关于本单位防雷工程有关问题的调研报告docx精.docx
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关于本单位防雷工程有关问题的调研报告docx精
关于本单位防雷工程有关问题的
调研报告
一、背景介绍
近年来行业对行业安全基础设施建设高度重视,自2009年初以来,多次下达重要文件,要求各单位克服困难,落实安全基础设施建设工作。
其中市局安保处在XXXX年X月下发的《XXXX关于进一步加强安全基础设施建设的通知》中特别强调:
各单位要“积极创造条件,最迟不晚于明年汛期前完成这一重要工作”。
单位领导班子向来高度重视安全工作,根据前期调研,在XXXX年的预算中制定了XX万元的防雷工程预算,为防雷工程提供了充足的资金支持,此项预算已于XX月份获得有关部门的批准。
但是,单位也面临这一些特殊情况,阻碍或者说牵制防雷工程的实施,其中最重要的就是本单位面临搬迁。
如果本单位贸然的投入资金开展防雷工程,虽然可以保证按时完成国家局、市局关于防雷工作的部署,但是也会造成大量资金的浪费。
因此,在本单位领导的指导和帮助下,笔者自2011年初以来,开展了对本单位防雷工程有关问题的调研,试图为本单位防雷工程的开展提供一些帮助。
下面将半年来调研的情况报告如下:
二、雷电灾害的概况
(一雷电的概念及特点
雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度(25~30kV/cm时,所发生的猛烈放电现象。
通常雷击有三种形式,直击雷、感应雷、球形雷。
直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。
感应雷是当直击雷发生以后,云层带电迅速消失,地面某些范围由于散流电阻大,出现局部高电压,或在直击雷放电过程中,强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。
球形雷是球状闪电的现象。
雷电具有以下特点:
1.冲击电流大:
其电流高达几万-几十万安培。
2.时间短:
一般雷击分为三个阶段,即先导放电、主放电、余光放电。
整个过程一般不会超过60微秒。
3.雷电流变化梯度大:
雷电流变化梯度大,有的可达10千安/微秒。
4.冲击电压高:
强大的电流产生的交变磁场,其感应电压可高达上亿伏。
由于雷电具有以上特点,其对人、建(构筑物、设备设施的危害也就非常之大。
(二雷电的破坏作用
1.直击雷破坏
当雷电直接击在建筑物上,强大的雷电流使建(构筑物水份受热汽化膨胀,从而产生很大的机械力,导致建筑物燃烧或爆炸。
另外,当雷电击中接闪器,电流沿引下线向大地泻放时,这时对地电位升高,有可能向临近的物体跳击,称为雷电“反击”,从而造成火灾或人身伤亡。
2.感应雷破坏
感应雷破坏也称为二次破坏。
由于雷电流变化梯度很大,会产生强大的交变磁场,使得周围的金属构件产生感应电流,这种电流可能向周围物体放电,如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸,而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。
3.雷电波引入的破坏
当雷电接近架空管线时,高压冲击波会沿架空管线侵入室内,造成高电流引入,这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。
如果附近有可燃物,容易酿成火灾。
三、雷击环境和现有防雷设施
历史气象资料统计表明:
天津市年平均雷暴日约29.3天,属雷电多发区。
通过对天津市XXXX公司的现场勘察:
在被保护物的屋面未装设避雷带,该大楼的配电系统从变压房架空引入建筑物,通过总配电箱分别给三个楼层的配电箱供电,网络机房在二楼,受二楼层配控制,单相供电;信号设备现场情况:
信号入户采用光纤引入,输入设备均未穿越LPZ防雷分区;网络机房有UPS、服务器、交换机等设备。
本工程重点防护网络机房及防止建筑物受直击雷迫害。
四、现代防雷工程的主要技术及本单位防雷工程设计的对照情况
通过半年来的调研,笔者认为,目前常用的防雷技术主要包括外部防雷保护(直击雷防护和内部防雷保护(感应雷防护两部份,外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故,而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压侵入设备造成的毁坏。
防雷是一个很复杂的问题,不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响。
从原则上讲,必须针对雷害入侵途径,对各类可能产生雷击的因素进行排除,采用综合防治——接
闪、均压、屏蔽、接地、分流等技术手段,才能将雷害减少到最低限度。
安保科自XXXX年初起,开始研究防雷技术并分别邀请了XXXX和XXXX两家防雷工程企业为本单位编写初步设计。
下面我来通过对比两个已有防雷设计来介绍一下防雷工程的一些技术性问题。
(一防雷分区的划分及两个设计的分区情况
按照IEC1312-1及GB50057-2000要求,应将要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位臵。
在进行防雷总体设计时,应遵循IEC(国际电工委员会雷击电磁脉冲防护标准提出的防雷区域(LPZ划分原则,以更好地运用各种防雷措施(器件,合理地分配各自承担的雷电能量。
通过对比两家防雷公司的设计,笔者发现在防雷区划分的问题上,两家公司基本一致:
1.LPZ0A区:
直击雷非防护区,处于建筑物避雷针系统保护区以外的区域,本区内所有物体均有可能遭受直接雷击,并可能导走全部雷电流;另外本区所有物体均处于雷电电磁场最强处,故对于雷电的感应最强。
此区实际是建筑物顶部和上部未受避雷针(网保护的部分。
2.LPZ0B区:
雷电感应主作用区(直击雷防护区,处于建筑物避雷针(带、网系统保护区内,不可能遭受直击雷,但未经空间电磁屏蔽,雷电作用电磁场并不衰减,处于此空间的所用可导电物体均可感应较强雷电流的区域。
此区实际是建筑物顶部和上部避雷针(带、网保护范围之内的部分。
楼内没有屏蔽的窗口附近的空间也属此。
此区以避雷针(带、网及接地装臵进行防雷。
3.LPZ1区:
建筑物屏蔽保护区,本区内各物体不可能遭受直击雷,流往各导体的雷电流比LPZ0B区进一步减小,本区内电磁场也可能会衰减,取决于建筑物的屏蔽措施。
注:
此区实际是在建筑物内部,雷电流分散到各引下线。
本单位主楼的钢筋结构就是一种屏蔽。
此区的主要防雷措施是等电位连接(在LPZO和LPZ1的交界处和电涌防护器(LPZ1的入口处。
当金属导线(电源线、信号线等穿越不同的保护分区时,因电磁感应的作用,会产生较高的过电压,影响室内设备的安全。
因此,需安装相应的过电压保护器,对设
备进行保护。
在不同的保护分区,所采用的防雷器级别是不同的。
同时,需要作相应的等电位处理。
4.LPZ2区:
如果需要进一步减少雷电流和电磁场,就要进一步引入防雷分区。
此区所需防雷措施根据保护对象的需要而定。
此区实际是在楼内的某个防雷和防电浪涌要求特别高的计算机房。
进一步减少雷电电磁脉冲要求采用机房屏蔽和次级电涌保护器。
(二直击雷的防范技术
直击雷的防护主要是通过接闪和接地来实现的。
其基本原理就是有接闪设备接收闪电释放的电流,通过引下设备将雷电流按照规定的路线引向接地设备,并有接地设备将雷电流泄放入大地,以保护建(构筑物和人员的安全。
其中,接闪装臵就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网。
在已有的两个设计方案中,俩家公司都设计在办公楼顶四周布设避雷带,且避雷带要覆盖保护电梯间这一屋顶突出物。
但在具体设计中,“XXXX防雷”采用的避雷带采用Φ10圆钢,设计其覆盖面积为XX平米。
“XXXX”采用的是Φ12的圆钢,覆盖面积XX平米。
在引导雷电流方面,笔者研究了网上的一些资料和技术标准,发现GB50057-94规范要求宜利用建筑物自然接地体,在研究两份设计后发现两家公司都通过勘察选中本单位办
公楼的混凝土立柱作为引下线。
其中“XXXX防雷”的设计中明确写出了引下线的施工方案,即将楼顶及楼内接地点周围的混凝土立柱剖开一部分使其露出钢筋,再用Φ10圆钢将立柱钢筋与接闪设备的导线和接地设备焊接起来。
使雷电流能够按照规定路线泄放入大地。
“XXXX”的设计中并没有具体描述引下线的连接,但是参考网络资料发现,基本方式应该是一致的。
此外,对于接地设备,两份设计都指出如果建筑基础的接地电阻小于4欧姆时,可以用建筑基础作为接地体;如果接地电阻不能达到以上要求,则需要外引接地体。
其中,“XXXX”的设计中水平接地体采用了40×4mm的热镀锌扁钢,垂直接地体采用50×50×2500mm热镀锌角钢;“XXXX防雷”的设计中没有具体描述接地体选用的材料。
由于使用钢材料的型号、进货途径、接地体设计及现场勘察和布线方式的差异,两家公司直击雷预防设备的造价上存在较大差异。
其中“XXXX”的报价不包括辅料、工程费用以及税金,合计XXXX元。
由于“XXXX防雷”将直击雷预防作为单独工程进行了报价,因此此项工程全部费用为XXXX元。
(三感应雷的预防技术
相对于直击雷的防范,感应雷的预防要负责一些。
笔者研究后认为,在直击雷预防的基础上,感应雷得预防主要包括分流和均压。
其中,分流就是在一切从室外来的导体(包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线与防雷接地装臵或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD(瞬态过电压保护器,当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,雷电电流就由此处分流入地了。
分流分为对电源系统的保护和对信号系统的保护,原理上一致,只不过是针对不同的系统,安装不同的SPD。
雷电流在经SPD分流之后,仍会有少部份沿导线进入SPD保护线路之后,这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的,所以对于这类设备在导线进入机壳前,应进行多级分流。
在“XXXX”的设计中给出了一个通过计算得出本单位适用的雷电防护等级为C级,根据GB50343-2004,可以确定SPD保护级数为2级。
也就是说,本单位应该在LPZ0B与LPZ1之间和LPZ1与LPZ2之间的结点安装SPD。
“XXXX防雷”的设计没有具体给出计算过程,但是也提出本单位适用的保护等级为C级。
但是,“XXXX”的设计在计算后
又补充分为,本单位信息系统的重要性比较高,需要进行三级防护,也就是在LPZ0A与LPZ0B之间再加装一套SPD。
下面对照两个设计中对于电源和信号的防护方案:
1.电源系统的防护
LPZ0A与LPZ0B之间:
“XXXX”设计的电源系统保护共三级,第一级保护是在变压器下口安装一套德国进口的XXXX型电源避雷器,并安装一套XXXX型电源防雷器。
这两套设备的报价分别为XXXX元和XXXX元,一级电源防护设备价值共计XXXX元。
而“XXXX防雷”没有设计这一级电源防护。
LPZ0B与LPZ1之间:
两份设计在此处同样出现较大的差别。
“XXXX”设计在二楼层配电箱内加装一套由南京擎雷科技发展有限公司出品的XXXX型避雷器。
此避雷器报价为XXXX元。
“XXXX防雷”设计在一楼配电总柜电源输出端加装由XXXXXX公司出品的XXXX型避雷器,此避雷器并入配电柜开关并在其前端加装空气开关。
该避雷器报价2940元。
LPZ1与LPZ2之间:
此级电源保护两份设计都计划在机房配电箱内加装避雷器,以保证输入机房设备的电流、电压安全可靠。
“XXXX”设计在此处加装一套XXXXXXXX公司出品的XXXX型避雷器。
此避雷器报价为XXXX元。
“XXXX防雷”设计加装由XXXXXXXXXXX公司出品的
XXXXXXXX型避雷器,其前端加装空气开关。
该避雷器报价XXXXXX元。
此外,“XXXX防雷”为了增加防护性能力还在计算机柜、楼层交换机、各办公室终端机进线端加装了XXXXXXXXX型插座型避雷器。
计划使用4部这样的避雷器,共计XXXX元。
对以上设计和报价进行分析可知:
“XXXX”电源系统防护的设备共计XXXX元。
“XXXX防雷”电源系统防护的设备共计XXXX元。
两份设计差距较大。
笔者分析主要是主要原因有二:
一是“XXXX”过分强调本单位设备的重要性,人为提高了防护级别,增加了对公共变压器的防护,而此级防护设备昂贵;二是“XXXX”在LPZ0B与LPZ1之间、LPZ1与LPZ2之间使用的避雷器级别比较高,所以在这里个节点所使用的避雷器的价格也都高于“XXXX防雷”。
固然这是对设计对象高度负责的表现,但是客观上大幅度提高了工程造价。
通过阅读网络资料,笔者认为“XXXX防雷”所使用的避雷器足以满足本单位的需要。
2.信号系统的防护
“XXXX”设计在内外网的总线处分别安装一套XXXX型信号避雷器。
共计XXXX元。
在2台主要的24口交换机的出口处分别加装XXXX型信号避雷器。
共计XXXX元。
此外,为保护电访使用的DDN专线在电话交换机出现处安装4台XXXX型电话保护器。
以上设备均由XXXX公司出品。
“XXXX防雷”在设计中建议在交换机信号端口和各办公室终端机分别设臵XXXX型信号避雷器。
但是在报价单中未体现价格。
此外,在电话信号的保护方面,其设计在进线端安装2部XXXX型信号避雷器,其好处是在电话交换系统中十对线只需一个避雷器。
可以大大降低工程造价。
此两部避雷器共计XXXX元。
应该注意到在“XXXX”的设计中,安装在24口交换机出口的避雷器价格最为昂贵。
在“XXXX防雷”的设计中所采用的XXXX型信号避雷器同样价格不菲。
但是,经过研究,笔者发现本单位来自楼外面的信号线采用的传输介质是光纤,光纤本身不引雷,只是光缆内的加强筋是金属的,这部分金属在有可能携带在外被雷电击中或感应到的雷电流进入本单位室内,并产生强大的交变磁场,进而使机房设备在这一磁场作用下感应出电流,以干扰信号传输,甚至破坏设备。
因此,只要在光纤进入机房之前做好加强筋的接地处理就可以解决了。
而这处理方式的价格是非常便宜的。
(四均压(等电位连接
接闪装臵在接闪雷电时,引下线立即产生高电位,会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络(就是指雷电没有直接击中受害人,而是击中受害人附近的物体,由于被雷击物带高电位,而向它附近的人闪击放电,
会造成人员伤亡,并使其电位升高,进而对人员和设备构成危害。
为了减少这种闪络危险,最简单的办法是采用均压环,将处于地电位的导体等电位连接起来,一直到接地装臵。
室内的金属设施、电气装臵和电子设备,如果其与防雷系统的导体,特别是接闪装臵的距离达不到规定的安全要求时,则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。
这样在闪电电流通过时,室内的所有设施立即形成一个“等电位岛”,保证导电部件之间不产生有害的电位差,不发生旁侧闪络放电。
完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。
为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差,就特别需要实行等电位连接,电源线、信号线、金属管道等都要通过SPD进行等电位连接,各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接,并最后与等电位连接母排相连。
在两份设计中,两家公司都写入了均压处理,并都为此提出了报价。
但是相对于其他项目,此项工作的报价普遍比较低,不超过XXXX元,而施工方式也比较一致。
因此笔者没有对此项工作进行深入的对比研究。
五、结论
对于本单位防雷工程的有关工作,笔者在学习理论知识和研究了两份设计之后有以下想法,总结如下:
(一防雷工程相关工作的原则
本单位目前所使用的办公楼属租用房屋,且近一两年内很有可能面临搬迁,对目前的办公楼大兴土木,进行大投资、大改造的必要性并不大。
而且近年来行业对费用控制的力度不断增大,在防雷工程建设的问题上,笔者认为应该首先建立节约资金的原则。
尽量做到“少花钱,多办事”。
(二可以重点考虑感应雷的预防工作,而放弃直击雷的预防工作,其原因有以下几点:
第一,当雷电击中接闪设备时,强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地,在接地体附近放射型的电位分布,若有连接电子设备的其它接地体靠近时,即产生高压地电位反击,入侵电压可高达数万伏。
此外,强大的雷电流通过引下线入地,在附近空间产生强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线上感应出雷电过电压,因此直击雷预防系统即(接闪设备—引下线—接地系统有很大可能会提高设备被感应电流和电压破坏的风险。
第二,直击雷预防系统是不可搬动的,即使真的强行拆除,在新的环境下也不能再使用,而其使用的时间可能仅限于短短的一两个雨季,客观的讲,其构成了一定的浪费。
而感应雷部分所用到的电源SPD、信号SPD以及等电
位箱等设施是可以搬运并再次使用的。
这也完全符合本单位领导对于防雷设施“可搬运、搬运后可使用”的要求。
第三,防雷工程是一个系统性工程,但是每一步尤其积极地作用。
通过咨询工程设计人员,笔者得知如果只进行感应雷预防的有关工作,对于本单位防雷工作,特别是机房防雷也是有很积极的作用的。
基于以上三点,笔者认为可以考虑只开展预防感应雷的有关工作。
(三通过对两份设计的研究,笔者认为有些问题需要再次指出。
第一,防雷工程是一个系统工程,为了实现各种技术需求涉及大量设备。
而受到品牌、型号、性能的影响设备的价格差距非常大。
我们开展工程实践时,需要根据本单位实际选择设备的型号和性能。
避免因“大材小用”造成不必要的浪费。
第二,通过研究,笔者认为感应雷预防的重点应放在电源系统的防雷工作上,对于信号防雷,可对电话信号进行专门的预防,网络信号可通过光缆入室前金属筋接地来进行预防。
六、结语
通过近半年来对防雷工程有关内容的学习、调查和研究,笔者相关的专业知识有了很大幅度的提高,特别是通
过研究两家专业公司的设计方案,使笔者在理论与工程实践两个方面都有了较大的提高。
所以,最后,我想感谢本单位领导为笔者提供了这样一个很好的机会。
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