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建筑物防雷类别的判定是一项极为重要但又可能较为烦琐的工作,它牵涉到防雷工程能否做到既又经济合理.目前社会各界对此认识不足.一些人轻视防雷工作,而另一些人盲目追求所谓高规格防雷装置.比如不合理地选取过高性能的防雷器,大大增加了工程成本。
建筑物防雷主要应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果等综合考虑分为三类.重要性包括政治愈义和经济意义上的重要性,所以有、省部级和普通建筑物之分;使用性质主要看是否是具有爆炸和火灾危险环境的建筑物.爆炸和火灾危险环境按释放源及通风条件分为:爆炸性气体0区--连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境;爆炸性气体1区—正常时可能出现爆炸性气体混合物的环境;爆炸性气体2区—正常时不可能出现爆炸性气体混合物的环境。爆炸性粉尘环境和火灾危险环境类似的分别分为10区,11区和21区(可燃性液体),22区(可然性粉尘),23区(可燃性或纤维固体)。还要根据通风条件提高或降低等级。发生雷电事故的可能性应按GB 50057-1994(2000版)标准中附录1对建筑物年预计雷击次数的计算方法来确定。后果应着重考虑人的价值,人员集中的公共建筑物如集会场所、展览馆、博物馆、体育馆、大型商场、影剧院、学校、医院等大多应划为第二类防雷建
筑物。
在设有息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下,当该建筑物不属于类、第二类、第三类防雷建筑物时,宜将其划属第三类或第二类防雷建筑物.这是因为息系统设备耐雷电过电压水平低,抗毁能力差。建筑物电子息系统防雷技术规范(GB 50343-2004)对此有规定.
特别重要的、需防雷击的系统若无明确的防雷类别规定,则必须首先进行雷电灾害风险评估.以确定防雷等级,才能实施合理的雷电防护。风险评估是认识和评价风险的有效方法,也是风险控制和风险管理的前提和基础,准确的雷电灾害风险评估是雷电风险管理的决策依据.国际上,IEC62305-2《雷电灾害风险管理》是国际电工委员会关于雷电灾害风险评估的标准.其适用范围是地闪雷电对建筑物(包括其服务设施)造成的风险的评估,其内容主要包括建筑物与服务设施的分类、雷灾损害与雷灾损失、雷灾风险、防护措施的选择过程以及建筑物与服务设施防护的基本标准等.ITU-T K. 39是由国际电联盟发布的标准,其名称为通局、站雷电损坏危险的评估.其适用范围是通局、站雷电过电压(过电流)造成的设备危害和人员危害的风险的评估,它的主要内容包括标准适用范围、危险程度的决定因素、损失、评估原则、有效面积的计算、概率因子、损失因子和可承受风险(允许风险)等。
防雷产品中的主要材料是氧化锌压敏电阻,其材料的品质和工艺水平的高低对产品遭受雷击时是否能产生预期的保护作用有直接的影响,所以你在选择防雷器时一定要了解厂家的压敏电阻的来源。
电源防雷器的重要参数:
标称电压Un:被保护系统的额定电压相符,在息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型,它标出交流或直流电压的有效值。
大持续工作电压Uc:能长久施加在保护器的指定端,而不引起保护器特性变化和保护元件的大电压有效值。
标称放电电流In:给防雷器保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击10次时,保护器所耐受的大冲击电流峰值。
大放电电流Imax:给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击1次时,保护器所耐受的大冲击电流峰值。
电压保护级别Up:保护器在下列测试中的大值:1KV/s斜率的跳火电压;额定放电电流的残压。
级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放,或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放,对于有可能发生直接雷击的地方,必须进行CLASS—I的防雷。第二级防雷器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备,对于前级发生较大雷击能量吸收时,仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来,需要第二级防雷器进一步吸收浪涌保护器。同时,经过级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP,当线路足够长感应雷的能量就变得足够大,需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。
目的是防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区,将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500—3000V。
入户电力变压器低压侧安装的电源防雷器作为级保护时应为三相电压开关型电源防雷器,其雷电通流量不应低于12.5kA(T1测试)。该级电源防雷器应是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雷器。一般要求该级电源防雷器具备每相12.5kA(T1测试)以上的大冲击容量,要求的限制电压小于2500V,称之为CLASSI级电源防雷器。
高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到其他地方和室内造成破坏的雷害现象。这种雷害现象占雷害的绝大部分,所以按《建筑物防雷规范》的规定,凡是有用电设备的建筑物都要考虑防高电压引入的措施。
高电压引入的高电压源有三种:其一是直击雷直接击中金属导线,让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;第二种是来自感应雷的高电压脉冲,即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应.它们在各种电线中感生几千伏到几十千伏的高电位,以波的形式沿着导线传播而引入室内的;第三种是由于直击雷在房子或房子附近入地,因其通过地网入地时,在地网上会发生数十千伏至数百千伏的高电位.这种高电位通过电力系统的零线、保安接地线和通系统的地线,也是以波的形式传人室内,并沿着导线传播到远处,殃及更大的范围。
高电压雷电脉冲的电压到底有多高?这是读者关心的问题。由直击雷直接击中电力线,线等金属导线时,虽然直接被击中点的电位与雷云的电位相等.即具有数百万伏至数千万伏甚至更高的电位。但是当雷电流沿着导线向两边传播的时候,高电压每经过一根电线杆,电杆上的瓷瓶就会对地发生闪络.这样就把雷电的高电位降落成瓷瓶的闪络电压,这电压一般只有30~40kV.一般低压架空线的波限抗为300~600欧姆。假设线路的波阻抗为500欧姆,那么它在终端入地的电流为40000/500=80A,所以只要距离雷击点有3杆以上(即I000m以上),其终端入地电流峰值不会大于20OA,但是,如果雷击点很近.在三根电杆之内,入地峰值电流可能达到10 kA以上。由感应雷引起的高压源。理论上也可以达到100 kV,但是它的实际电压和电流值不可能大于上面所讲的直击雷高压源的数值。
第三种高压源是指直击雷直接击中大楼或附近时所形成的高压源。这时,高压源的电压由冲击电流峰值和地网的冲击接地电阻决定。根据资料报道.按50%概率统计.直击雷的峰值电流为30 kA,如果接地网接地电阻以4欧姆计,则接地网接引线端与大地间的电压为30 kA×4=120 kV,即达到120000V。也就是说,零线与相线间的电压有120000V(以上都是以低压电网和通架空电线计)。这样高的电压对于低压电器和一般通设备都是无法承受的。
由于高压雷电脉冲是雷害中年损害设备多的,所以对高压雷电引人的设备必须予以足够重视,在工程上往往要根据设备的重要性和其对高电压的耐受能力采用一级或多级设防。其中级设防,往往是把高电压雷电脉冲的幅值降低,其办法有下列三种。1. 输电网金具接地法
如果电源输入是明线输入,应把入室前三根电杆的线码铁脚用金属线引下接地,以便降低闪击电压。并且进房屋前后一根电杆的零线(或接地系统的地线)重复接地,接地电限不应大于10欧姆(见图1)。并在相线与地之间留有2 mm的空气间隙,把从相线引来的过电压降下来,可能的悄况下,进户线应尽量采用有金属屏蔽层的电缆直接埋地或穿金属管进线。在雷电高发区,房尾前为开阔地,或房子内有精密电子设备和电子计算机的情况更应该是这样.并且埋地的电缆其长度不应小于15m。并要求从架空线转电缆的进线端,和电缆入屋的输出端,都接避雷器。避雷器的接地端、电缆的金属屏蔽层、钢管都必须接到防雷电感应的接地装置上。按供电部门要求.供电零线进人钢筋水泥大楼后,仍必须与从大楼、梁、柱内引出的一条主钢筋作电气连接,无钢筋连接的建筑物应做接地极,把零线重复接地。
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图1 接零系统在架空线路上零线重复接地做法图
当雷电波到达电缆首端(输人端)时,避雷器被击穿,电缆外皮导体与电缆芯接通。一部分雷电流经电缆首端接地电阻入地;另一部分雷电流流经电缆芯。由于雷电流高频谐波相当丰富.产生集肤效应,流经电缆芯的电流被排挤到外皮导体去。同时,流经外皮导体的电流在芯中产生感生反电势.使流经电缆芯的雷电流就被抑制到很小。2. 相线与地线间并联电容器法
架空电线引入的地方装设保护电容器对感应雷有良好的保护效果,但对直击雷则无能为力,原因是直击雷能量太大.电容器承受不了。装设保护电容器能对感应雷高电压引入起到良好保护作用的原因是;
当天空出现雷云的时候,地面即感应出与它相反的电荷.显然架空电线上也感应到与地面大致密度相同的电荷.设其电量为Q。当闪击使雷云与大地之间的电荷迅速中和而使雷云与大地之间的电场,由于架空线与大地之间有较大的电阻而不能及时使它上面的电荷,这就使架空线与大地之间形成感应高电压,该电压为
V感=Q/C
式中:
C-架空线对大地之间的电容,该电容很小,通常只有百分之几法;
Q-导线与大地间存储的电荷。
如果在架空线引入房尾端与大地之间接入一个电容器,即使只有很小.也可以使架空线路的引入高电压降低到原来的几十分之一。
如果接人电容的容量再大些,感应电压将可以降到更低。
在架空电线装电容器防止感应雷的优点是时间响应为零,因为电容的瞬变电流是超前于电压的;其次是使雷电压波形变钝.钝波形比尖波形危害要小.并联电容器对直击雷无能为力,但将电容器与保护间隙合并使用会得到更好的效果。因为放电间隙电流通流容量很大,从几千安到几十千安。但它有时间滞后,它们并联使用互补其短.对防止高电压引人能起到很好的作用。架空电线引入和电缆输入、输出端接口也可以用氧化锌避雷器来防止高电压引入。它的时间响应小于50ns。当采用电容器与其他器件并联避雷时,电容器的耐受电压应高于所并联器件的残压。3.变压器隔离法
在电源线和号传输线上装变压器可以对雷电高电压引入起很有效的限制作用.当强大的雷电波输入变压器时,由于雷电波电压比变压器正常的电压高很多倍,使得激励的磁感应强度远远大于铁芯允许通过的大磁感应强度,因而变压器铁芯饱和,变压器的磁-电变换暂时失效,雷电高电压不能传输到变压器的副边.从而保护了用电设备。所以,凡是装了变压器的电子仪器比未装变压器的电子器被雷击损坏的概率小得多。
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