防雷论文 仙桃市实验高中实验楼防雷设计

1、仙桃市实验高中实验楼防雷设计刘蕾南京信息工程大学雷电防护科学与技术，南京 210044摘要：学校是传播知识的场所，又是人员密集的地方，因此实验高中实验楼的防雷相当重要。本文对实验高中实验楼进行了防雷设计主要包括接闪器的布置、引下线的结构选择和布置、接地装置的安放、感应雷的防护、等电位连接、电源信号系统SPD安装等防雷措施。关键词：实验楼；防雷设计；直击雷防护；感应雷防护0引言雷电从人类的出现开始就对人们造成大量的灾害。从最初的单一的直击雷危害，到现在的直击雷与感应雷双管齐下的危害，雷电对我们造成的灾害已经不能用数字来阐述的了。而到了现代，在这个高端产品充满这社会各个角楼的时代，高端产品方便我们

2、生活的同时，它在雷电下犹如婴儿般脆弱的身体也给我们带来了巨大的损失。学校实验楼就是一个鲜明的实例，实验楼中充满这各种高端产品，物理实验室有许多的精密仪器，计算机房有大量的计算机。所以实验楼的防雷显得尤为重要。仙桃是一个相对发达的市级县，所以相对而言，这里的防雷水平相对较高，防雷措施相对比较完善，但也有许多的漏洞。最近几年就发生了不少建筑物等遭雷击的事故。例如仙桃市天马酒店信息机房遭雷击，导致整个大楼网络中断，仙源大道的供电线路遭到雷击，造成供电断路，交通堵塞等危害，所幸遭雷击的地方不是人员集中地，所以未造成人员伤亡。文章的防雷设计争取使建筑物更好的防护雷电的灾害，减少损失。雷电灾害主要是直击雷

3、和感应雷造成的灾害。对于直击雷，建筑物外部设备大多由直击雷造成灾害，可以采用避雷针，避雷带，避雷线等设备进行防雷减灾；而感应雷，根据统计，大部分的室内设备被感应雷危害，对于感应雷，可以采用与被保护物相对应的电涌保护器进行保护。文章通过对仙桃市实验高中的现场勘测，了解其结构，知道它的内部排放，被保护物的安放位置等。然后根据建筑物防雷规范GB50057-2010；建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004等防雷设计规范进行设计。主要对建筑物外部与建筑内的一些设备进行防雷设计，重中之重为建筑物中的计算机房与监控设备的防雷保护。文章结合地理环境，天气状况等情况，对该建筑进行了完整的防雷设计

4、。1现场勘测1.1 学校的地理位置学校在仙桃市的西部，南面临近经济开发区，东面临近市民娱乐休闲广场。仙桃市地跨东经1125511349、北纬30043032，属亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛，阳光充足，气候温和，具有南北兼优的气候特点。根据气象资料,平均雷暴日数28.5天, 属于多雷区。 1.2 学校具体情况(1)学校处于仙桃市西部。(2)学校旁边有一马路，学校所处土壤的土壤电阻率为500m(3)学校实验楼东对教学楼，西邻学校食堂，南靠学校宿舍，北傍附近居民房，是所处一代最高的建筑物。实验楼顶部有3台仪器，仪器高2m，其高度不超过屋面最高处。学校由架空线路供电。(4)实验楼高34.5m

5、宽21.3m 长62.7m,分7层，有一平台，是砖混结构。(5)建筑内部有物理实验室，化学实验室，计算机教学教室，物理实验器材室，化学仪器与化学物品存放室等，建筑内有监控摄像设备。(6)电源线通过架空形式进入控制室和门卫室，在控制室和门卫室的供电系统不进行防雷考虑。2设计依据2.1防直击雷2.1.1 灾害评估(1)根据对建筑物的勘测，结合公式Ng 0.024T d 1.3 （1） （2） （3）其中L 、W、 H 分别为建筑物的长、宽、高为建筑物所处地理位置的年平均雷暴日为40天。根据建筑物所处地理情况取值 k=1代入数据可得实验楼等效面积 Ae=0.032代入数据得到实验楼的年平均雷击数N为

6、0.087次/a。根据建筑物防雷设计规范GB50057-94规定划分为第二类防雷建筑物。(2)根据二类建筑物规范且实验楼屋顶上安放了3台仪器，为了安全起见采用混合组成的接闪器避雷带和避雷针。2.2防感应雷实验楼中的计算机房与监控设备极易受到感应雷的危害，根据IEC及国家防雷标准的要求，对其设有三级防雷措施，第一级电源防雷应设在大楼的总配电房，第二级电源防雷应设在楼层配电箱或机房的总电源处，第三级防雷应设在各个监控设备及重要的用电设备前。 监控中心的电源总进线处，可以对进线则加装DXH01-380DJ或DXH01-FS/4等专门的防雷箱作第一级保护。对其它分支线路或重要设备前分别加装DXH01-

7、220DJ或DXH01-FS/2等专门的防雷箱作第二级保护，至于从电源插座取电的计算机显示器等，可加装DXH-Z5等专门的电源插座作第三级保护。对电源部分作多级防雷保护将线路中感应的雷电电流一级一级地削弱，将残压逐级降低，直至用电设备可以承受。3方案设计3.1直击雷防护实验楼属于第二类防雷建筑，在建筑物的屋顶上有3台仪器，若只采用避雷带来进行防雷工作，那么屋顶上的3台仪器的安全存在较大隐患。所以实验楼可以应采用避雷针与避雷带共同作用的方案，可以更好的保护建筑物的安全。3.1.1避雷带(1)避雷带的设计避雷带是保护实验楼外部设施的主要措施。避雷带应沿屋顶平面四周架设，其高度高于女儿墙1015cm

8、，避雷带材料采用圆钢，圆钢要求直径不小于8mm，每隔1m设一支点。屋面还要设置一避雷网，沿屋角、屋脊、屋檐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10m10m或12m8m的网格。(2)引下线的设计实验楼是砖混结构。实验楼长62.7m，宽21.3m，建筑物属于第二楼防雷建筑物，根据国家建筑物防雷设计规范，引下线需要8根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距18m左右，引下线的电阻不大于10，实验楼高34.5m，故实验楼应装设均压环,环间垂直距离不应大于12m，所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上。图1 引下线设计(3)接地装置采用水平接地体。实验楼所在地的土壤电阻率为

9、132.3m，可得地网的有效长度le=2=23m (表示土壤电阻率)。水平接地体采用-440镀锌扁钢，埋设深度不应小于0.5m，水平接地体的焊接长度为80mm。垂直接地桩采用550502500mm的热镀锌角钢，桩与桩之间间隔为5m。水平接地体与地面之间可敷设沥青层绝缘，所有进出楼房电气设备及金属管道的接地装置可以与避雷带接地装置共网。3.1.2避雷针（1）避雷针的设计实验楼屋顶有一突出物，避雷针应架设在屋面最高处（图5），避雷针的规格采用直径20mm、避雷针尾径50mm，屋顶上的观测仪器高度为2m，仪器靠近平台，最远的仪器与避雷针的距离相距20m，安装的避雷针设计高度为16m，其埋入墙壁1m,

10、屋顶最高出高出屋顶平面5m，根据公式 （4）其中h=20m，=45m，=2m，经计算得=24.2m 因为24.2m20m，所以仪器在避雷针的保护范围之内。 图2 屋顶避雷针(2) 避雷针直接与避雷带连接形成一个针和带混合的接闪器(3)接地装置避雷针与避雷带共用接地装置。3.2感应雷的防护实验楼楼内有计算机房、视频监控系统等受感应雷危害严重的设备。对于实验楼内的计算机系统，一旦遭受雷电冲击, 轻则造成数据丢失, 系统运行失灵, 重则造成设备永久性损坏。就对学校造成损失。而对于视频监控系统，若遭到雷电灾害，可能导致系统的瘫痪，甚至造成人员的伤亡。3.2.1计算机房的感应雷防护1.计算机信息系统的感

11、应雷入侵途径感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的, 形成感应雷电压的几率很高,对建筑物内的电气设备,尤其是低压电子设备威胁巨大。结合实验楼情况, 感应雷入侵实验楼计算机信息系统的主要途径有以下三个。(1)由电源供电线路入侵 实验楼采用的是架空线路供电，电源由电力线路输入室内前可能遭受直击雷和感应雷。直击雷击中高压电力线路, 经过变压器藕合到220V低压,入侵计算机供电设备。另外,低压线路也可能被直击雷击中而感应出雷电过电压。在220V电源线上出现的雷电过电压平均可达10KV,这对计算机网络系统可造成毁灭性打击。(2)由计算机通信线路入侵由计算机通信线路入侵分为以下三种情况:a.雷云

12、对地面放电时,在线路上感应出上千伏的过电压,击坏与线路相连的计算机信息系统设备,并通过设备连线侵人其他通信线路。这种入侵是沿通信线路传播,涉及面广,危害范围大。b.当地面突出物遭到直击雷打击时,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。c.若某一线路被雷电击中时,与其相邻并平行铺设的其他线路会感应出过电压冲击, 危害相应的连接设备。(3)地电位反击电压通过接地体入侵雷电击中实验楼避雷针或避雷带时, 强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地, 在接地体附近产生放射型的电位分布, 会在靠近的其他电子设备接地体产生高压地电位反击, 人侵电压可高达数万伏。这种反击电

13、压可以导致UPS输出、输入端,计算机及其他网络设备连接端口被击穿。也可以直接烧坏用电器的绝缘部分。2.计算机房的具体防雷设计(1)计算机房的选址与屏蔽有研究报告指出，现代计算机对雷电极为敏感。即使几公里外的高空雷闪或者对地雷闪都有可能导致设备的薄弱环节发生损坏。因此，计算机房的位置应该选在LPZ1区内。信号线缆宜采用屏蔽电缆,在屏蔽层两端及雷电防护区交界处做等电位连接并接地。图3 信号线路屏蔽(2)等电位连接把计算机房内的金属门窗、交换机外壳、机柜外壳、配电箱外壳、避雷器接地等通过等电位连接形成一整体(3)浪涌保护器（SPD）学校计算机房的防雷器分为电源SPD与信号SPD。A.实验楼的电源SP

14、D的应该结合实验楼的实际情况，再根据表1来进行选择。要注意的是浪涌保护器连接导线应平直,其长度不宜大于0.5m。若电压开关型浪涌保护器至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时5m, 应在两级浪涌保护器之间应加装退藕装置。表1 电源防雷器的安装规定设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备需要特殊保护的设备耐冲击过电压类型IV类III类II类I类耐冲击过电压额定电压6 kV4 kV2.5 kV1.5 kVa.在计算机房所在建筑物总配电箱处安装三相电涌保护器, 通流容量为60kA (波形8 /20s)作为电源的第一级保护。b.在计算机房楼层分电

15、箱处安装三相模块式电源电涌保护器,最大通流容量40kA,作为第二级保护。c.在计算机房UPS电源或计算机房设备前安装单相串联避雷器,作为电源线路第三级保护。d.计算机房设备前安装通流容量为10kA单相防雷插座,作为精细电源防雷保护,对电源箝位和滤波。 B.实验楼的信号SPD的安装，应该在进、出建筑物的信号线缆, 在直击雷非防护区（LPZOA）或直击雷防护区（LPZOB）与第一防护区（LPZl）交界处安装适配的信号线路浪涌保护器, 并尽量靠近要保护的设备安装。而系统信号线路浪涌保护器的选择,应根据线路的工作频率、传输介质、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式、特性阻抗等参数,选用电压驻波比和插

16、人损耗小的适配的浪涌保护器。3.2.2 监控摄像系统的防雷设计(1) 视频监控系统的综述学校实验楼有一个视频监控系统，是实验楼的主要保护措施。监控设备的监控室设在实验楼底楼的中心位置。视频监控系统一般由前端设备部分、传输部分、控制与记录及显示部分等几部分组成。前端设备部分包括摄像头、云台、解码器等;传输部分包括控制解码线路、视频线路、音频线路和电源线路等; 控制与记录及显示部分包括监控中心电脑、视频矩阵、硬盘录像机、对讲系统等。(2) 防雷设计A 监控设备所在建筑物的情况实验楼使用220V低压配电系统,采用TNS系统的接地方式。进入实验楼的电源线、信号线等不使用架空线路。实验楼内金属排水管、金

17、属采暖管等金属导体已作局部等电位联接,并进入共用接地系统。建筑物屋顶上装有观测设备、空调外机和灯具等电气设备时,把设备外壳与避雷带（网）连成一体,这些电气设备的电源线与配电装置相联接。接闪器的引下线应沿建筑物外墙暗敷,并经最短路径接地。B 监控室设备主要设备的具体设计 实验楼监控设备主要包括监控中心电脑、视频矩阵、硬盘录像机、对讲系统以及监控室电源等设备。学校实验楼视频监控系统监控在建筑物底层中心部位,在雷电防护最高级区。 学校实验楼的视频监控系统的设备为金属外壳,与监控室内的机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器接地端等以最短的距离连接,并与等电位连接

18、网络的接地端子连接。实验楼的视频监控系统的设备与建筑物外墙、构造柱、引下线保持1m左右距离,以防止大楼遭到直击雷时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。进入监控室的电源线、信号线使用屏蔽电缆。控制、对讲系统的防雷措施视频信号插口采用16口组合式视频避雷器,以保护硬盘录像机视频输入口不被浪涌电压击坏,例如型号: REP - 16GVD。由光纤传送信号的摄像头等不考虑安装视频避雷器。硬盘录像机RS232 接口采用RS232 接口避雷器,以保护硬盘录像机串口不被浪涌电压击坏,例如型号: REP - X08 - D9。所有进入控制室的控制线路加装控制线路避雷器,例如型号: REP

19、 - X04 - YT。有线对讲系统安装音频线路避雷器,例如型号为REP - X04 - AU。对电源系统产生雷电灾害的雷击高电位70%是从电源线侵入的,为保证设备安全,一般电源上应设置三级避雷保护。a.在监控室所在建筑物总配电箱处安装三相电涌保护器, 通流容量为60kA (波形8 /20s) ,例如型号: REP - XEL385B15,模块式,标准导轨安装,作为电源的第一级保护。b.在监控室楼层分电箱处安装三相模块式电源电涌保护器,最大通流容量40kA,例如型号:REP - D380B7B,作为第二级保护。c.在监控室UPS电源或监控设备前安装单相串联避雷器,例如型号: REP - D22

20、0UPSC,串联安装,功率5kW,带LC滤波,超低残压输出,作为电源线路第三级保护。电源作三级配合保护有利于雷电流的有效泄放。d.监控室设备前安装通流容量为10kA单相防雷插座,例如型号为REP - D220CK,作为精细电源防雷保护,对电源箝位和滤波。图3 电源SPD安装监控室的防雷接地、电源接地、保护接地、工作接地、信号接地、防静电接地等应连接形成等电位网,即共用接地系统,共用接地系统的冲击接地电阻不应大于1,如果大于1,则补打接地极。终端设备的防护,实验楼的终端设备机房均在实验楼的房间内, 终端设备的接地与实验楼的接地体连接,接地相当可靠, 但要注意系统所属设备柜内接地连线应尽量短。传输

21、线路的防护,视频监控系统的传输线路主要有光纤、同轴电缆及双绞线。在系统防雷时应针对不同的传输线路分别做不同的防护。实验楼主要使用光纤为传输线路。光纤作为传输线路时,由于本身不是导体,对雷电流没有感应,所以线芯不考虑做防雷措施,但加强芯应接地处理。 接地装置a.电子电气设备的接地体和接地线统称为接地装置，它由埋入地中的金属接地体和电子电气设备外壳的接地线两部分组成。楼层的接地线可以采用绝缘铜导线，其截面积不小于16mm2。实验楼接地为水平敷设，一般可用圆钢、扁钢，其截面一般不应小于最小计算接地截面。b.接地体的连接（1）接地装置应采用焊接，焊接应牢靠，实验楼采用圆钢作焊接，搭接长度为直径的六倍，

22、保证可靠的电气接触，接地检测点不允许焊接，连接处要镀锌，并用镀锌螺栓连接；（2）焊接处不应有夹渣、咬边、气孔及未焊透现象；（3）焊接处应涂沥青，以防腐蚀；（4）前端机房供电电源和馈线的入口处均应装避雷装置，并设置良好的接地系统；（5）接地处的土壤电阻率，应尽可能选择土壤电阻率小的地方。学校所处的地方的土壤电阻率为132.3m，土壤电阻率不是很大，可以不用采取降阻处理。监控中心与接地装置连接，其接地电阻不得大于1。4 结束语通过以上各种方式对各系统的保护，组成了一个从电源到信号的完整的高效的防雷保护网络，通过使雷电电磁脉冲层层削弱的方式将雷击造成的危害降低到最小的程度，尽可能的保证了计算机房和监

23、控室设备的正常工作，从而保证了实验楼内的系统正常运行。本文首先从建筑物所处的地理位置、外部防雷、内部防雷进行综合考虑，外部设有防直击雷的接闪器避雷针和避雷带，建筑物内部设有防感应雷、防电磁脉冲的防雷装置，即等电位连接、屏蔽、共用接地系统、电源和信号SPD等。总而言之，根据实验楼的实际情况量体裁衣，进而制定出合理、实用的防雷工程设计。 参考文献：1 建筑物防雷设计规范.GB50057-20102 建筑物电子信息系统防雷技术规范.GB50343-20043 电子计算机机房设计规范(GB50174- 93)4 张小青.建筑物内子设备的防雷保护M.北京：电子工业出版社，2006 5 梅卫群，江燕如建筑

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