古建筑物雷電防護
發布時間:2022-12-12 15:47:38
第一章 現場勘查情況
一、工程名稱及地址
1、項目名稱:寧國市仙人塔防雷安裝工程
2、項目地點:武漢市江夏區
3、地理位置:仙人塔位于寧國市城東50公里的仙霞鎮柘亭,為全國重點文物保護單位。
2、土壤地質:仙人塔所處土質狀況復雜,建于山頂四周坡度大且大多硬質巖石覆蓋,給接地裝置施工帶來難度。
3、氣象條件:根據寧國市氣象局資料表明,寧國市年平均雷暴日數為47天。屬于高雷暴區,而且每年寧國市轄區內因雷擊造成的事故和財產損失均有發生。
4、存在問題:
仙人塔始建于南宋紹興十三年,距今已有800多年。仙人塔七層六面,塔高26余米,磚木結構,每面寬2米,層層均有拱門及蹬道,由塔體外壁盤旋而上。每層均設有平座和挑出飛檐,上鋪筒瓦,山體加上塔身高度超過45米,根據防雷技術規范和國家相關標準因按二類建筑物防雷標準采取防直擊雷和防側擊雷等相關措施。
塔剎部分,系生鐵澆鑄,高5米,覆缽、仰蓮、相輪及寶瓶等金屬構件極易遭受雷擊,塔身和塔基部分均沒有引下線和等電位接地,導致雷電流無處釋放,從而對塔體造成破壞存在重大雷擊隱患。
二、工程內容
1.仙人塔三、五、七層接閃帶以及引下線建設。
2.塔頂避雷針和原塔剎金屬鑄件與避雷線連接建設。
3.電源防護建設。
4.避雷針、避雷帶接地裝置建設。
三、工程設計目的
通過防雷避雷設施的建設,保護古塔免受雷擊傷害。
四、工程設計范圍
1、古塔直擊雷、感應雷防護。
2、電源系統防護。
五、承接范圍
1、通過對該文物古建筑所需貨物供應和安裝調試、驗收、技術服務等相關服務。
2、承包方式:
采取總承包形式對本工程進行承包即包工、包料、包機械、包質量、包安全、包工期、包安全、包環境衛生、包驗收合格等全部工作內容。
六、工期計劃目標
合同簽訂生效后的25個工作日(如遇不可抗拒的自然災害如地震,風雪等原因導致工程停工的天數除外)內安裝調試,并投入使用。
七、設計標準和原則
1、設計依據
《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010
《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2012
《古建筑防雷工程技術規范》GB51017-2014
《建筑施工竹腳手架安全技術規范》JGJ 254-2011
2、設計原則及特點
在進行防雷避雷系統設計的時候,本著架構合理、安全可靠、產品質量保證、低成本、低維護作為出發點,并依此為貴單位提供先進、安全、可靠、高效的系統解決方案。
3、防護等級的確定
根據規范《古建筑防雷工程技術規范》GB51017-2014:
在可能發生對地閃擊的地區,下列建筑應劃為第一類防雷文物建筑:
??——全國重點文物保護單位的文物建筑;
——年預計雷擊次數不小于0.05次/年、或有雷擊史、或高度超過26 m的省級文物保護單位的文物建筑。依據規范仙人塔為第一類防雷文物建筑。
第二章 雷電防護總述
一、雷電防護的重要性
雷電是一種極具破壞力的自然現象,其電壓可高達數百萬伏,瞬間電流更可高達數十萬安培。千百年來,雷電所造成的破壞可謂不計其數。落雷后在雷擊中心1.5-2Km半徑的范圍內都可能產生危險過電壓損害線路上的設備。雷電災害如同暴雨、颶風一樣都屬于氣象(自然)災害,它與水、旱、刑事犯罪、交通事故統稱為影響社會安全和經濟發展的六大災害。
我國現存古代建筑物是世界文化遺產中的璁寶,除巍巍皇宮王府外,更大量是宗數寺廟。干百年來,除毀于人為外,如唐武宗滅法時,一次便毀掉了4600余座寺廟,更多的則毀于地震、洪水以及雷火之中。北京法源寺憫忠高閣五層木塔、妙應寺白塔、天祈年殿、明清承天門(今天安門)和三大殿、布達拉宮、開封佑國寺木塔、宣城敬亭山雙塔、承德外八廟普佑寺、沈陽明東陵等古建筑物破雷擊焚毀的部紛事例。1957年7月6日明十三陵長陵恩殿西部的獸頭被雷擊掉一半,橫梁被作裂、楠木大柱劈裂20厘米,同時造成一死三傷。由于我國古建筑物尚存量多,目前還有不少古建末完善防雷裝置,雷害仍在連續發生。急需建立古建筑物防雷體系,保古建筑長久平安。
二、雷擊侵入設備的途徑
1、 直接雷擊:是指雷電直接擊在建筑物構架、動植物上,因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器(針、帶、網、線、)引下線構成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。
2、感應雷擊:雷云放電時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊。雷電在雷云之間或雷云對地的放電時,并在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線和電磁感應并侵入設備,使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感
裝有避雷針的建筑物,可以避免雷擊損壞建筑物,但是雷擊通過避雷針的地線從建筑物頂端瀉放入大地或者附近發生雷擊的時候,會產生很強的電場,建筑物內的所有金屬物品均會產生感應電壓,這些感應電壓的高低隨著金屬形狀、距地線的距離和雷擊大小而變(根據IEC 61312標準,當雷擊擊中建筑物時,即使裝有避雷針,直擊雷電流50%的通過引下線和接地系統入地,仍然會有大約50%的雷擊能量仍會分配到電源系統)一旦您的電源輸入線、電話線、網絡線或其它電子設備的金屬引出、引入線感應到瞬間高壓,避雷針就無能為力了。感應雷擊破壞的主要對象是電子電氣設備。
3、電磁脈沖:由于雷電電流有極大峰值和陡度,在它周圍出現瞬變電磁場,處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢,而此瞬變電磁場,都會在空間一定的范圍內產生電磁作用,也可以是脈沖電磁波輻射,而這種空間雷電電磁脈沖波(LEMP)是在三維空間范圍里對一切電子設備發生作用。因瞬變時間極短或感應的電壓很高,以致產生電火花,其電磁脈沖往往超過2.4高斯(約20KA/m)。依據GB/T 2887-2000《電子計算機場地通用規范》現代銀行、郵電、證券機房或營業柜臺普通應用微機進行貨幣存取、信息傳遞與交換,其對磁脈沖承受限度應小于800A/m,故在新機房建設或舊機房改造時應對防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。
4、地電位反擊:建筑物的外部防雷系統(如避雷針、避雷網等)遭受直接雷擊,在接地電阻的兩端就會產生危險的過電壓,由設備的接地線、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系統或其他自然接閃物(各種管道、電纜屏蔽管等)引入設備,造成設備的損壞。
三、雷擊防護的基本原理
所謂雷擊防護:就是通過合理、有效的手段將雷電流的能量盡可能的引入到大地,
是疏導,而不是堵雷或消雷。一個完整的防雷系統包括兩個方面:直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潛在危險的。一般我們將其分為外部避雷和內部避雷兩部分。由避雷針(或避雷帶、避雷網)、引下線和接地系統構成外部防雷系統,主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故;而內部防雷系統則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設備中造成損壞,這是外部防雷系統無法保證的,為了實現內部避雷,需對建筑物進出各保護區的電纜、金屬管道等安裝過電壓保護器進行保護并良好接地。
1、多級分級(類)保護原則:即根據電氣、微電子設備的不同功能、受保護的程序和所屬保護區域確定防護要點作分類保護;根據雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道,對電源線和數據、通信線路都應做多級層保護。
2、外部無源保護:在0級保護區即外部作無源保護,主要依靠避雷針(網、線、帶)和接地裝置。保護原理:當雷云放電接近地面時,它使地面電場發生畸變。在避雷針(線)頂部,形成局部電場強度畸變,以影響雷電先導放電的發展方向,引導雷電向避雷針(線)放電,再通過接地引下線,接地裝置將雷電流引入大地,從而使被保護物免受雷擊。這是人們長期實踐證明的有效的防直擊雷的方法。建筑物的所有外露金屬構件(管道),都應與防雷網(帶,)良好連接。?
3、內部防護
(a)、電源部分防護:雷電侵害主要是通過線路侵入。對高壓部分電力局有專用高壓避雷裝置,電力傳輸線把對地的電力限制到小于6000伏(IEC62.41),線對線則無法控制。所以,對380v低壓線路應進行過電壓保護,按國家規范應分三部分:建議在高壓變壓器后端到建筑總配電盤前端的電纜內芯線兩端應對地加裝電涌保護器,作一級保護;在建筑總配電盤至各樓層分配電箱間的電纜內芯線兩端應對地加裝電涌保護器,作二級保護;在所有重要的、精密的設備以及UPS的前端應對地加裝電涌保護器,作為三級保護。目的是用分流(限幅)技術即采用高吸收能量的分流設備(電涌保護器)將雷電過電壓(脈沖)的能量分流泄入大地,達到保護目的,所以,分流、等電位技術中采用防護器的品質、性能的好壞是直接關系網絡防護的關鍵,因此,選擇合格優良的電涌保護器至關重要。
(b)、信號部分保護:對于信息系統,應分為粗保護和精細保護。粗保護量級根據
所屬保護區的級別確定,精細保護要根據電子設備的敏感度來進行確定。其主要考慮的如:衛星接收系統、電話系統、網絡專線系統、監控系統等。建議在所有信息系統進入樓宇的電纜內芯線端,應對地加裝電涌保護器,電纜中的空線對應接地,并做好屏蔽接地,其中應注意系統設備的在線電壓、傳輸速率、按口類型等,以確保系統正常的工作。
(c)、接地處理 :在計算機機房的建設中,一定要求有一個良好的接地系統,因所有防雷系統都需要通過接地系統把雷電流泄入大地,從而保護設備和人身安全。如果機房接地系統做得不好,不但會引起設備故障,燒壞元器件,嚴重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防干擾的屏蔽問題,防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統來解決。一般整個建筑物的接地系統有:建筑物地網(與法拉第網相接)、電源地(要求地阻小于10歐)、邏輯地(也稱信號地)、防雷地等,有的(如IBM)公司要求另設專用獨立地,要求地阻小于4歐(根據實際情況可能也會要求小于1歐)。然而,各地必須獨立時,如果相互之間距離達不到規范要求的話,則容易出現地電位反擊事故,因此,各接地系統之間的距離達不到規范的要求時,應盡可能連接在一起,如實際情況不允許直接連接的,可通過地電位均衡器實現等到電位連接。為確保系統正常工作,應每年定期用精密地阻儀,檢測地阻值。接地裝置由接地極及一些附件、輔助材料組成。接地裝置的選材和施工主要決定于土質結構,即土壤的地阻率ρ。不同層土質結構不同,因而地阻率ρ不同,為增加接地裝置使用效率,可使用長效降阻劑。
(d)、有外部防雷措施同時更需要完善內部防雷措施 :我們知道外部防雷措施中避雷設施的引下線在接閃以后,會有很大的瞬變電流通過,也就是說在周圍會產生很大的瞬變電磁場(LEMP)。因此,安裝了外部避雷措施不能代替內部防雷措施。再者,我們都知道,避雷針的工作原是引雷,所以在概率上來說,安裝了避雷針以后,建筑物的避雷系統遭受雷擊的可能性會增大,也就是說LEMP發生的幾率會變大,過電壓產生點的距離會縮短(引下線處),所以安裝了外部避雷措施的含有電腦網絡等系統的大廈更加需要內部防雷措施。
水平接地體寬度的2倍,三面施焊。
四、注意事項
1) 嚴格按照防雷設計標準、原則和已批準的設計進行施工。
2) 避雷針安裝人員必須采取安全防護措施。
3) 由于該建筑物周圍樹木較多,因此焊接施工時注意防火。
第六章 電源避雷防護施工方案
一、工程概況
1.為保障配電系統的安全運行需要進行防雷設備安裝。
2.由于該場所配電系統沒有完善,因此防雷器暫時設置在古塔圍墻外圍。浪涌保護器前端加裝空氣開關,并且安裝在配電箱內。
二、電源SPD施工步驟
正常安裝電源防雷器步驟如下:
1)在安裝電源SPD前,先找到可靠的接地線,再將電源SPD固定在離需要安裝的位置最近的地方。如果能安裝在配電柜內且不影響其他設備的正常使用,則選擇將電源SPD安裝在配電柜內。
2)做電源SPD相線連接線和接地線,接線頭采用接線鼻,接線鼻采用液壓鉗壓緊,并采用相同顏色的絕緣橡膠帶將接線頭做處理。然后固定好電源SPD螺栓。
3)在完成以上工作后,將電源SPD前的空氣開關斷開,并用測電筆確認已經斷電。先接電源SPD接地線,電源SPD接地線一端與電源SPD地線端子壓接,電源SPD接地線另一端與地線匯流排連接。
4)在電源SPD接地線連接好后,再接電源SPD相線連接線。將電源SPD的L線與電源的L線依次分別相連,將電源SPD的N線與電源N線相連,擰緊螺釘。
5)線纜的長度根據具體的情況來確定,就近連接,盡量控制在0.5m以內,位置確實過遠,在增長連接線同時,采取增大電纜橫截面積的辦法來進行連接。電源SPD連接線纜的最小截面積如下表3.1.2所示:
6)電源SPD在安裝時,如周圍沒有接地裝置,則在就近的接地裝置或接地線上引一根地線到安裝該電源SPD的位置附近,采用匯流排的方式,滿足電源SPD就近接地。
7)如電源SPD安裝在配電柜外部,則需要PVC導管將SPD連接線穿管敷設,以防止不小心觸電。
8)在安裝完成電源SPD以后,再仔細檢查一遍,用手拉扯連接線,看是否已經連接牢固。確認以上接線正確合理后,帖上對應的標識牌。
9)清理工作現場,收拾整理工具,最后將空氣開關合上,正常供電。