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办公楼防雷设计方案

一、概述


雷电灾害古已有之,它给人类带来了许多惨痛的教训。随着现代科学技术的推广和普及,各种高、精、尖的设备已来到我们的身边,计算机网络、通讯也正以惊人的速度延伸至世界的每一个角落,置身于网络、通讯时代,使我们与世界的联系变得更加的紧密,享受着网络、通讯带来的新感觉,也品尝了许多早已遗忘的烦恼,雷电这些已被我们所克服的困难,雷电尤其是感应雷开始“照顾”这些“娇嫩”的设备。因雷电导致的系统瘫痪以及设备损坏比比皆是,造成不计其数的人力和物力损失。雷电灾害和防雷又成为社会各界关注的焦点。


早时期单一的、片面的防雷措施已不能保证通信、网络等设备的可靠、安全、和畅通。雷电灾害被国际电工委员会(IEC)称为“电子化时代的一大公害”,雷电灾害给全球千百万的经济损失每年在十多亿美元以上。在雷击灾难与事故的背后,人们越来越深刻认识到富兰克林时代的防雷技术已跟不上信息时代的发展脚步。雷电灾害与高科技的发展相伴,要将雷电灾害减至最低,就必须全面实施信息时代的综合防雷治理。


现代综合防雷原则强调“全方位防治,综合治理,层层设防,把防雷当作一个系统工程”。按照相关的防雷规范,在建筑物外部和内部及各电子设备安装相应的防雷措施。有人认为,只要建筑物或设备安装了防雷装置就可以万无一失了,从经济观点出发,要达到这点是太浪费了。而且《建筑物防雷设计规范GB50057-94 2000版》第一章 总则的说明,按照防雷规范设计的防雷装置是防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失,并不是百分百的。


完整的设备系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面。外部防雷系统包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等,其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等,泄放入大地。内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体,将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。


本设计方案是根据国家、国际有关标准,本着安全可靠、技术先进且经济合理的原则,按照招标文件的要求对上海NEC大厦的综合防雷方案进行设计,可防御或减轻雷电灾害。


二二、设计内容


本方案依照如下规范进行设计。


(1)、GB50057-94(2000年版)建筑物防雷设计规范


(2)、GB50174-93《电子计算机机房设计规范》


(3)、GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》


(4)、GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》


(5)、IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》


(6)、JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》


(7)、GB 50054-95《低压配电设计规范》


1、建筑物防雷


依照《建筑物防雷设计规范》附录一:建筑物年预计雷击次数公式:N=KNgAe 式中K取1(属一般情况); Ng取决于地区雷暴日(由气象资料查得上海雷暴日为32.2天);Ae取决于建筑物长、宽、高。将各数值代入公式,得N=0.19。根据《建筑物防雷设计规范》第2.03条 遇下列情况之一时,应划为第二类防雷建筑物:第八项、预计雷击次数大于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物,因此可确认上海NEC大厦属于第二类防雷建筑。


根据《建筑物防雷设计规范》第三章 建筑物的防雷措施第三节 第二类防雷建筑物的防雷措施 第3.3.1条,应在天面敷设避雷针、带及避雷网格,避雷网格应不大于10m*10m,避雷带、避雷网及避雷针相互连接。同时根据第四章:第一节 接闪器 第4.1.1条和第4.1.2条要求,避雷针长1m以下时,圆钢直径不小于12mm,钢管直径不小于20mm,避雷带、网应优先采用圆钢,圆钢直径不小于8mm。


具体措施:沿建筑物天面四周敷设避雷带,避雷带采用φ10镀锌圆钢,隔1米安装一个支撑卡,支持卡高15厘米;在阳角位处安装避雷短针,高1米,避雷针采用φ12镀锌圆钢,顶点磨尖;并在天面布置10m*10m避雷网格,避雷网采用φ10镀锌圆钢。


由于天面的中央空调设备位置不确定,现将其当作不在避雷针带的保护范围内处理,根据《建筑物防雷设计规范》第三章建筑物的防雷措施 第三节 第二类防雷建筑物的防雷措施 第3.3.2条,需要增加接闪器作为空调设备的直击雷保护。由于空调设备高3米,为确保设备在避雷针的保护范围之内,需要安装5米高的避雷针。


在中央空调设备旁边分别安装5米高的避雷针,避雷针用φ38镀锌钢管,将避雷针与空调设备的金属支架及避雷网连接。若通风管道部分是采用金属的,需要用φ10镀锌圆钢将两组通风管道与避雷网连接。


根据《建筑物防雷设计规范》第四章第4.15条规定,可利用广告牌的钢龙骨作为接闪器,并与避雷针、带连接。利用φ10镀锌圆钢将霓虹灯广告牌钢龙骨与避雷针、带连接,并开凿建筑柱子,使用柱内钢筋作引下线,并利用建筑基础作为接地装置。


2、建筑外摄象机的保护。


依照《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章:第2.5节供电、接地与安全防护:第2.5.10条规定,监控系统的防雷应符合《建筑物防雷设计规范》的规定,因此参照《建筑物防雷设计规范》第四章:第一节 接闪器 第4.1.1条和第4.1.2条要求,避雷针长1m以下时,圆钢直径不小于12mm。


具体措施:在建筑外的摄像机旁边,分别安装一支高1米的避雷短针,避雷针采用φ12mm镀锌圆钢,顶点磨尖。


根据《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章:第2.5节供电、接地与安全防护:第2.5.4条,系统采用专用接地装置时,其接地电阻不得大于4欧姆;第2.5.10条:监控系统的防雷应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》的规定,因此参照《建筑物防雷设计规范》第四章防雷装置:第三节:接地装置第4.3.1条--第4.3.6条要求,可选用φ12镀锌圆钢作水平接地体,埋深不小于50厘米,选用L5*50*50镀锌角钢作垂直接地体,间隔宜为5米。按照第3章系统的工程施工:第3.5节:供电与接地第3.5.2条要求,所有接地极的接地电阻就进行测量,经测量达不到要求时,应在接地极回填土中加入无腐蚀性长效降阻剂。


具体措施:在建筑外的共18组摄像机处,因地制宜,沿四周分别打一支L5*50*50镀锌角钢长2.5米,间隔5米,当场地受限制时可缩小间距,用φ12镀锌圆钢分别与摄像机的金属杆连接,金属杆与避雷针连接。当摄像机不是安装在金属杆上时,应用φ12镀锌圆钢将摄像机旁的避雷短针与地网连接。水平接地体埋深60厘米,当地网布置在距建筑物出入口或人行道时小于3米时,埋深为1米。


根据苏邦礼《雷电与避雷工程》的介绍,在土壤电阻率小于80Ω.m的情况下上述措施能满足接地电阻小于4欧姆。当现场土壤电阻率较高,上述措施未能满足接地电阻小于4欧姆时,需要在回填土中加入长效降阻剂,降低接地电阻。


3、机房接地


根据《建筑物防雷设计规范》第六章 防雷击电磁脉冲:第三节 屏蔽、接地和等电位连接的要求:第6.3.4条规定,所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接;信息系统的的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络,并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2,采用铝材时, 最小截面积为10mm2,采用铁时, 最小截面积为16mm2;铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小50mm2。另外,根据《建筑物防雷设计规范》第三章建筑物的防雷措施 第三节 第二类防雷建筑物的防雷措施 第3.3.4条要求每根引下线的接地电阻不小于10欧姆,防直击雷接地装置宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等共用接地装置;GB50174-93《电子计算机机房设计规范》第六章 电气技术:第四节接地要求:第6.4.2条、第6.4.2条要求,采用共用接地时,电阻按各种接地方式的最小值要求。《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章:第2.5节供电、接地与安全防护:第2.5.4条要求当采用共用接地时,接地电阻不大于1欧姆;《民用建筑电气设计规范》第14章接地与安全:第14.7.5.3条要求,当机房接地与防雷接地系统共用时,接地电阻要求小于1欧姆。因此对于监控机房和通讯机房接地均应与建筑物防雷地等共用同一接地装置,接地电阻要求小于1欧姆。


具体措施:分别在中心监控机房和中心通讯机房内沿墙敷设等电位铜带一周,铜带采用-30*3紫铜,用φ8绝缘子作支撑;在各机房内靠近柱子的角位处,分别安装一块等电位汇流排,规格为100*10的紫铜板,长30厘米,开凿各机房内的建筑物柱子,利用铜铁接头与柱筋焊接后,与汇流排连接;将各机房内的所有信号屏蔽线槽接与等电位汇流排或等电位铜带连接。另外,将电源PE线、机房内的设备外壳、机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜带连接,连接线采用6mm2多股铜芯线。检测机房接地系统的接地电阻,当接地电阻大于1欧姆时,需要在建筑物周围增加接地装置。[P:可以依据建筑面积,和估算出的建筑物地下部分深度来确定工频接地电阻值。]


3、电源防雷


根据IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》、GB 50054-95《低压配电设计规范》、JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》及GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求,针对本招标文件关于配电系统的描述,将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护,可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。


A、电源一级防雷:


依据《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲第三节 屏蔽、接地和等电位连接的要求:第6.3.4条及第四节对电涌保护器和其他的要求:第6.4.7条规定,在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处,从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时,每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑,[好!]本建筑物为二类防雷建筑物,首次雷电流幅值为150KA,电源线路为铠装埋地,TN-S配电模式,因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为:在建筑物已安装合格的防直击雷措施后,有50%的雷电流通过引下线流入接地装置,因此每线分配电流为:150KA*50%*30%/4=5.6KA,按《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节:第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时,依据《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节 第6.4.4条及I IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》第三部分:浪涌保护器的要求,浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到4KV以下。


具体措施:在低压配电的双回路上分别安装1台Pms385-120电源防雷箱,合计共2套


Pms385-120电源防雷箱性能简介:(略)


B、电源二级防雷:

根据《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章的有关规定[P:此标准未规定你下述计算依据。],依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA。对于特殊区域需要做重点防护的配电电源需使用通流容量40KA的电涌保护器进行加强保护。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第III类耐冲击过压,其耐压为4KV。对于电梯、机房、空调等属于需要重要保护的区域,浪涌保护器应选择通流容量为40KA,招标文件中提到,配电箱使用德国海格公司暗装配电箱,三相3×20模,在满足规范的前提下,从美观及经济角度出发,应选用模块式浪涌保护器,安装于配电箱内。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后,电源对地短路,需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。



具体措施:

A、在三相8路给电梯供电的配电箱内分别安装1台Pms385-40箱体式电源防雷器,合计共8套。

B、在三相10路给前厅、机房、空调供电的配电箱内分别安装1套ASP AM1-40/4 模块式电源防雷器,合计共10套。


备注:需要在防雷器的相线串联63AD曲线的空气开关。


C、电源三级防雷:

根据《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章的有关规定,依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA,能将4KV的线路残余感应雷击过电压限制到2KV以下。


具体措施:


A、在三相楼层供电的配电箱内分别安装1套ASP AM2-20/4 模块式电源防雷器,合计共9套。


B、在三相独立单元供电的配电箱内分别安装1套ASP AM2-20/4 模块式电源防雷器,合计共18套。


C、在单相消防供电的配电箱内分别安装1套ASP AM2-20/2 模块式电源防雷器,合计共9套。


D、在单相公共照明供电的配电箱内分别安装1套ASP AM2-20/2 模块式电源防雷器,合计共18套。


备注:需要在防雷器的相线串联32A的空气开关。