? ? ? ?針對(duì)某大樓因雷擊事故較為嚴(yán)重，分析了該大樓的防雷現(xiàn)狀及雷電侵入到大樓內(nèi)的方式。通過(guò)對(duì)雷電入侵方式的分析找出了該大樓在防雷上存在的不足，即樓頂線(xiàn)路感應(yīng)雷防范措施不完善、低壓線(xiàn)路防雷措施不完善、機(jī)房和配電室接地不規(guī)范等。針對(duì)這些不足，提出了對(duì)樓頂線(xiàn)路進(jìn)行穿鋼管、供電線(xiàn)路三級(jí)防雷、機(jī)房和配電室接地要強(qiáng)制等電位及對(duì)重要用電設(shè)備采取高耐雷變壓器等防雷措施，取得了較好的防雷效果。

對(duì)于建筑物防雷而言，最具破壞作用的不是雷直擊建筑而是由雷電放電電磁脈沖對(duì)建筑物用電設(shè)備的影響。由于建筑物防雷措施不完善，我國(guó)這些年也雷害擊建筑物造成的事故頻繁、聚增。據(jù)一些省市統(tǒng)計(jì)，由雷害引起建筑物內(nèi)電子設(shè)備的損失約占由雷電災(zāi)害引起的總損失的80％，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和無(wú)法估量的間接損失與社會(huì)影響。

某大樓由于建筑物較高，防雷措施不完善，在雷雨季節(jié)出現(xiàn)過(guò)多次打壞家電設(shè)備的情況，其中比較嚴(yán)重的是發(fā)生過(guò)兩次打壞樓頂風(fēng)機(jī)，一次打壞大樓電梯控制柜，造成人員在電梯內(nèi)被困長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)。因而，有必要對(duì)該建筑進(jìn)行防雷問(wèn)題分析并找出防雷薄弱點(diǎn)以改進(jìn)，減少因雷擊造成的損壞。

大樓現(xiàn)有防雷措施

1、 大樓防直擊雷措施

在直擊雷的防護(hù)上，某大樓采用在女兒墻頂部用不銹鋼進(jìn)行包裝以形成整棟大樓的避雷帶。在避雷帶的接地上，采用樓體鋼筋骨架作為接地引下線(xiàn)，采用大樓基礎(chǔ)自然接地作為大樓防雷接地?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大樓接地電阻為8Ω，符合建筑物防雷設(shè)計(jì)要求中對(duì)接地的要求。

2、 大樓其他防雷措施

大樓供電系統(tǒng)是從10kV變電站出線(xiàn)后采用先采用架空線(xiàn)再經(jīng)電纜引至大樓供電室，在電纜的接頭處安裝有避雷器對(duì)電纜頭進(jìn)行保護(hù)，大樓供電采用四臺(tái)160kVA的變壓器對(duì)整棟大樓進(jìn)行供電。

在大樓供電室變壓器的防雷上，四臺(tái)變壓器都是僅在高壓側(cè)裝有避雷器，低壓側(cè)在電容補(bǔ)償器側(cè)裝有一組低壓避雷器，用來(lái)限制電容補(bǔ)償器在投切時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，如果低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行，整個(gè)大樓的低壓設(shè)備將失去過(guò)電壓保護(hù)。

在大樓機(jī)房的接地上，沒(méi)有采用獨(dú)立的地網(wǎng)，也是直接采用大樓基礎(chǔ)接地，在接地上沒(méi)有采用強(qiáng)制等電位連接。在機(jī)房電源的防雷配置上，也沒(méi)有安裝低壓避雷器對(duì)機(jī)房電源進(jìn)行保護(hù)。

大樓雷電入侵途徑

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(kāi)闊，當(dāng)附近有雷電活動(dòng)時(shí)，容易造成雷電直接擊中大樓避雷帶，強(qiáng)大的雷電流就會(huì)經(jīng)由接地引下線(xiàn)泄入大地，由于大樓較高，接地引下線(xiàn)較長(zhǎng)造成感抗較大。

由于感抗較大的作用和接地引下線(xiàn)較多的問(wèn)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(nèi)部不同的樓層形成電位差。

同時(shí)由于接地網(wǎng)和引線(xiàn)附近有大量的低壓電纜、通信等弱電設(shè)備，這個(gè)電位差在信號(hào)線(xiàn)纜屏蔽層產(chǎn)生表皮電流，然后通過(guò)芯線(xiàn)與屏蔽層之間的耦合對(duì)信號(hào)線(xiàn)纜芯線(xiàn)產(chǎn)生干擾電壓，造成電子設(shè)備的干擾甚至損壞。

2、 架空線(xiàn)路或配電線(xiàn)纜引入雷害

由于大樓供電是通過(guò)外界架空線(xiàn)路進(jìn)行供電，而戶(hù)外的架空線(xiàn)路和的電纜極易遭雷擊或雷電感應(yīng)[5]，在供電線(xiàn)路上有雷電過(guò)電壓后，雷電暫態(tài)過(guò)電壓通過(guò)低壓變壓器之后，經(jīng)由電磁感應(yīng)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(jī)房直接相連，雷電暫態(tài)過(guò)電壓就會(huì)危及到通信設(shè)備，通常會(huì)造成通信設(shè)備因雷電過(guò)電壓而打壞。

3、 大樓附近的空間電磁感應(yīng)

雷擊建筑物附近時(shí)，由于大樓并不是一個(gè)完整的法拉第籠，雷電電磁脈沖會(huì)通過(guò)空間輻射的方式部分地穿透建筑物的屏蔽體而在室內(nèi)電子系統(tǒng)中產(chǎn)生過(guò)電壓干擾。

大樓雷電防雷不足

1、 大樓樓頂線(xiàn)路防感應(yīng)雷措施不完善

大樓樓頂風(fēng)機(jī)和裝飾供電線(xiàn)路都是裝在PVC管內(nèi)的，裝飾電源選用的為防雨電源，防雨電源最大的特點(diǎn)是產(chǎn)品采用密閉灌封方式，防水防潮。但并不具有防雷的功能。

從現(xiàn)場(chǎng)情況可知，由于大樓樓頂線(xiàn)路裝在PVC管而不是金屬管中，當(dāng)雷電直擊大樓防雷帶或大樓附近有雷電活動(dòng)時(shí)，而且由于大樓避雷帶上就裝有導(dǎo)線(xiàn)，電磁耦合會(huì)在大樓樓頂線(xiàn)路上產(chǎn)生較高的感應(yīng)過(guò)電壓，相當(dāng)于雷電直擊于線(xiàn)路，將會(huì)直接打壞裝飾用的直流電源。而且風(fēng)機(jī)電源沒(méi)有過(guò)電壓防護(hù)措施，風(fēng)機(jī)供電線(xiàn)路中的過(guò)電壓將直接傳輸?shù)脚潆婇g，將對(duì)整個(gè)大樓的供電安全造成威脅。

2、 低壓線(xiàn)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(xiàn)路未采取限制雷電過(guò)電壓和防雷電感應(yīng)過(guò)電壓措施，這樣當(dāng)沒(méi)有進(jìn)行屏蔽處理供電線(xiàn)路受到感應(yīng)雷的襲擾后，由于沒(méi)有安裝避雷器，在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)沿著400V低壓線(xiàn)路傳遞到大樓配電間時(shí)，也會(huì)在沿大樓樓頂24V裝飾供電線(xiàn)路進(jìn)入到大樓樓頂裝飾用供電電源盒內(nèi)。

雷電入侵到400V線(xiàn)路后會(huì)沿400V線(xiàn)路傳播，可能會(huì)打壞樓頂風(fēng)機(jī)或者大樓內(nèi)辦公設(shè)備，同時(shí)由于變壓器低壓側(cè)沒(méi)有安裝避雷器，沿400V供電線(xiàn)路傳播的過(guò)電壓會(huì)通過(guò)電容耦合和電磁感應(yīng)的方式傳遞至變壓器的高壓側(cè)，可能會(huì)對(duì)配電變壓器高壓側(cè)絕緣構(gòu)成威脅。

由于大樓裝飾供電電源沒(méi)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(duì)樓頂感應(yīng)過(guò)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(jī)房接地不完善

由于機(jī)房接地沒(méi)有合理的等電位聯(lián)接，如果發(fā)生雷擊大樓避雷帶，由于多根接地引下線(xiàn)泄流不平均，在機(jī)房?jī)?nèi)不同的接地點(diǎn)之間必定會(huì)出現(xiàn)電位差，由于機(jī)房設(shè)備耐沖擊水平不是很高，這個(gè)電位差很容易造成機(jī)房?jī)?nèi)二次設(shè)備損壞。

大樓防雷改造措施

1、 對(duì)樓頂線(xiàn)路進(jìn)行穿鋼管防護(hù)

屏蔽是采用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧献龀善帘误w，將要保護(hù)的設(shè)備放在屏蔽體內(nèi)，并將屏蔽體良好接地。這樣在屏蔽體外側(cè)存在電磁干擾時(shí)，由于屏蔽體的屏蔽和接地的作用，電磁干擾在傳輸?shù)狡帘误w時(shí)，會(huì)由于屏蔽體的接地作用泄放掉部分干擾能量，使外界干擾能量不容易從屏蔽體的外側(cè)傳輸?shù)狡帘误w內(nèi)側(cè)，進(jìn)而可以對(duì)屏蔽體內(nèi)的物體進(jìn)行保護(hù)以免受外界電磁干擾的影響。

由于大樓樓頂導(dǎo)線(xiàn)沒(méi)有采取防雷措施，而且導(dǎo)線(xiàn)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(shí)，樓頂導(dǎo)線(xiàn)會(huì)極容易感應(yīng)出過(guò)高的過(guò)電壓而對(duì)整個(gè)大樓的供電系統(tǒng)造成危害。

采用穿鋼管技術(shù)，可以將導(dǎo)線(xiàn)在空間上與電磁脈沖輻射環(huán)境相隔離，進(jìn)而極大減小電磁脈沖場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的耦合，降低外界電磁干擾在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生的過(guò)電壓，進(jìn)而保護(hù)配電設(shè)備不受損壞。對(duì)樓頂暴露在外面的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行穿鋼管是實(shí)施樓頂線(xiàn)路電磁脈沖防護(hù)的重要手段之一，也是屏蔽的主要目的。

2、 增強(qiáng)低壓供電線(xiàn)路的防護(hù)力度

為了降低入侵到配電室和機(jī)房的雷電過(guò)電壓，機(jī)房和配電室應(yīng)當(dāng)采用三級(jí)防雷保護(hù)方式。即變壓器兩側(cè)作為第一級(jí)防雷，直流電源兩側(cè)為第二級(jí)防雷，電源輸入終端作為第三級(jí)防雷。

三級(jí)防雷可以把能量逐級(jí)泄放掉，也可以減小由于低壓侵入的雷電波對(duì)電源系統(tǒng)的影響，三級(jí)防雷保護(hù)SPD安裝如圖1所示。在SPD的選擇上，可以根據(jù)要安裝地方不同和被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓不同選擇相對(duì)型號(hào)的SPD，具體選擇何種型號(hào)的SPD在這里不在敘述。

圖1 低壓電源系統(tǒng)防雷保護(hù)的配置圖

在SPD的接線(xiàn)方式選擇上，由于要安裝SPD的地方較多，如果SPD的接線(xiàn)L1+L2的長(zhǎng)度小于1m，可能采用圖2中上方接線(xiàn)方式，否則應(yīng)當(dāng)采取圖2正文的“V”形接線(xiàn)方式。

圖2 兩種SPD接線(xiàn)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(cè)安裝避雷器的措施，由低壓側(cè)傳來(lái)的過(guò)電壓將對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成威脅。在此建議在變壓器的低壓側(cè)也安裝一組避雷器，以防止低壓側(cè)過(guò)電壓傳遞到高壓側(cè)而對(duì)變壓器的高壓側(cè)絕緣構(gòu)成危脅。

同時(shí)由于大樓現(xiàn)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(duì)于重要設(shè)備供電的電源，如大樓風(fēng)機(jī)，電梯及其他重要用電設(shè)備等，可以選用耐雷電沖擊水平相對(duì)普通變壓器較高的高耐雷變壓器，以保證重要設(shè)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(duì)普通變壓器的耐雷電沖擊水平可提高30%左右。

同時(shí)由于變壓器的高低壓側(cè)都裝有避雷器，其接地方式相對(duì)于原來(lái)僅在高壓側(cè)安裝避雷器的接地方式有所改變。此變壓器的接地應(yīng)當(dāng)采用“四點(diǎn)共地”的接線(xiàn)方式。如圖3所示，采取這種接地保護(hù)方式時(shí)，變壓器絕緣在避雷器動(dòng)作時(shí)僅承受避雷器的殘壓，免受了避雷器殘壓加接地引下線(xiàn)上電壓對(duì)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(yīng)當(dāng)采用此種方式。在接地引下線(xiàn)方面，接地引下線(xiàn)應(yīng)盡可能短，且采用鍍鋅材料以起到防腐蝕作用。

圖3 “四點(diǎn)共地”法保護(hù)

4、 等電位連接的完善措施

1）為了使配電室內(nèi)設(shè)備在有故障電流或雷電流流入地網(wǎng)時(shí)由于地電位不等而不造成損壞，因此要在配電室進(jìn)行接地母線(xiàn)設(shè)計(jì)，以確保室內(nèi)所有設(shè)備一直處于相同的電位上。

在室內(nèi)等電位環(huán)形接地母線(xiàn)的設(shè)計(jì)上，可在采用截面積不應(yīng)小于120mm2的扁銅在配電間內(nèi)距地面15～30 cm高鋪設(shè)。在接地母線(xiàn)的接地上，采用截面積為40mm×4mm扁鋼與接地網(wǎng)可靠連接，在與地網(wǎng)的連接上，母線(xiàn)每隔2～4m就應(yīng)有一個(gè)與地網(wǎng)的連接點(diǎn)，在連接點(diǎn)應(yīng)采取一定的防腐措施。

將接地母線(xiàn)做好后，將配電間內(nèi)所有用電設(shè)備及自來(lái)水管道、暖氣管道、金屬門(mén)窗等均與接地母線(xiàn)相連。在設(shè)備與接地母線(xiàn)的連接上，為了防止由于接地引下線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)造成接地感抗過(guò)大而造成設(shè)備上電壓過(guò)高，應(yīng)使接地引下線(xiàn)做的盡可能短。同時(shí)，為防止雷電流入地時(shí)在配電間形成的跨步電壓的威脅，在配電間巡視過(guò)道上應(yīng)鋪一定厚度的橡膠絕緣墊。

2）由于大樓機(jī)房面積相對(duì)較小，只有二十幾平方米，而且都是采用的機(jī)柜，要接地的設(shè)備較少。因此在機(jī)房?jī)?nèi)的等電位接地設(shè)計(jì)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(gè)點(diǎn)連接到大樓共用接地系統(tǒng)中，各設(shè)備都直接按星形結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)點(diǎn)相連，避免了感應(yīng)環(huán)路的產(chǎn)生。且由于所選用材料為銅，電阻較小，所以各設(shè)備基本上位于同一電位點(diǎn)，因此不會(huì)有與雷電關(guān)聯(lián)的低頻干擾進(jìn)行到機(jī)房的信息系統(tǒng)。同時(shí)此基準(zhǔn)點(diǎn)也是機(jī)房?jī)?nèi)安裝浪涌保護(hù)器的基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖4 S形等電位連接方式

?

結(jié)論

本文對(duì)某大樓雷害事故較多的原因進(jìn)行了分析，并采取適當(dāng)?shù)姆览状胧?duì)該大樓進(jìn)行了防雷改造，取得了較好的防雷效果。同時(shí)對(duì)大樓防雷有以下建議。

（1）對(duì)整個(gè)大樓供電系統(tǒng)采用三級(jí)防雷措施，確保入侵的雷電過(guò)電壓在設(shè)備的承受范圍以?xún)?nèi)。

（1）為了保證大樓內(nèi)重要用電設(shè)備供電可靠，建議用雙曲折防雷變壓器對(duì)大樓內(nèi)重要設(shè)備供電。

（2）完善配電室、機(jī)房用各樓層的等電位連接，防止因電位不等造成對(duì)設(shè)備的危害。

?

??????????????????????? 2020-5-6 摘錄