工業(yè)電氣設(shè)計(jì)中的防雷設(shè)計(jì)探究

米建芳 孫榮雙

摘要：近年來，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的不斷提高，我國的工業(yè)建筑也得到快速的發(fā)展，自動(dòng)化的程度越來越高，建筑中大量采用的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子設(shè)備在促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了一系列的安全問題。其中由于雷電造成的電氣系統(tǒng)、通信設(shè)備等的損壞每年都有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)還會造成人員傷亡，因此，如何進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)成為工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一。本文對工業(yè)建筑電氣設(shè)計(jì)中的防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的探討，以供廣大同仁學(xué)習(xí)交流。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑電氣設(shè)計(jì)；防雷設(shè)計(jì)

引 言：現(xiàn)代工業(yè)建筑中為了滿足一定的生產(chǎn)生活需要，都需要安裝很多不同功能的電氣設(shè)備，如電話、電源插座、照明燈具、控制設(shè)備、各種工業(yè)與民用的動(dòng)力裝置、消防控制系統(tǒng)裝置、智能系統(tǒng)等。但由于雷電產(chǎn)生的電磁脈沖引起的電磁效應(yīng)和熱效應(yīng)、雷電高電壓以及這些設(shè)備的耐過電壓能力較低，導(dǎo)致這些電氣設(shè)施的使用都會給設(shè)施和高層建筑造成損壞。所以，電氣設(shè)計(jì)中防雷技術(shù)的應(yīng)用一定要加強(qiáng)，這已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑中一個(gè)非常重要的問題。

1 雷電對工業(yè)建筑的危害

雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，雷電災(zāi)害是自然災(zāi)害中最為嚴(yán)重的種類之一，伴隨雷電而產(chǎn)生的強(qiáng)大的電流、猛烈的沖擊、強(qiáng)烈的電磁輻射等一系列的物理效應(yīng)都有著巨大的破壞作用，其對工業(yè)建筑的危害主要有直擊雷擊和感應(yīng)雷擊兩個(gè)方面。

1.1 直擊雷

直接雷擊包括有雷電直擊和雷電側(cè)擊，是指在雷電活動(dòng)區(qū)內(nèi)，雷電直接通過人體、建筑物、設(shè)備等對地放電產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，在此過程中，強(qiáng)大的雷電流通過被擊物體時(shí)會產(chǎn)生熱效應(yīng)，使被擊物體溫度突升，引起火災(zāi)危害；強(qiáng)大的雷電流還會使空氣急劇膨脹，在四周形成“激波”，對附近的建筑物、樹木等造成危害，還會危及到人身安全；雷電直接擊中線路并沿導(dǎo)體或電纜流過大量的雷電流還會通過導(dǎo)體產(chǎn)生雷電電磁場和電動(dòng)力效應(yīng)，對線路設(shè)備造成實(shí)質(zhì)的破壞。

1.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷又稱為二次雷，感應(yīng)雷擊是通過雷雨云的靜電感應(yīng)或放電時(shí)的電磁感應(yīng)對被擊物體產(chǎn)生損壞。由于雷電發(fā)生時(shí)空氣中電磁場發(fā)生的劇烈變化會使建筑物的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出一定的感應(yīng)電壓，當(dāng)這個(gè)電壓超過電子器件耐壓值很多時(shí)，電子元器件就會被擊穿或燒毀。在工業(yè)建筑內(nèi)，如果不同接地系統(tǒng)被泄入雷電流，就會產(chǎn)生地電位反擊，對電氣設(shè)備造成破壞，另外，由于感應(yīng)雷擊時(shí)的電壓幅度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子器件的工作電壓值，且雷雨天氣空氣相對濕度較高，電子器件間的爬電距離變小，線路板上密集的電子器件就會因此產(chǎn)生短路，引起設(shè)備的損壞。感應(yīng)雷對設(shè)備的損害沒有直擊雷猛烈，但比直擊雷發(fā)生的機(jī)率大，且其是悄悄發(fā)生，不易被察覺。目前的大多數(shù)工業(yè)建筑物防直擊雷的設(shè)施都比較完善，因此，絕大多數(shù)的弱電設(shè)備雷擊損壞是由感應(yīng)雷造成的。

2 工業(yè)建筑的防雷級別分類

根據(jù)工業(yè)建筑的用途不同，雷擊可能造成的后果不同，防雷設(shè)計(jì)可以相應(yīng)有所不同。在進(jìn)行工業(yè)建筑防雷工程設(shè)計(jì)之前，必須要先確定工作環(huán)境的危險(xiǎn)等級，再確定其防雷級別。

也就是說，首先，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)國家對于不同類型企業(yè)的防火、施工、安全、設(shè)計(jì)規(guī)范來判斷生產(chǎn)過程中可能用到的材料、可能出現(xiàn)的中間產(chǎn)品、以終最終產(chǎn)品是否具有易燃易爆性質(zhì)，最終的產(chǎn)品存放過程有未出現(xiàn)易燃易爆類物質(zhì)的泄漏，合理確定是不是存在火災(zāi)或爆炸隱患環(huán)境。

然后，再按我國《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》確定防雷類別。具體來說就是：“甲類可燃?xì)怏w、甲類可燃液體、甲類可燃固體環(huán)境一般可劃分為第一類防雷建筑物，一些小型的甲類可燃?xì)怏w、甲類可燃液體、甲類可燃固體環(huán)境可劃分為第二類防雷建筑物，乙類可燃?xì)怏w、乙類可燃液體、乙類可燃固體環(huán)境可劃分為第二類防雷建筑物”。若所涉及的工業(yè)建筑中兼有規(guī)范中所規(guī)定的三類防雷建筑物，則其防雷級別劃分應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范的3.5.1、3.5.2兩個(gè)條款進(jìn)行劃分。

這三類建筑在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，在場地條件許可的情況下，最好設(shè)置單獨(dú)的避雷針接地體。其中以第一類要求最為嚴(yán)格，此類建筑最好選用獨(dú)立避雷針做雷擊防護(hù)，盡量最大程度地保證建筑內(nèi)的呼吸閥、危險(xiǎn)物質(zhì)放散管、排風(fēng)口等管口外圍空間處在接閃器的保護(hù)區(qū)內(nèi)，引下線間隔的距離須按照屋頂面周長。此外，由于大部分廠房的面積相對比較大，在配置圍護(hù)接地體的同時(shí)，最好可以依據(jù)避雷帶的網(wǎng)格寬度進(jìn)行均勻網(wǎng)格的配置，這樣既可實(shí)現(xiàn)均勻電壓，又可以控制地表電位差，避免跨步電壓的形成，還方便了等電位連接體的埋設(shè)，接地體的埋設(shè)深度應(yīng)1m。

3 工業(yè)建筑防雷設(shè)計(jì)探究

3.1 設(shè)計(jì)原則

3.1.1 要對建筑物所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地理位置、氣象條件和外部環(huán)境等有所了解，需要掌握建筑物的用途和高度、層數(shù)、建筑面積。

3.1.2 預(yù)先計(jì)算建筑物的年雷擊次數(shù)，全面考慮建筑物的各個(gè)因素，依照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-942000版）的規(guī)定，針對建筑物的防雷類別進(jìn)行分析、確定。一般對預(yù)先計(jì)算年雷擊次數(shù)沒有達(dá)到三類防雷的建筑物來講，從以下兩種情況來考慮。

（1）建筑物是不是公共場所，如醫(yī)院和學(xué)校、電子商城、超市、大型的商場等，以上項(xiàng)目如果出現(xiàn)，必須要依照三類防雷建筑物來設(shè)計(jì)。

（2）建筑物內(nèi)部有沒有信息系統(tǒng)?？紤]到屏蔽，預(yù)防直擊雷接閃器應(yīng)該采用避雷網(wǎng)。

3.2 工業(yè)建筑防雷設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

建筑物防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)全方位、系統(tǒng)的工程，非常復(fù)雜，感應(yīng)過電壓和雷擊過電壓兩者的影響不可能僅僅通過幾種防雷方法和防雷設(shè)備就能完全解決，一定要結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)雷電的侵入途徑，對可能產(chǎn)生雷擊的因素進(jìn)行考慮，將雷擊電磁脈沖防護(hù)、感應(yīng)雷防護(hù)和直擊雷防護(hù)綜合在一起，將雷擊危害降到最低。現(xiàn)代建筑電氣防雷設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的防護(hù)措施有接閃、分流、均衡電位、屏蔽、接地和合理布線。防雷裝置分為外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置兩種。

3.2.1外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成

（1）接閃器。是指在一定范圍內(nèi)的雷電只能依照人們設(shè)計(jì)好的通道釋放到大地中去，而不能隨便選擇放電通道。

（2）引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。

（3）接地裝置。所謂接地是指為了讓被保護(hù)設(shè)施免受損害，避免出現(xiàn)電流能量集中在某一個(gè)部位的現(xiàn)象，讓流入防雷系統(tǒng)的電流全部釋放到大地中。通過良好的接地能夠非常有效的釋放能量，避免電壓反擊的發(fā)生。

3.2.2內(nèi)部防雷裝置：包括分流、均壓、屏蔽、合理布線和安裝電涌保護(hù)器

（1）分流。分流技術(shù)是保護(hù)電子系統(tǒng)和電子設(shè)備的有效手段。所謂的分流是指在如電源線、電話線、天線等室外導(dǎo)體，和基地線和防雷裝置間并聯(lián)上一種避雷裝置，這樣雷電產(chǎn)生的電流就會分流入地了。

（2）均壓。所謂均壓是指將建筑物中的各個(gè)部位都分成相等的電位。如果各種金屬線路和建筑物中的鋼筋結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，那么建筑物中不會出現(xiàn)電位差，這樣雷電就不能對人體及電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，因?yàn)榻ㄖ飪?nèi)沒有產(chǎn)生跨步電壓。

（3）屏蔽。所謂屏蔽是指為了使建筑物內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和電子設(shè)備免受到雷擊的危害。因此，為了達(dá)到實(shí)現(xiàn)屏蔽的目的，建筑物設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選擇鋼筋作為建筑物的主要建材，這樣會使建筑物形成一個(gè)等電位的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而讓雷擊電流實(shí)現(xiàn)分流。

（4）合理布線。所謂合理布線是為了讓防雷技術(shù)達(dá)到更有效的效果?，F(xiàn)代建筑和照明、電話、電視等電器的管線聯(lián)系緊密。首先，將這些管線放進(jìn)金屬管內(nèi)，達(dá)到屏蔽的目的。其次，把管線主干線中的垂直部分放入建筑物的中心，達(dá)到縮小電磁波感應(yīng)范圍的目的。

（5）安裝電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器（SPD）能夠吸收危險(xiǎn)的額外電壓，防止大多數(shù)這樣的電壓進(jìn)入您的敏感設(shè)備。

4 結(jié)束語

總之，防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)系到工業(yè)安全生產(chǎn)的重要工程，在進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重建筑的整體性、目的性、結(jié)構(gòu)性和層次性，按照相關(guān)的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，對建筑物及建筑物周圍的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究，在確保設(shè)計(jì)能夠達(dá)到相關(guān)要求的前提下，全面考慮各種因素，確保建筑物、人員和設(shè)備的防雷安全。

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