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在裝有防雷位置的空間內,避免發生生命危險的重要措施是采用等電位連接。由于防雷設備直接裝在建筑物上,要保持防雷裝置與各種金屬物體之間的距離已很難做到.因此,只能將屋內的各種金屬管道和金屬物體與防雷位置就近連接在一起,并進行多處連接.首先是在進出建筑物處連接,使防雷裝置和鄰近的金屬物體電位相等或降低其間的電位差,以防反擊危險。另外,嚴格要求各種金屬物體和金屬管道與防雷裝置有可靠連接,以達到均壓目的,是免除跳閃的有效措施.值得引起高度注意的是,豎向金屬管道、物體,更可能帶有很高的電位,如處理不當,就可能出現跳閃現象:一種是金屬管道帶高電位,向四周的金屬物跳擊,一種是結構中的電位差。其驗收技術要求和指標如下:
①屋頂廣告牌、冷卻塔等電位連接:與避雷帶焊接不少于兩處(對角),材料采用圓鋼≥Φ8mm或扁鋼-4X40mm,厚度≥4mm。注意:各金屬物、設備間的防雷引下線不得串聯,應與天面引下線預留端子連接。
②豎向金屬管道:要求豎向金屬管道的頂端和底端與防雷裝置連接,高層建筑每三層連接一次,設計安裝必須預留接地。
③屋頂的其他金屬構件與避雷帶可靠焊接,并不少于兩處,注意:各金屬物、設備間的防雷引下線不得申聯,應與天面引下線預留端子連接。④電梯接地:電梯導軌接地,每條不少于兩處,高層建筑每三層連接一次,與柱內鋼筋預留端子可靠連接。
⑤高低壓變壓器接地:應就近與防雷地可靠連接,且不少于兩處(可從近處柱筋預留),阻值R≤4歐姆.
⑥地下供水管道接地:應與建筑物防雷接地可靠連接,且不少于兩處,測量接地電阻,阻值R≤10歐姆。
⑦地下燃氣管道與其他金屬管道間距:地下燃氣管道離建筑物基礎的距離≥0. 7m,離供水管≥0.5 m,以上均指水平距離。地下燃氣管道離其他管道或電纜的垂直距離≥0. 15 m。注意:燃氣管道進出建筑物必須與防雷地連接,并不少于兩處。
⑧低壓配電保護接地檢查PE干線是否接地.檢查受電設備的外露導體有無通過保護線與接地預留端子連接。
二、高低壓線路防雷驗收技術要求和指標
進出建筑物的高低壓線路的敷設方式和建筑物防雷措施的正確與否.對建筑物及其內部的各種設備和人身影響很大,因此,應采取嚴格的防雷措施,其驗收技術要求和指標如下:
1、高壓線路敷設方式為防止雷電流沿電力線侵人機房,在距變壓器300-500 m的高壓線上方架設避雷線,終端桿及前四桿必須接地(注意不允許用桿筋做引下線),埋地入機房配電房,埋地長度不小于50 m.電纜金屬護套(管)、鋼帶兩端應分別與防雷接地連接。
a.線桿(塔)的接地各桿(塔)接地:應設計成環形或輻射形.變壓器終端桿及前四桿必須分別接地。3kv以上高壓線路相互交叉或與較低的低壓線路、通線路交叉時,交叉兩端的桿塔(共四基)不論有無避雷線,均應接地。
b.電纜接地高壓電纜兩端金屬護層,鋼帶在入機房前和入機房處應分別接地,鋼筋混凝土桿鐵橫擔、橫擔線路的避雷器支架、導線橫擔與絕緣子固定部分或瓷橫擔部分之間,應可靠連接,并與引下線相連接地。
2、低壓線路敷設方式:全線采用電纜埋地或一段金屬愷裝電纜穿鋼管埋地進人建筑物內,埋地長度不小于15 m.
a.埋地電纜:金屬愷裝電纜的外皮、穿線的鋼管、電纜橋架、電纜接線盒、終端盒的外殼等均應可靠接地。接地電阻R≤10歐姆.
b.線桿(塔)、鐵橫擔等接地:線桿鐵橫擔、絕緣子鐵腳及裝在桿塔上的開關設備、電容器等電器設備均應可靠接地.接地電阻R≤5歐姆.入戶前三基電桿均應可靠接地,接地電阻桿R≤5歐姆;其余R≤20歐姆.
高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導到其他地方和室內造成破壞的雷害現象。這種雷害現象占雷害的絕大部分,所以按《建筑物防雷規范》的規定,凡是有用電設備的建筑物都要考慮防高電壓引入的措施。
高電壓引入的高電壓源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導線,讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內;第二種是來自感應雷的高電壓脈沖,即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應.它們在各種電線中感生幾千伏到幾十千伏的高電位,以波的形式沿著導線傳播而引入室內的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地,因其通過地網入地時,在地網上會發生數十千伏至數百千伏的高電位.這種高電位通過電力系統的零線、保安接地線和通系統的地線,也是以波的形式傳人室內,并沿著導線傳播到遠處,殃及更大的范圍。
高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關心的問題。由直擊雷直接擊中電力線,線等金屬導線時,雖然直接被擊中點的電位與雷云的電位相等.即具有數百萬伏至數千萬伏甚至更高的電位。但是當雷電流沿著導線向兩邊傳播的時候,高電壓每經過一根電線桿,電桿上的瓷瓶就會對地發生閃絡.這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡電壓,這電壓一般只有30~40kV.一般低壓架空線的波限抗為300~600歐姆。假設線路的波阻抗為500歐姆,那么它在終端入地的電流為40000/500=80A,所以只要距離雷擊點有3桿以上(即I000m以上),其終端入地電流峰值不會大于20OA,但是,如果雷擊點很近.在三根電桿之內,入地峰值電流可能達到10 kA以上。由感應雷引起的高壓源。理論上也可以達到100 kV,但是它的實際電壓和電流值不可能大于上面所講的直擊雷高壓源的數值。
第三種高壓源是指直擊雷直接擊中大樓或附近時所形成的高壓源。這時,高壓源的電壓由沖擊電流峰值和地網的沖擊接地電阻決定。根據資料報道.按50%概率統計.直擊雷的峰值電流為30 kA,如果接地網接地電阻以4歐姆計,則接地網接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV,即達到120000V。也就是說,零線與相線間的電壓有120000V(以上都是以低壓電網和通架空電線計)。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通設備都是無法承受的。
由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設備多的,所以對高壓雷電引人的設備必須予以足夠重視,在工程上往往要根據設備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設防。其中級設防,往往是把高電壓雷電脈沖的幅值降低,其辦法有下列三種。1. 輸電網金具接地法
如果電源輸入是明線輸入,應把入室前三根電桿的線碼鐵腳用金屬線引下接地,以便降低閃擊電壓。并且進房屋前后一根電桿的零線(或接地系統的地線)重復接地,接地電限不應大于10歐姆(見圖1)。并在相線與地之間留有2 mm的空氣間隙,把從相線引來的過電壓降下來,可能的悄況下,進戶線應盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進線。在雷電高發區,房尾前為開闊地,或房子內有精密電子設備和電子計算機的情況更應該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應小于15m。并要求從架空線轉電纜的進線端,和電纜入屋的輸出端,都接避雷器。避雷器的接地端、電纜的金屬屏蔽層、鋼管都必須接到防雷電感應的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進人鋼筋水泥大樓后,仍必須與從大樓、梁、柱內引出的一條主鋼筋作電氣連接,無鋼筋連接的建筑物應做接地極,把零線重復接地。
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圖1 接零系統在架空線路上零線重復接地做法圖
當雷電波到達電纜首端(輸人端)時,避雷器被擊穿,電纜外皮導體與電纜芯接通。一部分雷電流經電纜首端接地電阻入地;另一部分雷電流流經電纜芯。由于雷電流高頻諧波相當豐富.產生集膚效應,流經電纜芯的電流被排擠到外皮導體去。同時,流經外皮導體的電流在芯中產生感生反電勢.使流經電纜芯的雷電流就被抑制到很小。2. 相線與地線間并聯電容器法
架空電線引入的地方裝設保護電容器對感應雷有良好的保護效果,但對直擊雷則無能為力,原因是直擊雷能量太大.電容器承受不了。裝設保護電容器能對感應雷高電壓引入起到良好保護作用的原因是;
當天空出現雷云的時候,地面即感應出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應到與地面大致密度相同的電荷.設其電量為Q。當閃擊使雷云與大地之間的電荷迅速中和而使雷云與大地之間的電場,由于架空線與大地之間有較大的電阻而不能及時使它上面的電荷,這就使架空線與大地之間形成感應高電壓,該電壓為
V感=Q/C
式中:
C-架空線對大地之間的電容,該電容很小,通常只有百分之幾法;
Q-導線與大地間存儲的電荷。
如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個電容器,即使只有很小.也可以使架空線路的引入高電壓降低到原來的幾十分之一。
如果接人電容的容量再大些,感應電壓將可以降到更低。
在架空電線裝電容器防止感應雷的優點是時間響應為零,因為電容的瞬變電流是超前于電壓的;其次是使雷電壓波形變鈍.鈍波形比尖波形危害要小.并聯電容器對直擊雷無能為力,但將電容器與保護間隙合并使用會得到更好的效果。因為放電間隙電流通流容量很大,從幾千安到幾十千安。但它有時間滯后,它們并聯使用互補其短.對防止高電壓引人能起到很好的作用。架空電線引入和電纜輸入、輸出端接口也可以用氧化鋅避雷器來防止高電壓引入。它的時間響應小于50ns。當采用電容器與其他器件并聯避雷時,電容器的耐受電壓應高于所并聯器件的殘壓。3.變壓器隔離法
在電源線和號傳輸線上裝變壓器可以對雷電高電壓引入起很有效的限制作用.當強大的雷電波輸入變壓器時,由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍,使得激勵的磁感應強度遠遠大于鐵芯允許通過的大磁感應強度,因而變壓器鐵芯飽和,變壓器的磁-電變換暫時失效,雷電高電壓不能傳輸到變壓器的副邊.從而保護了用電設備。所以,凡是裝了變壓器的電子儀器比未裝變壓器的電子器被雷擊損壞的概率小得多。
防雷技術術語或定義屬于基本的防雷理論.作為防雷基本工作的防雷工程檢測、審核與驗收的技術人員,應能深刻理解并牢記。
3. 1 IEC62305,61312,61643等規定的防雷設備的構成框圖見圖1-1.應注意防雷裝置除了明顯的、專用的、為大家所熟知的接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護
器(SPI))外,還有許多可以兼作防雷用的其他金屬裝置。例如剪力墻中的鋼筋,接了地的金屬門窗及其他所有連接導體,它們的作用往往不被人們所認識,但實際上它們
同樣重要,不可或缺.再如在建筑物玻璃幕墻的設計中,應將玻瑞幕墻的金屬豎向龍骨、橫向龍骨和建筑物的框架柱、梁內鋼筋等防雷網接通,連成一個格姍更密的整體
防雷法拉第籠,把可能施加于玻璃幕墻的巨大雷電能量.通過建筑物的接地系統,迅速地泄放到大地,保護玻璃幕坡和建筑物免遭雷電破壞.在這里,玻瑞幕堵的金屬龍
骨自然也就具備了接閃器的功能,可以有效防止側擊雷的危害,同時還加強了電磁屏蔽3.2外部防雷裝置由子可能直接截收直擊雷擊.需要承受強大雷電流帶來的電效應、熱效應和機械效應等.所以.強調使用的導體的規格尺寸.與上一條一樣,要注
意用作接閃、引下的金屬屋面和金屬構件等同樣是外部防雷裝置的一部分.例如:金屬的廣告架、旗桿、欄桿、水箱、放散管、爬梯等。
3. 3內部防雷裝置利用的主要防雷技術措施是屏蔽、分流、等電位、接地、合理布線等,用來減小和防止雷電流在需防護空間所產生的電磁效應。所以.甚至連重要
設備的安放位置都屬于內部防雷技術中的一部分。
3.4接地是重要的防雷技術措施之一它是雷電防護技術中基礎的技術環節。同時.良好的接地也是電工技術中電氣設備和人員的基本保障措施之一接地裝置的好壞不能簡單地用接地電阻值來衡量.例如.同樣的接地電阻但不同的接地體規格尺寸.或者同樣的接地體規格尺寸但不同的接地線,都會影響到雷電流散流入地的效果。
接地按電流頗率可分為直流接地、交流接地(工頗)和沖擊接地(雷電、投切操作、核電磁脈沖等)。它們的功能有所差異.在設計施工時就有所不同。例如:交流接地
(工頻)的工頗接地電阻主要決定于土壤電阻率和接地網的面積。因此,變電所和發電廠的大地網常常主要由水平接地帶組成面積很大的網格狀接地。在發生工頻故降
短路電流時,網格式地網接地電阻與地網面積的平方根成正比,這是因為電位分布均勻,全部地網的導體都起散流作用,整個接地網都起到泄流的作用。對于沖擊接地裝置,由于雷電流的沖擊特性.接地電限與工頗接地電阻不同.其主要原因是沖擊電流的幅值可能很大.會引起土城放電,而且沖擊電流的等效頻率又比工頻高得多.當沖
擊電流進人接地體時,會引起一系列復雜的過渡過程,每一瞬間接地體呈現的等效電阻值都可能有所不同,而且接地體上大電壓出現的時刻不一定就是電流大的時
刻。網格式地網在沖擊電流作用下,由于電感作用,電位分布很不均勻.遠處電位很低,只有在接閃處電流注人附近小范圍內的導體起散流作用。也就是說,沖擊接地裝
置中的接地體不宜過長,GB50057-94規定沖擊接地裝置中的接地體長度不應大于
有效長度。
接地還是提高電子電氣設備電磁兼容有效性的重要手段之一。正確的接地既能抑制外部電磁干擾的影響,又能防止電子電氣設備向外部發射電磁波;而錯誤的接地
常常會引入非常嚴重的干擾,甚至會使電子電氣設備無法正常工作.尤其是成套控制設備和自動化控制系統,因為有多種控制裝置分散布置在許多地方.所以它們各自
的接地往往會形成十分復雜的接地網絡.不僅需要在系統設計時周密考慮.而且在安裝調試時也要仔細檢查和做適當的調整。
接地裝置由接地體和接地線組成.接地體的關鍵指標是接地體的規格尺寸大小、接地電阻大小以及耐腐蝕程度.它們關系到泄流效果、穩定性和使用壽命。接地
導體也稱接地線.對于一個聯合接地的大地網來說,可能需要多個接地線從接地網不同的部位引出,以滿足不同的功能需要.其關鍵指標是接地線的截面積和各聯結處
的連接電阻。
接地:
對于防雷來說,開始和重要的一步就是接地.一個符合防雷規范和用電設備正常工作的接地系統,它應該是單一的,也就是所有需要接地的系統共用一個接地.這樣既能平衡各系統的零地電位壓,又能有效的防止地電位之間的反沖.
共用接地系統的制作:
在制作地網的地下位置,其所有的金屬構件均應焊接于接地網之上.
接地裝置包括:水平接地裝置和垂直接地體.水平接地材料通常使用4*40以上的熱鍍鋅扁鋼或12#以上熱鍍鋅圓鋼;垂直接地體通常使用5*50*1500以上的熱鍍鋅角鋼或各種接地鋼管和銅棒.
水平接地裝置的鋪設應沿屋周圍環形鋪設,其距建筑的距離應為5-10米,在大樓有鋼筋入地的情況下,應與大樓鋼筋取兩點以上可靠連接,其與建筑的距離應達到15米以上.在人行橫道或經常有人活動區域,其埋藏深度應達到1米以上.各引下線和預留的檢測裝置均應套絕緣管.
垂直接地體的使用應沿水平接地體垂直鋪設,其鋪設距離應為本身長度的1.5-2倍,距檢測點5米開始鋪設.
共用接地體統的使用:
各類防雷中,對公共接地系統的接地阻值均采用1歐姆以下.
直擊雷的接地(避雷針\避雷帶\各突出的金屬構件)
在不同類別建筑防雷中按距離設置引下線,其引下線接地在入地端需設置斷接卡,以保證能定時檢測出各引下線在斷連時的連接狀態.
感應雷的接地(工作接地\保護接地\防雷接地)
在各接地中需單獨設置引下線入地,其地下距離為10米以上.接地端設置集中接地排.
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