环境系系楼防雷设计方案.doc
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1、江西信息应用职业技术学院江西信息应用职业技术学院 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 专业名称 防雷技术 班 级 08 防雷一班 学生名称 王灿 指导教师 和丽霞 系 主 任 刘彦章 2011 年 4 月 1 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 I、毕业设计(论文)题目: 江西信息学院环境工程系办公楼防雷江西信息学院环境工程系办公楼防雷 改改 造工程设计方案造工程设计方案 II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求: 原始数据:土壤电阻率为原始数据:土壤电阻率为 336.62.m336.62.m,土壤为红土,土壤含水量为,土壤为红土,土壤含水量为 4%4%以上,办公
2、楼为砖混结构的建筑物,该办公楼以上,办公楼为砖混结构的建筑物,该办公楼 L=64mL=64m、W=11mW=11m、H=11m(H=11m(包括楼阁包括楼阁 H=15m)H=15m) 防雷现状:外部防雷装防雷现状:外部防雷装 置已锈蚀置已锈蚀, ,且避雷针的保护范围不足,且避雷针的保护范围不足,SPDSPD 浪涌保护器没有安装,未浪涌保护器没有安装,未 设置等电位连接网络等。设置等电位连接网络等。 设计技术要求:设计技术要求:GB50057-94GB50057-94(20052005 版)版) GB50343-GB50343-20042004 III、毕业设计(论文)工作内容: 注:本页内容由
3、指导教师填写注:本页内容由指导教师填写 IV、主要参考资料: 建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000 年版) 电子计算机机房设计规定GB5017494 雷电电磁脉冲的防护IEC61312 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004 电气装置安装工程 GB50169-92 低压配电系统的电涌保护器(SPD) GB18802 环境工程环境工程 系 防雷技术防雷技术 专业 0808 防雷防雷 1 1 班 学 生 王灿王灿 日 期:自 年 月 日 至 年 月 日 指导老师 和丽霞和丽霞 兼职教师或答疑教师(并指出所负责的部分): 系主任 刘彦章刘彦章 附注:任务书应附在已完成的
4、毕业设计说明书首页附注:任务书应附在已完成的毕业设计说明书首页 (正文) 江西信息学院环境工程系办公楼江西信息学院环境工程系办公楼 防雷改造工程防雷改造工程 设设 计计 方方 案案 江西信息应用职业技术学院江西信息应用职业技术学院 编制编制 目录目录 1 1雷电的概述雷电的概述 5 5 1.1雷电的入侵途径.5 1.1.1直击雷 .5 1.1.2雷电感应 .5 1.1.3雷电波侵入 .5 1.1.4地电位反击 .6 1.1.5雷电防护的发展趋势 .6 2 2勘测报告勘测报告 7 7 2.1勘测依据.7 2.2数据勘测.7 2.2.1建筑物的位置及气象条件 .7 2.2.2地质条件和地形状况 .
5、7 2.2.3建筑物的结构及使用性质 7 2.2.4建筑物周边环境 .7 2.2.5建筑物内各设备工作间的概况 .8 2.2.6进出管线情况 .8 2.2.7建筑物原有接闪装置现状 .8 2.2.8供配电情况及配电系统接地形式 .8 2.2.9电子信息系统情况 .9 2.2.10等电位连接网络 .9 2.3数据分析.9 2.3.1地区雷暴日等级划分.9 2.3.2雷电防护区划分 .9 2.3.3建筑物防雷等级分类 10 2.3.4雷电防护分级 11 2.3.5避雷针的保护范围 12 2.4勘测结论 .13 3 3设计方案设计方案 1414 3.1设计范围 .14 3.2设计依据 .14 3.3
6、直击雷的防护 .14 3.3.1接闪器 14 3.3.2引下线 15 3.3.3接地装置 16 3.4等电位连接与接地16 3.5电源系统的防雷与接地17 3.5.1第一级电源防护 17 3.5.2第二级电源防护 18 3.5.3第三级电源防护 18 3.5.4接地 19 3.6电子信息系统的防雷与接地19 3.6.1新建主机房的防雷与接地 20 3.6.2天馈线路的防雷与接地 22 4 4附图附图 2323 4.1勘测图 .23 4.2设计施工图23 5 5维护和管理维护和管理 2323 6 6施施工工方方案案 2424 6.1施工准备 .24 6.1.1技术准备 24 6.2劳动力和主要设
7、备材料、用量计划 .24 6.2.1劳动力的技术培训工作 24 6.2.2劳动力管理 24 6.2.3劳动力计划 25 6.3材料准备 .25 6.4施工机具及计量检测仪表25 6.5安装电源 SPD 的注意事项 .26 6.6质量管理的措施 .26 7 7工程预算工程预算 2727 1雷电的概述 1.11.1 雷电的入侵途径雷电的入侵途径 1.1.11.1.1 直击雷直击雷 直接雷击含有极大的能量,电压峰值可达 5000KV,具有极大的破坏力。 如建筑物直接被雷电击中,巨大的雷电流经引下线入地,会造成以下三种影响: a:雷电流产生具大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。 b:雷电
8、流流经的通道上产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故。 c:在雷电流流经的通道上,物体水分受热汽化而剧烈膨胀,产生强大的冲 击性机械力,可使机房建筑物结构断裂破坏,导致工作人员伤亡,设备破坏。 1.1.21.1.2 雷电感应雷电感应 从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中,雷电活动区几乎同时出现两种 物理现象,其中静电感应与电磁感应两种现象是可能造成雷电感应的危害形式。 雷电感应虽然没有直接雷击猛烈,但其发生的几率比直接雷击要高得多。 静电感应:由于雷云的作用,使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷, 当雷云对地面或另一雷云主放电后,雷云上所带的电荷,通过闪击与异种电荷 中和,而在导体上的感应电荷却
9、在短时间内得不到释放,这样就在导体上形成 了很高的感应电位。 电磁感应:当闪电的雷电流经引下线入地的过程中,会在其周围的空间产 生磁场,这种磁场随时间的变化而变化,其感应作用随着与落雷点的距离的增 大而较快地减少(与距离平方成正比) ,磁场会在其内部导体上形成了很高的感 应电位。 1.1.31.1.3 雷电波侵入雷电波侵入 远处的雷电击中线路或因雷电感应产生的极高电压,雷电波由室外电源线 路和通信线路传至建筑物内,浪涌电压高达几十千伏,危及人身安全和损坏设 备。 所以进出建筑物的管线的防雷对于整体防雷来说,是非常重要的环节。 1.1.41.1.4 地电位反击地电位反击 当雷电击到建筑物的接闪器
10、上时,雷电流经引下线往大地泄放;由于雷电 流电流幅值大,建筑物地网本身存在地阻阻值,雷电流在短时间内不能全部泄 放,这时雷电流经设备的接地线引入设备,从而造成设备的损坏。 因此,多媒体机房综合防雷工程综合防雷工程既要防直击雷,又要防雷电 感应;既要防止雷电过电压侵入从金属线缆输入,也要防止地电位反击。 1.1.51.1.5 雷电防护的发展趋势雷电防护的发展趋势 随着近几年雷电灾害的增加,人们对雷电灾害的防护也从单一的避雷针防 雷和 SPD 保护,逐步向系统防雷、整体防雷发展,通过限流、均压、分流、屏 蔽、接地、保护等手段实现全面的雷电的防护,即: 限流:限制直接雷击的雷电流幅值和上升率(di/
11、dt) ,减少二次感应雷 的危害 均压:改善冲击电压的分布,降低电位差,避免雷电反击事故 分流:采用多条接地引下线分别泄放雷电流,减少二次感应雷的危害和 避免雷电反击事故 屏蔽:设置屏蔽房、室、箱,防止雷电电磁波入侵对电子设备的危害 接地:防雷措施的基础,设计建设合理的地网系统,使雷电流迅速泄放 入地 保护:电源及信号回路安装 SPD,有效保护各类电子设备 2勘测报告 2.12.1 勘测依据勘测依据 建筑物防雷设计规范GB 50057-94 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB 50343-2004 2.22.2 数据勘测数据勘测 2.2.12.2.1 建筑物的位置及气象条件建筑物的位置及气象
12、条件 江西信息应用职业技术学院处于江西省南昌市青云谱区气象路 58 号,该 建筑物位于学院东南侧。该学院所在区处于亚热带季风气候区,全年多雷雨天 气, 特别是夏季对流运动强盛,雷雨天气频繁,冬季低温少雨,年平均雷暴 日为 56.4d/a,有“雷打山”之称。 2.2.22.2.2 地质条件和地形状况地质条件和地形状况 该学院的地势较高,为南昌市最高点,且该系楼四周明显的有一定的落差, 土壤为红壤,土壤电阻率为 336.62*,且接地电阻为 2.6。 2 2. .2 2. .3 3 建建筑筑物物的的结结构构及及使使用用性性质质 该建筑物呈东西走向,为砖混结构, 包括楼阁共三层,主要给老师办公 和学
13、生实训使用,且流动人员量较大;其长 64 米,宽 11 米,高 11 米(包括楼 阁高 15 米);且屋面含有两台卫星天线、四杆风标及两台破损的百叶箱,南面 女儿墙上还含有三个铁横担(详见其屋顶平面图)(详见其屋顶平面图) 。 2 2. .2 2. .4 4 建建筑筑物物周周边边环环境境 建筑物四周都为混凝土地面,地势有一定的落差。其南面为 10 米高的男 生宿舍,两楼之间有高过屋面的大树,北面为学院广场,东面是学院超市,地 势低于建筑物 1 米;西南面为小花园,地势高于将住屋 2 米(详见其四置图)(详见其四置图) 。 2.2.52.2.5 建筑物内各设备工作间的概况建筑物内各设备工作间的概
14、况 建筑物一楼有四个房间,分别是防雷接地实训室(内有很多检测仪器) , 地面观测实训室(内有七台电脑、两台空调、气压表等观测仪器) ,自动气象站 (内有风向、风速传感器,翻斗式雨量传感器等) ,器材室。一楼楼梯旁有一配 电盒,盒内装有一台塑料外壳式断路器(JK10250330) ,其中额定工作电 压380V,额定绝缘电压 660V,额定频率 50HZ,瞬态脱扣整定电流 150A。盒内 还装了 4 三相空开、3 单相空开和 1 个双相空开。型号分别为:2 个 DZ47-100 1-1 D100A、3 个 DZ47-63 C16、3 个 DZ47-63 C63。 建筑物二楼有天气会议室(内有一台投
15、影,一台电脑、一台空调和气象 探测接收设备) ,专业机房(内有一台电脑、一台投影机、两台天馈接收器、53 台电脑、一个交换机 RJ-45,天气分析与预报室(内有一台空调、一台电脑、一 台投影仪) ,教研办公室(两台空调、八台电脑) ,防雷设计实训室(一台调、 五台电脑) ,地理信息系统综合实验室(两台电脑、一台投影仪) ;(详见其各(详见其各 设备工作间平面图)设备工作间平面图) 。 2.2.62.2.6 进出管线情况进出管线情况 该建筑物北侧西面大门处有埋地电源线缆进入,同时有自来水管道,在其 北侧外墙上附有很多的架空线缆;(详见其立面图)(详见其立面图) 。 2.2.72.2.7 建筑物原
16、有接闪装置现状建筑物原有接闪装置现状 该建筑物小阁楼的女儿墙上安装了一圈避雷带,和一根 3 米高的避雷针, 二楼屋顶安装了一根 8 米高的避雷针,但避雷针已经锈蚀和歪曲,且避雷带也 已经锈蚀,某些部位出现了断裂的迹象,该建筑物曾多次遭受过直接雷击(具(具 体位置见屋顶平面图)体位置见屋顶平面图) 。 2.2.82.2.8 供配电情况及配电系统接地形式供配电情况及配电系统接地形式 该建筑物的低压配电线路是由学院总配电房经 PVC 套管及一段金属钢管埋 地引入一楼总配电箱(东侧楼梯间)中,然后由一楼的总配电箱引入二楼分配 电箱及一楼各设备工作间,再由二楼分配电箱引入二楼各设备工作间。配电系 统的保
17、护方式:从学院总配电房到一楼的总配电箱采用的是 TNC 方式,从一 楼总配电箱到二楼分配电箱采用的是 TNS 方式,其各楼层配电箱内的各相线 没有安装避雷器,且没有使用国家标准颜色的电源线。 (详情见其配电系统结构(详情见其配电系统结构 图)图) 2.2.92.2.9 电子信息系统情况电子信息系统情况 进入建筑物的信号线路是由综合楼中心机房引出的光缆经架空的方式引 入建筑物二楼的交换机房中,然后由交换机分出的光缆及同轴电缆分别引进建 筑物的专业机房、新建机房及楼层设备工作间中。 进入该建筑物的天馈线是由屋面的卫星天线经同轴电缆引入二楼的专业 机房中。 2 2. .2 2. .1 10 0等等电
18、电位位连连接接网网络络 该系楼的 110 机房采用 M 网格型等电位连接网络,设置了两个局部等电位 连接端子,需要进行等电位连接的设备已经进行了等电位连接,设备之间的等 电位连接的方式采用串联的方式,且楼层都没设置等电位连接端子板及楼层墙 面上的金属窗未跨接。 2.32.3 数据分析数据分析 2 2. .3 3. .1 1 地地区区雷雷暴暴日日等等级级划划分分 该建筑物所在区的年平均雷暴日为 56.4d/a,根据建筑物电子信息系统 防雷设计规范GB50343-2004 第三节 3.1.2 条年平均雷暴日大于 40 天,不超 过 60 天的地区为高雷区,所以该建筑物为高雷区所以该建筑物为高雷区。
19、 2.3.22.3.2 雷电防护区划分雷电防护区划分 雷电防护区的划分是将需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物,从外 部到内部划分为不同的雷电防护区(LPZ) 。按照 GB50343-2004 第三章第 3.2.2 条,该建筑物可分为:该建筑物可分为:LPZ0ALPZ0A、LPZ0BLPZ0B、LPZ1LPZ1、LPZ2LPZ2、LPZnLPZn 区区, , 如下图: 图号 比例 制图日期 审核 08防一 王灿 LPZ1 LPZ2 LPZn 埋地线缆及管道 注: 表示在不同雷电防护区界面上的等电位接地端子板 表示起屏蔽作用的建筑物外墙、房间或其他屏蔽体 LPZ0A LPZ0ALPZ0A LP
20、Z0B 系楼雷电防护分区平面图 接地装置 LPZ1 LPZ0B LPZ0B LPZ0ALPZ0A 所以,该建筑物应处于 LPZ0B 区的保护范围内。 2.3.32.3.3 建筑物防雷等级分类建筑物防雷等级分类 建筑物年预计雷击次数: N=K*Ng*Ae 等效截收面积为: Ae = LW+2(L+W) +)200(HH)200(HH 6 10 = 975+8681.38+9746.56 6 10 = 0.02 雷击大地的年平均密度: Ng=0.024 3 . 1 Td =0.024 3 . 1 4 . 56 =4.5381 雷击次数校正系数:K 取 1.5 年预计雷击次数: N=K*Ng*Ae=
21、0.135 式中: N 建筑物年预计雷击次数 K 雷击次数校正,在一般情况下取 1; 在下列情况下取相应数值:位于旷野孤立的建筑物取 2;金属屋面的砖木结构 的建筑物取 1.7;位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处地下 水露头处山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取 1.5; Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度 Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积 年平均雷暴日 根据建筑物防雷设计规范 GB50057-94 第二章第 2.0.3 条预计雷击次数大 于 0.06 次/a 的部、省级办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物为第 二类建筑物,由于该建筑物年预计雷击次数为
22、0.135d/a,所以该建筑物属于第所以该建筑物属于第 二类防雷建筑物。二类防雷建筑物。 2 2. .3 3. .4 4 雷雷电电防防护护分分级级 建筑物拦截效率:E=1-Nc/N Nc :可接受的最大年平均雷击次数 Nc=5.8/C C : 各类因子 C=+ :信息系统所在建筑物材料结构因子取 1.5 :信息系统重要程度因子取 1 :电子信息系统设备乃冲击类型和抗冲击过电压能力因子取 0.5 :电子信息系统设备所在雷电防护区的因子取 0.5 :电子信息系统发生雷击事故后的后果因子取 1 :区域雷暴等级因子取 1.2 C=C + C + C +C +C +C =1.5+1+1+1+1+1.2=
23、6.7 123456 Nc=5.8/C=0.0274 : 建筑物及入户设施年预计雷击次数:=NN 式中 :入户设施的年预计雷击次数 :建筑物的年预计雷击次数 =0.135 =(0.024)(+)(次/年) =4.5*(464*2*200*10-6+2000*100*10-6) =0.3848 =0.135+ 0.3848=0.51N 式中 Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密; 年平均雷暴日,根据当地气象台、站资料确定; 电源线缆入户设施的截收面积; 信号线缆入户设施的截收面积; 建筑物拦截效率: E=1-Nc/N =1-0.0274/0.51 =0.946 根据建筑物电子信息系统防雷设计规
24、范GB50343-2004 第四章第 4.2.3 条当 0.90E0.98 时定为 B 级,所以该建筑的雷电防护等级为所以该建筑的雷电防护等级为 B B 级。级。 2.3.52.3.5 避避雷雷针针的的保保护护范范围围 在建筑物屋顶有一长为 8m 的避雷针,楼阁上有一长为 3m 的避雷针及一圈 避雷带,且两根避雷针在同一平面内是等高的都为 17m,据分析和有关知识得: 两根避雷针可以按双支等高避雷针进行计算。 且必须满足: D,而两根避雷针之间的距离)(m17h4 .7073172)2(h2mhhr D=30m,所以根据得:其在最低点的保 222 )2/()(hxDhhh rrx 护高度,然后
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