境系樓防雷設計方案江西信息技術學院系樓設計單位：XX防雷責任有限公司設計人：朱賤牛 審核人：XX審核單位：江西省氣象局設計時間：2012年06月6日 目錄第一章.概述 3雷電的概述 3設計項目:1.1雷電入侵的途徑設計項目:1.1雷電入侵的途徑2 .4環境系樓概況11TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第二章.設計依據 11\o"CurrentDocument"第三章.設計思路 13\o"CurrentDocument"原有防雷裝置情況及分析 13\o"CurrentDocument"第四章.設計方案 14外部防雷設計 144.1.1接閃干桿 144.1.2引下線 154.1.3接地裝置 15\o"CurrentDocument"內部防雷裝置設計 15等電位連接設計 15供配電系統防雷設計 16信號線路防雷設計 19機房207與102機房防雷設計 20\o"CurrentDocument"第五章.防護效果評估 20\o"CurrentDocument".外部防雷防護效果分析 20\o"CurrentDocument"5.2.內部防雷防護效果分析 21\o"CurrentDocument"第六章.工程維護及管理 21 產品選擇21\o"CurrentDocument"62方法設計 21\o"CurrentDocument"63工程實施 21\o"CurrentDocument"6.4工程測試 21\o"CurrentDocument"6.5工程交付 22\o"CurrentDocument"6.6質量保證 226.7 維護與服務22\o"CurrentDocument"附錄.工程預算表 22第一章概述1.雷電的概述雷電，是眾多大氣現象中的一種，發生在云際、云地、云空之間迅猛的脈沖放電，它產生強烈的閃光，并伴隨巨大的響聲，一種既恐怖又壯觀的大氣物理現象。自然界這種強大的放電能夠直接擊在建筑物或防雷裝置上或從建筑物的側、旁擊在建筑物上，危害地面上的建筑物等物體和人、畜生命；雷電產生強大的電磁脈沖（LEMF），具有極大的破壞性。江西是雷電多發地區，年平均雷暴日數為4283天，據不完全統計，每年因雷擊傷亡人數達一百多人，損壞變壓器、家電、通訊設備、網絡設備上千臺，并造成建筑物被毀、火災事故以及部分地區停電、停水、信息網絡癱瘓、通信中斷，經濟損失近億元。雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，它的危害基本上可分為兩種類型：一是直擊雷危害，由于雷電流的熱效應引起的危害以及雷擊產生的內壓力和沖擊波效應；二是雷擊電磁脈沖引起的危害，主要有雷電電磁感應和雷電靜電感應引起的感應過電壓；如圖1-1所示。雷電危害直擊雷 雷電感應就、電—機效效械應應效圖1-1雷電危害的分類1.1雷電入侵的途徑入侵建筑物及建筑物內電子信息系統的雷電過電壓、 過電流主要有以下幾個途徑：⑴由直擊雷入侵⑵閃電感應(3)閃電電涌侵入⑷地電位反擊直擊雷在雷暴活動區域內，雷云直接通過人體、建筑物或設備等對地放電所產生的電擊現象，稱之為直接雷擊。直擊雷產生的雷電效應主要有熱效應、電效應及機械效應。由于雷電流的作用時間很短，在計算雷擊點處的溫升以及雷電流通過金屬物體所產生的溫升時，均可忽略散熱的影響，于是溫度可表示為mT—中 △-溫升，c；m 金屬物體質量，kg；入一一比熱，J/(kgC)。當溫升值過高時，就會造成金屬的熔化。在通常情況下，用于直擊雷防護的接閃器所用材料必須符合國家規范要求，所以接閃器等金屬物不會被雷電流熔化。在建筑物遭受雷擊后，雷電流會沿建筑體內各種金屬導體通路流入大地， 由于金屬體自身存在著電阻，雷電流流過它們時也會產生熱量，這種熱量可表示為(3.2)W=Ri(3.2)式中 R——金屬導體電阻，門；i 雷電流，A。在防雷分析中，常用單位歐姆熱量這一參數，其表達式為 一=i2dtRBl式中W/R——單位：歐姆熱量，JZ。雷電的直接破壞作用除了熱效應夕卜，還有機械效應和沖擊波。在雷云對地放電時，這兩種效應與熱效應一樣，均能對地面被擊物體造成嚴重損害。但從危害的方式來看，兩者有所不同，前者是產生電動力和內壓力，后者則是產生沖擊波。1.1.2閃電感應雷電感應式造成信息系機房設備受損的主要原因，因為這種危害的覆蓋范圍大，其中雷電感應主要有雷電的靜電感應和電磁感應。 雷電的靜電感應與電磁感應作用屬于雷電的間接破壞作用。雷電的間接破壞作用比直擊雷害范圍大的多，屬于空間三維的破壞。由于雷電靜電感應和電磁感應引起的過電壓會損害信息系統機房的線路和設備，在防雷設計中，一定要作為重點認真的進行設計防護措施。靜電感應雷電的靜電感應是因為當雷云形成時，地面上的金屬結構會產生與雷云底部相反的異種電荷，如圖1-2所示。在各種架空的線路上，同樣會因雷云對地放電而產生靜電感應電荷。圖1-2金屬屋頂上的靜電感應⑵電磁感應雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的路徑周圍產生很強的暫態脈沖磁場。根據電磁感應定律，這種快速變化的脈沖磁場交鏈導體回路時，能在回路中感應出電動勢，產生過電壓和過電流，產生的過電流會造成電氣設備遭到電擊而損毀。在現代建筑物內，通常布置和鋪設著各種電源線、信號線和金屬管道（如供水管、供熱管和供氣管等），這些線路和管道常常會在建筑物內的不同空間構成導體回路或回環，如圖1-3中陰影部分所示。(a)金屬管形成的回路 (b)天饋線形成的回路圖1-3感應回路所引起的電子設備損壞示意1.1.3閃電電涌侵入入侵建筑物及建筑物內電子信息系統的雷電過電壓、 過電流主要有以下幾個途徑：由直擊雷入侵雷電直接擊在建筑物或建筑物的附屬設備、線路上，導致設備財產損失。由供電線路入侵建筑物的電源由電力線路引入室內，電力線路可能遭受直擊雷和感應雷。直擊雷擊中高壓電力線路后，經過變壓器耦合到低壓側，入侵到為建筑物設備及信息系統供電的設備。另外，低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應產生雷電過電壓。在電源線上出現的雷電過電壓平均可達 10KV,對電子信息系統可造成毀滅性打擊。電源干擾復雜的眾多原因之一就是其中包含著許多的可變因素， 電源干擾可以以共模或差模方式存在。電源干擾復雜的另一個原因就是干擾情況可以從持續周期很短暫的尖峰干擾到全失電之間變化。由信息系統信號傳輸線路入侵當地面突出物遭受直擊雷打擊時，強雷電壓將臨近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜夕卜皮，進而擊穿其夕卜皮使高壓入侵信號傳輸線路。雷云對地面放電時，在線路上感應出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電氣設備，并通過設備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。當通過一條多芯電纜連接不同來源的導線或者多條電纜平行敷設時， 若某一條導線被雷電擊中，就會在相鄰導線中感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。（4）地電位反擊電壓通過地下管道、接地體入侵雷擊時強大的雷電流經過引下線和接地體而泄入大地， 在接地體附近形成放射形的電位分布。若有連接其他電子設備的其他接地體靠近，即產生高電壓地電位反擊，入侵電壓可高達數萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引下線在傳導強大的雷電流入地時，在附近空間產生電磁場變化，進而相鄰的導線上感應出雷電過電壓，因此建筑物的外部避雷系統不但不能保護建筑物內的電子設備， 反而可能引入雷電。電子信息系統等設備集成電路耐壓能力很弱， 多以電子信息系統防雷系統必須層層設防，以確保電子信息系統安全。1.1.4.地點位反擊由電路原理可知，暫態電流流過電阻與電感串聯支路時，將會在該支路上產生壓降，支路的總壓降中含電阻上壓降分量和電感上壓降分量。在建筑物遭受雷擊時，雷電流沿防雷裝置中各分支導體流動，經接地體匯入大地。從工程近似的角度，可以把分支導體看成是具有分布電感和電阻的電路， 把接地體等值地看做是集中電阻，即接地電阻。于是雷電流流過防雷裝置中各分支導體和接地體時，將會在分支導體的電感、電阻和接地電阻上產生壓降，使防雷裝置中各個部位的對地電位都有不同程度的升高。由于雷電流持續時間很短，這種電位升高現象所持續的時間也很短，所以稱為暫態電位升高。 在許多情況下，暫態高電位還可以從雷擊處通過一定的渠道傳遞到較遠的地方去，在那里再引起反擊，損壞設備，這種現象稱為雷電反擊。1.1.5.雷電防護的發展趨勢雷擊災害作為世界十大自然災害之一，曾給人類造成了無數經濟損失和人員傷亡，特別是現代電子信息和新能源技術的發展，雷電的危害變得更加廣泛和深化。雷電危害的頻繁發生促進了雷電防護行業的誕生， 到目前為止，世界雷電產業規模已經非常龐大，雷電防護產品應用領域也不斷擴展，已從最初的建筑、電力領域拓展到了軍工航天、企業信息化系統、新能源、電氣化鐵路等多個現代化領域。從國內來看，我國的雷電防護行業雖然起步較晚，但已初具規模，截止2009年9月，國內共有具有雷電防護設計、施工資質的雷電防護企業 1524家，其中甲級資質企業44家，乙級資質企業590家，丙級資質企業891家。其中，電涌保護器制造企業已超過550家，全國雷電防護行業目前的從業公司約有2500家左右。為深入了解雷電產業及我國雷電防護行業未來幾年的市場前景， 本文首先介紹了雷電產業的發展歷程，然后分別從建筑、電力、通信、石油石化、軌道交通等雷電防護產品主要需求領域出發，闡述我國乃至世界雷電防護產品的市場容量及市場前景環境系樓概況該建筑物主要用于學生實習，老師辦公，存放實訓器材之用。其四周都為混凝土地面，地勢有一定的落差。建筑物南面為 10米高的男生宿舍，北面為學院廣場，東面是校園超市，地勢低于建筑物一米。西南面為小花園，地勢高于建筑物2米。建筑物一樓有四個房間，分別為防雷接地實訓室（內有很多實訓儀器）、地面觀察實訓室、器材室、102計算機機房等；其二樓為老師辦公室及207機房等。該建筑物長62.8米，寬14.6米，高1L3米，為兩層框架建筑物。（詳情見建筑物四置圖）第二章設計依據《中華人民共和國氣象法》《南昌市防雷減災條例》3.IEC60364建筑物電氣裝置4.IEC61662雷擊損害風險的評估5.IEC62305-2:2006雷電防護第2部分：風險管理GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》（2010年版）。GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》。GB/T17949.1-2000《接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則第1部分：常規測量》。GB50045-1995《高層民用建筑防火設計規范》（2005年版）GB50016-2006《建筑設計防火規范》（2006年版）。部分：總則》。GB/T21714.1-2008《雷電防護第部分：總則》。GB/T21714.2-2008《雷電防護第二部分：風險管理》。GB/T21714.3-2008《雷電防護第三部分：建筑物的物理損壞和生命危險》GB/T21714.4-2008《雷電防護第四部分：建筑物內電氣和電子系統》。GB/T19271.1-2003《雷電電磁脈沖的防護第 部分：通則》。GB/T19271.2-2005《雷電電磁脈沖的防護第 部分：建筑物的屏蔽、內部等電位連接及接地》。GB/T19271.3-2005《雷電電磁脈沖的防護第 部分：對浪涌保護器的要求》。GB/T19271.4-2005《雷電電磁脈沖的防護第 部分：現有建筑物內設備的防護》。DL475-2006《接地裝置工頻特性參數的測量導則》GB50054-1995《低壓配電設計規范》。DL/T612-1997《交流電氣裝置的接地》。GB/T2887-2000《電子計算機場地通用規范》。GB50174-1993《電子計算機機房設計規范》。GB/T50314-2000《智能建筑設計規范》。GB50055-1993《通用用電設備配電設計規范》。JGJ46-2005《施工現場臨時用電安全技術規范》。GB50174-1993《建設工程施工現場供用電安全規范》GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》CJJ33-200《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》GB/T19856.1-2005《雷電防護通信線路第1部分：光纜》。GB/T19856.2-2005《雷電防護通信線路第2部分：金屬導線》。GB6650《計算機機房用活動地板技術條件》GB/T50311-2000《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》。GB50348-2004《安全防范工程技術規范》。GB50116-1998《火災自動報警系統設計規范》。JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》。第三章設計思路原有防雷裝置情況及分析1外部防雷裝置：該建筑物小閣樓的中部安裝了一根高三米的接閃桿，二樓樓頂安裝了一根高8.5米的接閃桿，但其已經腐蝕和扭曲；建筑樓面四周安裝了接閃帶，也出現腐蝕顯現，并且某些不封出現了斷裂的跡象，建筑物原采用的是利用建筑物基礎內鋼筋做自然接地體，利用建筑物柱內鋼筋做引下線，經數據采集，建筑物其引下線的根數位5根，按二類防雷建筑物的要求，每隔18米需設引下線一根，該建筑沒有達到標準，需要增設引下線。（具體情況見樓頂平面圖）2.內部防雷裝置：該建筑物機房102和機房207采用的是M網格型等電位連接網絡，設置了兩個局部等電位連接端子，需要等電位連接的設備已經進行了等電位連接，設配間采用的事串聯的方式，樓層其他各個房間沒有設等電位連接端子板及樓層上的金屬門窗沒有跨接。經數據采集，該樓機房等電位接地電阻遠遠大于4q,沒有符合規范要求。需要從新設置人工接地體從而降低接地電阻。3電力系統：該建筑物的低壓配電線路（三相電）是由學院總配電房經PVC套管埋地引入一樓總配電箱，在進建筑物中穿入了金屬管道。然后由一樓總配電箱引入二樓分配電箱及一樓個房間。再由二樓的分配電箱引入二樓各個房間。配電系統的保護方式，從學院總配電房到系樓總配電箱采用的是 TN-C方式，從一樓到二樓采用的是TN-S方式。其各樓層配電箱沒有安裝SPD雷電流很有可能沿線路入侵房間各種低壓用電設配，造成重大損失。且，在配電箱中的電力線沒按規范標準的要求選著相應的顏色。需要從新設計，達到安全用電標準。信號線路：①進入建筑物的信號線路是由綜合樓中心機房引出的光纜進架空方式已入建筑物二樓光端機，再由光端機將光信號轉化為電信號，經交換機分別引進建筑的各個房間。在引入過程中沒有裝設信號SPD雷電流很有可能經信號線路損壞設備，危害人生安全。②進入該建筑物的天窺線是由樓頂衛星天線經同軸電纜引入二樓專業機房中，其也沒有裝設SPD.第四章.設計方案外部防雷設計4.1.1接閃干桿本設計由原有的防雷裝置改建而來，利用原有的材料達到經濟合理的目的。如圖位置設立兩根接閃桿，其A點在樓頂閣樓中間其高4米，加閣樓距離樓頂高度為10.63米；B點位置如圖環境（系樓保護范圍設計效果圖）所示：其高度距離樓層頂部8.5米；其兩根均采用截面60m的不銹園鋼作接閃裝置。③從圖中（環境系樓保護范圍設計效果圖）可看出，本設計由雙針來保護建筑物樓面，在圖中，除AEB區域內，根據《GB50057建筑物防雷設計規范》其各自按單針計算。其樓層保護范圍A點：圓弧ECAt半徑：R=28.65米B點圓弧保護范圍：R=26.36米；中間四邊形按雙針計算，其最小保護寬度所圖（系樓保護范圍設計效果圖）所示：0E=20.705米4.1.2引下線引下線設計：該樓層框架結構，應利用建筑物的基礎鋼筋做自然接地體，樓層采用暗敷引下線，達到引流的目的；其中A,B,F，J，H,K，I，G點利用建筑物柱內鋼筋做引下連接自然接地體；AKAJ,AMBF,BJ，BH采用暗敷樓面并連接至接閃帶。其引下線均采用直徑10m鍍鋅圓鋼。詳細見設計圖一（環境系樓保護范圍設計效果圖）4.1.3接地裝置該建筑物為框架式，應利用建筑物基礎內鋼筋作為自然接地體，計算機機房根據規范要求及接地電阻不應大于4Q，故機房接地裝置需要另行設計，詳情請見一一機房207與機房102防雷設計。內部防雷裝置設計4.2.1等電位連接設計系樓等電位連接應利用建筑物基礎鋼筋作為接地裝置，將系樓金屬門窗樓梯，進入建筑物金屬管道，電力線路等統一連接到建筑物接地干線上（白色）線條達到等電位連接的目的。機房207和機房102其共用接地體的接地電阻不符合規范要求，需要另外設計，補加人工接地體達到降低接地電阻的目的具體設計詳細見（機房102和機房207等電位連接網絡）設計圖見（環境系樓等電位連接設計）4.2.2供配電系統防雷設計根據環境系樓勘測報告分析，該建筑物電低壓配電線路（三相電）是由學院總配電房經PVC套管埋地引入一樓總配電箱，在進建筑物中穿入了金屬管道。然后由一樓總配電箱引入二樓分配電箱及一樓個房間。再由二樓的分配電箱引入二樓各個房間。配電系統的保護方式，從學院總配電房到系樓總配電箱采用的是TN-C方式，從一樓到二樓采用的是TN-S方式。其各樓層配電箱沒有安裝SPD且，在配電箱中的電力線沒按規范標準的要求選著相應的顏色從SPD選型考慮，該建筑為2類防雷建筑物，其首次最大正雷電流幅值為150KA需要在系樓總配電箱裝設一級保護的開關型SPD根據該樓的使用性質和雷電危險造成的影響，對系樓進行三級防雷保護。圖中（環境系樓供配電系統防雷設計圖）的白色線條采用穿金屬管道的敷設方式，防止電磁感應所產生，其他分配電箱以此一樣從而達到逐級防護，層層設防。其各級 SPD勺規格及參數見表:其SPD的參數下表格:三相EFF1DOT額定工作電壓此22OVAC標稱頑電電涼In田貯0口〃BOldk最大啟攵電電瘵（8/20ksj山0后人最大持續運行電壓樁電4QVAC電壓保護水平Up舫稱就電電追時）2.5kV電壓保護水平VpCln=5kA）1.5k7掏電謊IL<20kA瞬方式并聯夕流3M料白色阻噫塑料宣裝方式35的祎;隹導軌安裝工作壞僵條件盤度范H:-40*C-+70*C濕度范圉：：30^85%(25*C)功能特點膏化碑才^翱弟霰扣（社絕起火艱熾、指示燈可視告誓、熱富（二級保護SPD90mmX36mffiX71ffini（二級保護SPD90mmX36mffiX71ffini應????其SPD的參數如下：單相EPF65S220VAC40kA65kA440VAC2.2kV1.5kV<20al屯E”+『施骨芳國：3階&%。正廠瞬過就扣〔疲魏1熾、指示燈可視器APEooo(s>其SPD相關參數如下見圖上所示（三級保護SPD423.信號線路防雷設計信號線路：①進入建筑物的信號線路是由綜合樓中心機房引出的光纜進架空方式已入建筑物二樓光端機，再由光端機將光信號轉化為電信號，經交換機分別引進建筑的各個房間。在引入過程中沒有裝設信號SPD雷電流很有可能經信號線路損壞設備，危害人生安全。②進入該建筑物的天窺線是由樓頂衛星天線經同軸電纜引入二樓專業機房中，其也沒有裝設SPD.具體設計應該在進入系樓處安裝信號SPD具體情況見（信號防雷保護設計圖）4.2.4.機房207與102機房防雷設計系樓計算機機房201接地電阻為10Q,沒有符合規范要求，應該增加人工接地體，用來降低接地電