INGESCO建筑物外部防雷保护
2总配电箱V25-C/3+NEP第一级直接雷击保护B级
3分配电箱V20-C/3+NPE第二级过电压保护C级
4UPS前端AM2-20/3+NPE第三级过电压保护C级
5科华UPS前端AM2-20/2第三级过电压保护
6重要设备前端LTA6-420NS滤波型防雷插座式防雷器
7网络端口RJ45-E100/4S专用网络信号防雷器
8
视频信号线上
监视器前安装QFL01-V40
视频信号防雷器 9
云台控制线路上
QFL01-V485
有云台的摄象机控制线防雷器
| 
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狗仔卡
发表于 2006-5-25 19:33:00
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