綜述某大樓防雷改造措施

摘要：本文對某大樓雷害事故較多的原因進行了分析，并采取適當的防雷措施對

該大樓進行了防雷改造，取得了較好的防雷效果。

關鍵詞：感應雷；三級防雷；等電位；SPD

一、雷電入侵途徑

1 大樓避雷帶引入雷電

由于樓體較高，在附近屬于較高的建筑物，而且大樓四用較為開闊，當附近有雷電活動時，容易造成雷電直接擊中大樓避雷帶，強大的雷電流就會經由接地引下線泄入大地，由于大樓較高，接地引下線較長造成感抗較大。由于感抗較大的作用和接地引下線較多的問題，而使得雷電流作用下的地電位分布極不均勻，就容易引起大樓接地局部地區(qū)的地電位升高而在大樓內部不同的樓層形成電位差。同時由于接地網和引線附近有大量的低壓電纜、通信等弱電設備，這個電位差在信號線纜屏蔽層產生表皮電流，然后通過芯線與屏蔽層之間的耦合對信號線

纜芯線產生干擾電壓，造成電子設備的干擾甚至損壞。

2 架空線路或配電線纜引入雷害

由于大樓供電是通過外界架空線路進行供電，而戶外的架空線路和的電纜極易遭雷擊或雷電感應，在供電線路上有雷電過電壓后，雷電暫態(tài)過電壓通過低壓變壓器之后，經由電磁感應或各種耦合方式入侵到大樓低壓供電系統(tǒng)，由于供電室和大樓機房直接相連，雷電暫態(tài)過電壓就會危及到通信設備，通常會造成通信

設備因雷電過電壓而打壞。

3 大樓附近的空間電磁感應

雷擊建筑物附近時，由于大樓并不是一個完整的法拉第籠，雷電電磁脈沖會通過空間輻射的方式部分地穿透建筑物的屏蔽體而在室內電子系統(tǒng)中產生過

電壓干擾。

二 雷電防雷不足之處

1 大樓樓頂線路防感應雷措施不完善

大樓樓頂風機和裝飾供電線路都是裝在PVC管內的，裝飾電源選用的為防雨電源，防雨電源最大的特點是產品采用密閉灌封方式，防水防潮。但并不具有防雷的功能。當雷電在大樓附近活動時，流過避雷帶的雷電流在避雷帶附近的平行

金屬導線導體上產生的感應過電壓可用下式表示：

式中，a 為平行金屬導體相對避雷帶的距離，單位m； 為雷電流的幅度與前沿之比，通常稱之為雷電流的陡度，di 單位KA，dt單位μs；Vj 為和避雷針

平行的金屬導線導體上因避雷針的二次雷擊效應而產生的感應過電壓，kV/m。

從上式可以看出，雷電流陡度越大，產生的感應過電壓越大，前沿越窄的雷

電波的破壞性也越大。隨著距離a的增加，感應過電壓逐步減小。

從現場情況可知，由于大樓樓頂線路裝在PVC管而不是金屬管中，當雷電直擊大樓防雷帶或大樓附近有雷電活動時，而且由于大樓避雷帶上就裝有導線，相當于a 為0，由于電磁耦合會在大樓樓頂線路上產生較高的感應過電壓，相當于雷電直擊于線路，將會直接打壞裝飾用的直流電源。而且風機電源沒有過電壓防護措施，風機供電線路中的過電壓將直接傳輸到配電間，將對整個大樓的供電安

全造成威脅。

2 低壓線路防雷措施不完善

由前面的分析可知，由于大樓樓頂供電線路未采取限制雷電過電壓和防雷電感應過電壓措施，這樣當沒有進行屏蔽處理供電線路受到感應雷的襲擾后，由于沒有安裝避雷器，在供電線路上產生的感應過電壓會沿著400V 低壓線路傳遞到大樓配電間時，也會在沿大樓樓頂24V 裝飾供電線路進入到大樓樓頂裝飾用供電電源盒內。雷電入侵到400V 線路后會沿400V 線路傳播，可能會打壞樓頂風機或者大樓內辦公設備，同時由于變壓器低壓側沒有安裝避雷器，沿400V 供電線路傳播的過電壓會通過電容耦合和電磁感應的方式傳遞至變壓器的高壓側，可能會對配電變壓器高壓側絕緣構成威脅。由于大樓裝飾供電電源沒有采取任何防雷措施且其耐沖擊電壓水平很低，只有2000V 左右，由前面對樓頂感應過電壓

的分析可知，這樣很容易造成裝飾供電電源打壞。

3 配電室和機房接地不完善

由于機房接地沒有合理的等電位聯接，如果發(fā)生雷擊大樓避雷帶，由于多根接地引下線泄流不平均，在機房內不同的接地點之間必定會出現電位差，由于機房設備耐沖擊水平不是很高，這個電位差很容易造成機房內二次設備損壞。

三 防雷改造措施

1 對樓頂線路進行穿鋼管防護

由于大樓樓頂導線沒有采取防雷措施，而且導線直接位于大樓的避雷帶上，由前面的分析可知，在雷擊大樓時，樓頂導線會極容易感應出過高的過電壓而對整個大樓的供電系統(tǒng)造成危害。采用穿鋼管技術，可以將導線在空間上與電磁脈沖輻射環(huán)境相隔離，進而極大減小電磁脈沖場對導線的耦合，降低外界電磁干擾在供電線路上產生的過電壓，進而保護配電設備不受損壞。對樓頂暴露在外面的導線進行穿鋼管是實施樓頂線路電磁脈沖防護的重要手段之一，也是屏蔽的主要目

的。

2 增強低壓供電線路的防護力度

為了降低入侵到配電室和機房的雷電過電壓，按照國際電工標準IEC1312-1技術要求和SPD安裝原理，機房和配電室應當采用三級防雷保護方式。即變壓器兩側作為第一級防雷，直流電源兩側為第二級防雷，電源輸入終端作為第三級防雷。三級防雷可以把能量逐級泄放掉，也可以減小由于低壓侵入的雷電波對電源系統(tǒng)的影響，三級防雷保護SPD安裝如圖1所示。在SPD 的選擇上，可以根據要安裝地方不同和被保護設備耐沖擊電壓不同選擇相對型號的SPD，具體選擇何種型

號的SPD 在這里不在敘述。

圖1 低壓電源系統(tǒng)防雷保護的配置圖

在 SPD的接線方式選擇上，由于要安裝SPD的地方較多，如果SPD的接線L1+L2 的長度小于1m，可能采用圖2中上方接線方式，否則應當采取圖2 正文

的“V”形接線方式。

圖 2 兩種 SPD 接線方式

3 完善變壓器防雷措施

由前面的分析可知，由于大樓的配電變壓器僅采用了在高壓側安裝避雷器的措施，由低壓側傳來的過電壓將對變壓器的正常運行造成威脅。在此建議在變壓器的低壓側也安裝一組避雷器，以防止低壓側過電壓傳遞到高壓側而對變壓器的

高壓側絕緣構成危脅。

同時由于大樓現有供電采用的變壓器為普通變壓器，耐雷電沖擊水平較低。在這里建議對于重要設備供電的電源，如大樓風機、電梯及其他重要用電設備等，可以選用耐雷電沖擊水平相對普通變壓器較高的高耐雷變壓器，以保證重要設備的供電可靠性。在高耐雷變壓器的選擇上，可以選用雙曲折防雷變壓器，其相對

普通變壓器的耐雷電沖擊水平可提高30%左右。

同時，由于變壓器的高低壓側都裝有避雷器，其接地方式相對于原來僅在高壓側安裝避雷器的接地方式有所改變。此變壓器的接地應當采用“四點共地”的接線方式。如圖3 所示，采取這種接地保護方式時，變壓器絕緣在避雷器動作時僅承受避雷器的殘壓，免受了避雷器殘壓加接地引下線上電壓對變壓器主絕緣的沖擊，間接提高了變壓器的耐雷電沖擊水平。在雙曲折變壓器的接地上，也應當采用此種方式。在接地引下線方面，接地引下線應盡可能短，且采用鍍鋅材料

以起到防腐蝕作用。

圖 3 采用雙曲折聯接及外部保護采用“四點共地”法保護

4 等電位連接的完善措施

1）為了使配電室內設備在有故障電流或雷電流流入地網時由于地電位不等而不造成損壞，因此，要在配電室進行接地母線設計，以確保室內所有設備一直處于相同的電位上。在室內等電位環(huán)形接地母線的設計上，可在采用截面積不應小于的扁銅在配電間內距地面15～30cm 高鋪設。在接地母線的接地上，采用截面積為40mm×4mm 扁鋼與接地網可靠連接，在與地網的連接上，母線每隔2～4m 就應有一個與地網的連接點，在連接點應采取一定的防腐措施。將接地母線做好后，將配電間內所有用電設備及自來水管道、暖氣管道、金屬門窗等均與接地母線相連。在設備與接地母線的連接上，為了防止由于接地引下線過長造成接地感抗過大而造成設備上電壓過高，應使接地引下線做的盡可能短。同時，為防止雷電流入地時在配電間形成的跨步電壓的威脅，在配電間巡視過道上應鋪一定厚度的橡膠絕緣墊。

2）由于大樓機房面積相對較小，只有二十幾平方米，而且都是采用的機柜，要接地的設備較少。因此，在機房內的等電位接地設計上，宜采用S 型等電位連接。如圖4 所示。由圖中可以看出，S 型等電位連接只有一個點連接到大樓共用接地系統(tǒng)中，各設備都直接按星形結構與基準點相連，避免了感應環(huán)路的產生。且由于所選用材料為銅，電阻較小，所以各設備基本上位于同一電位點，因此不會有與雷電關聯的低頻干擾進行到機房的信息系統(tǒng)。同時此基準點也是機房內安裝浪涌保護器的基準點。

圖 4 S 形等電位連接方式

四 結論

同時對大樓防雷有以下建議。

1）對整個大樓供電系統(tǒng)采用三級防雷措施，確保入侵的雷電過電壓在設備

的承受范圍以內。

2）為了保證大樓內重要用電設備供電可靠，建議用雙曲折防雷變壓器對大

樓內重要設備供電。

3）完善配電室、機房用各樓層的等電位連接，防止因電位不等造成對設備的危

害。

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