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“建筑防雷接地工程设计常见问题”释疑
查看:144  发稿日期:2018-08-01 08:06:53

2018年5月8日,中国建筑学会建筑雷电防护学术委员会(以下简称“雷电防护委员会”)第一届第二次会员代表大会胜利召开,8日上午雷电防护委员会创新会议模式将会议分为两个分会场,议题分别为“建筑防雷接地工程设计常见问题”和“中国防雷如何在一带一路倡议下走出去”,参会人员自由选择议题并参与发言讨论。


参与“建筑防雷接地工程设计常见问题”座谈会的有建筑设计院、建筑施工总承包单位、防雷产品制造企业、防雷产品检测单位、审图单位、高等院校等近40家企事业单位代表。参会代表针对建筑防雷接地工程中常见问题从设计、审查、施工、产品应用、系统运行等各个角度展开了充分热烈的讨论,给出了许多非常好的意见和建议,大会对讨论的议题整理了统一的结论如下。



对于钢筋混凝土建筑,是否设均压环?GB 50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》 对二、三类防雷建筑没有规定,QX / T 106 - 2009《防雷装置设计技术评价规范》有明确规定。土建施工的方法能否满足等电位要求?


答:1)在建筑物上部如果不设置防雷等电位连接,则引下线和金属物或线路之间需要满足间隔距离的要求,否则可能发生火花放电(即闪络)。根据GB 50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》第4。3。 8条1款(式4。 3。 8)和第4。 4。 7条1款(式4。 4。 7),各类防雷建筑物中的金属物或线路与引下线之间的间隔距离和引下线计算点到等电位连接点之间的距离成正比。因此,有必要在建筑物竖向多设置横向的防雷等电位连接环(即均压环),以降低引下线对金属物或线路发生火花放电的几率。


2)根据GB / T 21714. 3 - 2015 / IEC 62305 - 3:2010《雷电防护 第3部分:建筑物的物理损坏和生命危险》E. 6.2. 1条,“对高于30 m 的建筑物,建议在20 m及以上每隔20 m进行等电位连接”。然而,作为引下线的竖向主筋和每层梁内横向钢筋之间通常仅满足土建施工的粘接锚固要求,不具有可靠的电气连接;当利用梁内钢筋作为防雷等电位连接环时,需要在梁内钢筋和柱内主筋之间利用卡夹器作机械连接或者焊接。


3)以上措施主要是针对第二类和第三类防雷建筑物。对于第一类设置非分离接闪器的建筑物,GB 50057 - 2010第4。 2。 4条根据该类防雷建筑物遇电火花可能发生爆炸危险的特性,明确要求应设置环间垂直距离不大于12 m的等电位连接环(注:高度大于30 m时,30 m以上水平接闪带间距不大于6 m)。


总之,高层建筑物需要设置防雷等电位连接环,环间距可按不大于20 m,作为防雷等电位连接环的梁内钢筋和作为引下线的柱内主筋之间应采用卡夹器作机械连接或焊接。

 

建筑物金属窗、塑钢窗(内含塑钢窗加强筋)是否需要和防雷装置连接?如需要,从什么高度开始连?


答:1)依据BS 6651 - 1999《建筑物防雷装置实施规范》A.2. 3“短的、孤立的金属部分(如金属窗框等),等电位连接可以忽略”。那么,对于连续的金属窗等(如玻璃幕墙的金属构件),则需要和防雷装置作等电位连接。


2)GB 50601 - 2010《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》第6. 1. 1条1款(强条)“建筑物顶部和外墙上的接闪器必须与建筑物栏杆、旗杆、吊车梁、管道、设备、太阳能热水器、门窗、幕墙支架等外露的金属物进行电气连接。”按照防侧击措施,建筑物侧面可能遭受侧击的金属窗应与防雷装置(可利用引下线和防雷等电位连接环构成的接闪网格)可靠连接。


根据GB 50057 - 2010第4. 3. 9条条文说明,防侧击的接闪网格应符合IEC 62305 - 3:2010第Ⅳ级防雷要求,即满足20 m × 20 m接闪网格。考虑到和金属窗连接方便,可以每两层设置水平接闪带,分别在上下两层的金属窗侧预留连接板,以便后期连接使用。


3)塑钢窗的外包塑料是绝缘层,其制造标准并不要求其内骨料有较好的连通导电性。由于塑钢窗连接不便,且人体不容易接触其金属部分,通常不要求做防雷等电位连接。

 

实际工程中,有些设备厂家从EMC角度出发要求单独接地,与防雷接地等分设接地极,否则不能保证设备正常工作,该如何处理?


答:1)设备单独接地,与其他接地会有电位差,当附近雷击,两个接地电位不同,易产生危险电位差,即地电位反击。


2)GB / T 21714. 3 - 2015 / IEC 62305 - 3:2010 第5. 4. 1条认为,从雷电防护观点来看,接地装置最好为单一、整体结构,可适用于任意场合(例如:雷电防护、电力系统和通信系统)。GB / T 16895. 10 - 2010《低压电气装置 第4 - 44部分:安全防护  电压骚扰和电磁骚扰防护》第444. 5. 1条明确要求与建筑物有关的所有接地极,即保护、功能和雷电防护的接地极应相互连接,见图1。


GB 50057 - 2010第4. 2. 4条6款条文说明强调:“在一栋建筑物中设置了独立接地体,在动态条件下实际上是把人身安全和设备安全放在第二位,这是不对的;应将人身安全放在第一位来处理接地和等电位连接。”


总之,接地应首先满足安全要求,对于某些坚持单独接地的设备厂家,可以让厂方签订一份书面的承诺书,按照其要求做单独接地所带来的事故危害由厂家承担。


3)电子设备的接地是在电子设备和大地之间提供一条有效的低阻抗通路。等电位连接网络可以最大限度地降低电位差,使各设备之间的电位差最小,并能减少信号回路和接地回路之间的磁场,给电子设备提供稳定的、不受干扰的工作电平。在电子设备机房内设置S型或M型等电位连接,分别满足300 kHz以下的模拟线路和兆Hz级的数字线路,也可将S型和M型等电位连接结合起来,在更大频率范围内提供低阻抗的参考电位。该措施很容易将参考平面和接地体之间的接地线耦合的干扰信号“短路”掉,保障电子系统正常工作。这是国际、国外和我国国家标准一致推荐的正确做法。

 

当建筑物内设有变电所且与弱电系统共用接地系统时,规范要求接地电阻为1 Ω,有些项目在实际检测中较难满足,多个业主咨询建筑的接地电阻能否放宽?按各系统要求的接地电阻最小值取多少?


答:GB 50343 - 2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第5. 2. 5条:防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地应共用一组接地装置,接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。


GB 50057 - 2010第4. 2. 4条、第4. 3. 6条和第4. 4. 6条要求,共用接地装置的接地电阻应按50 Hz电气装置的接地电阻确定,不应大于按人身安全所确定的接地电阻值。


严格来说,1 Ω接地电阻在发生高压接地故障和雷电流冲击等情况下也未必安全。接地电阻值的大小与电能流入大地的分布情况,以及大地自身的性质有关。接地电阻的低阻值需要在造价和系统要求上做出妥协,当不能经济地满足系统要求时,尚可配合等电位联结等其他措施。经验证明,希望通过把接地电阻值降低到绝对的低值以避免危险电位,满足功能要求都是不现实的(另据相关专家透露,正在编制的全文强制性标准,将会取消接地电阻不大于1 Ω的要求,对接地电阻的要求趋于理性化,使功能性和经济性协调统一。但标准尚未发布,暂不可作为设计依据)。


工程中,建筑物的接地装置推荐采用自然基础接地极,电阻值稳定、不容易腐蚀。其中,环形或网状基础接地极便于实现对跨步电压的电位控制,并且适合电子系统的应用。自然基础接地极的电阻值通常容易控制在不大于10 Ω,能够满足绝大多数的实际应用。


SPD的选择,问题一:针对信息系统配电和一般低压配电,各级SPD应该如何选择?问题二:室外箱变,电源配电箱等如何正确设置SPD?


答:1)各级SPD的设置应遵守能量协调配合的原则。并应符合以下要求:

① 设备的耐冲击电压额定值Uw和SPD有效电压保护水平UP / F之间应符合:UP / F ≤ Uw;

② SPD的In值应按安装点的预期放电电流选择。


根据GB 50343 - 2012第5。 4。 3条的内容,电源引入的总配电箱处的SPD将泄放大部分的雷电流(80 % 以上的雷电流),最后一级SPD的有效电压保护水平应小于设备的耐冲击电压值。各级SPD的协调配合需要满足能量配合要求,即各级SPD应正常工作,且不应超过其最大能量耐受值,该能量取决于波形和试验类别,最好由制造厂家提供。


2)以室外箱变为例,假设箱变的电力电源引入设有外部防雷装置(LPS)的建筑物内:

① 建筑物内的电气和电子系统,可能承受室外箱变及其线路遭受雷击(S3损害源)的闪电电涌侵入危害,同时,建筑物本体还可能遭受雷击(S1损害源)时的地电位反击。按照GB 50057 -2010,通常可只需要考虑更严酷的地电位反击危害,在建筑物低压线路引入处选择Ⅰ级试验的SPD。

② 根据电阻耦合原理,雷击建筑物的全部雷电流在建筑物的地和远方箱变的地之间分流,其中相当一部分雷电流流入电源系统,由远方箱变的地泄流(见图2)。箱变的低压线路处也应选择Ⅰ级试验的SPD。


本文有删减,全文载于《建筑电气》2018年第7期,详文请见杂志。


版权归《建筑电气》所有。

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