筑物防雷设计规范样本.doc
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1、筑物防雷设计规范条文说明第一章 总 则 101 有些人认为,建筑物安装防雷装置后就万无一失了。从经济见解出发,要达成这点是太浪费了。所以,特指出“或降低”,以示不是万无一失,因为根据本规范设计防雷装置防雷安全度不是100。 第二章 建筑物防雷分类 201 将工业和民用建筑物合并分类,分为三类。 本规范对第一类防雷建筑物和第二、三类一部分(如爆炸危险环境、文物)仍沿用以往做法,不考虑以危险度作为分类基础。对于第二、三类中部分难于确定建筑物则依据危险度这一基础来划分。对危险度分析,见本规范第203条说明。 2. 0. 2 第一款,爆炸物质: 炸药黑索金、特屈儿、三硝基甲苯、苦味酸、硝铵炸药等; 火
2、药单基无烟火药、双基无烟火药、黑火药、硝化棉、硝 化甘油等, 起爆药雷汞、氮化铅等; 火工品引信、雷管、火帽等。 第三款,原规范中相关爆炸火灾危险场所分类名称按现在新爆炸火灾危险环境分区名称修改。其相对应关系见表21。 因为1区跨越Q一1和Q一2两个等级,所以,1区建筑物可能划为第一类防雷建筑物,也可能划为第二类防雷建筑物。其区分在于是否会造成巨大破坏和人身伤亡。比如,易燃液体泵房,当部署在地面上时,其爆炸危险环境通常为2区,则该泵房可划为第二类防雷建筑物。但当工艺要求部署在地下或半地下时,在易燃液体 蒸气和空气混合物比重重于空气,又无可靠机械通风设计情况下,爆炸性混合物就不易扩散,该泵房就要
3、划为:区爆炸危险环境。如该泵房系大型石油化工联合企业原油泵房,当泵房遭雷击就可能会使工厂停产,造成巨大经济损失和人员伤亡,所以,这类泵房应划为第一类防雷建筑物;如该泵房系石油库卸油泵房,平时间断操作,虽因雷电火花可能引发爆炸造成经济损失和人员伤亡,但相对来说要少得多,则这类泵房可划为第二类防雷建筑物。 203 第四款,有些爆炸物质,不易因电火花而引发爆炸,但爆炸后破坏力较大,如小型炮弹库,枪弹库和硝化棉脱水和包装等均属第二类防雷建筑物。 第五款,见本规范第20. 2条三款说明。 第八款,选择防雷装置目标在于将需要防直击雷建筑物年损坏危险度R值(需要防雷建筑物每十二个月可能遭雷击而损坏概率)减到
4、小于或等于可接收最大损坏危险度尺值(即RRo)。 本章中对于需作计算年雷击次数界限条文采取每十二个月10-5Ro值。即每十二个月十万分之一损坏概率。 基于建筑物年估计雷击次数(N)和基于防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏综合概率(P),对于时间周期T1年,在NPT1条件下(全部真实情况全部满足这一条件),下面关系式是适用: R=1-exp(-NPt)=NP,即 R=NP (21) P=PiPm十PfPfd (22) 式中 Pi防雷装置截收雷击概率,或防雷装置截收效率(也 用Ei表示),其值和接闪器部署相关; Pf闪电穿过防雷装置击到需要保护建筑物慨率,也 即防雷装置截收雷击失败慨率,等于(1一
5、Pi)或 (1一Ei); Pid防雷装置截收雷击后所选择多种尺寸和规格保护 失败而发生损坏概率; Pfd防雷装置没有截到雷击而发生损坏概率。 一次雷击后可能同时在不一样地点发生n处损坏,每处损坏分概率为Pk;这些分概率是并联组成,所以,一次雷击总损坏概率为: Pd1一叵(l一Pk) (23) 分损坏概率包含这么部分事件,如爆炸、火灾、生命触电、机械性损坏、敏感电子或电气设备损坏或受到干扰等等。 在确定分损坏概率时,应考虑到同时发生两类事件,即引发损坏事件(如金属熔化、导体炽热、侧向跳击、不许可接触电压或跨步电压,等等)和被损坏物体出现(即人、可燃物、爆炸性混合物等等存在)这两类事件同时发生。
6、出现引发损坏事件概率直接或间接和闪击参量分布概率相关,在设计防雷装置和选择其规格尺寸时是依据闪击参量。 在引发事件地方出现可能被损坏周围物体概率取决于建筑物特点、存放物和用途。 为简化起见,假定: 1在引发事件地方出现可能被损坏周围物体概率对每一类损坏采取相同值,用共同概率Pr替换; 2没有被截到雷击(直击雷)所引发R损坏是肯定,损坏出现和可能被损坏周围物体出现是同时发生,所以,PfdPr; 3被截收到雷击引发损坏总概率只和防雷装置尺寸效率Es相关,并假定等于(1- Es)。Es要求为这么一个综合概率,即被截收雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害。Es和用来定接闪器、引下线、接地装置厂寸和规
7、格闪击参量值相关。 将上述假定代入(22)式,立即以下各项代入:Pi用Ei代入,Pf用(1一Ei)代入,Pfd用Pr代入,Pid用Pr(1一Es)代入;另外,引入一个附加系数Wr,它是考虑雷击后果一个系数,后果越严重,Wr值越大。所以,(22)式转化为: PPrWr(1一EiEs) (24) 概率Pr应看作是一个系数,它表示建筑物本身保护程度或表示考虑这么真实情况一个原因,即不是每一个打到需要防雷建筑物雷击和不是每一个使防雷装置所选择规格和尺寸失败雷击均造成损坏。Pr值关键取决于建筑物特点,它结构、用途、存放物或设备。 EiEs (25) 或EiEs为防雷装置效率。 从(21)、(24)、(2
8、5)式得: RNPrWr(1-),=1-R/NPrWr 假如R值采取可接收最大损坏危险度Ro10-5,并使 No=Ro/PrWr=10-5/PrWr (2. 6) 式中 No建筑物可接收年许可遭雷击次数。 所以,防雷装置所需要效率应符合下式: 1-Nc/N (2. 7) 依据IEC一TC81相关资料,第三类防雷建筑物所装设防雷装置相关值见表2. 2。 依据验算和对比(另见本条第九款和本规范第204条二、三、四款说明),本规范对通常建筑物和公共建筑物所采取PtWt,值见表2.3。 从表22得保护第三类防雷建筑物防雷装置效率值为08。从表23查得公共建筑物值为1210-。将这两个数值代入关系式(2
9、7),得081一(1210-2), 所以1210-0.2=0.006。这表明对这类建筑物如采取第三类防雷建筑物防雷方法,只对N0.06建筑物确保Ro值小于10-5。当N0.06时Ro值达不到(即大于)10-5,所以,当N0.06时升级采取第二类防雷建筑物防雷方法。 将部、省级办公建筑物列入,是考虑其所存放文件和资料关键性。人员密集公共建筑物,如集会、展览、博览、体育、商业、影剧院、医院、学校等建筑物。 第九款,从表2.2得保护第三类防雷建筑物防雷装置了值为08。从表23查得通常建筑物No值为610-2。将这两个数值代入关系式(27),得出0.81一610-2/N,所以N610-2/0.203。
10、这表明对这类建筑物如采取第三类防雷建筑物防雷方法,只对W03建筑物确保Ro值小于10-5。当W03时Ro值达不到(即大于)10-5,所以,当N03时升级采取第二类防雷建筑物防雷方法。 .2. 0. 4 第二款,当没有防雷袋置时=0,从表23查得公共建筑物No1.210-2。将这两个数值代入关系式(27),得01一(1.210-2/N),所以V0012。这表明对这类建筑物当N0012时能够不设防雷装置;当V002时要设防雷装置。 第三、四款,当没有防雷装置时,0,从表23查得通常建筑物No610-2。将这两个数值代入关系式(2.7)得01一610-2/N,所以y006。这表明对这类建筑物当N00
11、6时能够不设防雷装置;当N006时要设防雷装置。 下面用长60m、宽13m(即四个单元住宅)通常建筑物作为例子进行验算对比。其结果列于表24。原规范建筑物年计算雷击次数经验公式为原规范(附21)式。本规范建筑物年估计雷击次数为(附11)式。K值均取1。 要正确计及周围物体对建筑物等效面积影响,计算起来很繁杂,所以,略去这类影响正确计算。但在选择部分参数时已合适作了修正。N计算见本规范附录一。 第三章 建筑物防雷方法 第一节 通常要求 311 本条要求仅对制造、使用和贮存爆炸物质建筑物和爆炸危险环境采取防雷电感应。其它防雷建筑物能够不防雷电感应。雷电感应可能感应出相当高电压而发生火花放电引发事故
12、。 在通常性建筑物内,在不带电金属物上雷电感应所产生火花放电,因为其能量小、时间极短,通常不会引发怒灾危险。在220380V系统带电体上雷电感应,因为采取防雷电波侵入和防反击方法,此问题也跟着得四处理。 相关电子元件过电压保护分三部分,即220/380V电源部分、信息线路、有电子元件设备本身。信息线途经电压保护应由信息线路设计者处理。设备本身应由制造厂处理。电源部分又分两部分,即建筑物电源进线和接至有电子元件装置电源部分(如插座、分配电箱),本规范仅处理电源进线部分,它和防雷电波侵入和防反击方法一起处理。至于在装登周围供电是否设过电压保护器,应依据设备关键性由信息线路设计者一起处理,或由设备使
13、用者处理或由制造厂提供。另外,设备外壳及其外接金属管线因为电气安全或屏蔽需要已作接地,这也大大地降低了雷电感应危险性。 本规范现仍采取原来要求防雷方法,即防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。国际电工委员会1990年版IECI024一1:1990标准建筑物防雷第一部分通则(以下简称IECI024一1)内容也包含了这些方面要求,不过叫法不一样。有些国家和上述IEC防 雷标准将防雷分为外部防雷和内部防雷。所谓外部防雷就是防直击雷(不包含预防防雷装置受到直接雷击时向其它物体反击),内部防雷包含防雷电感应、防反击和防雷电波侵入和防生命危险。本规范防直击雷包含防反击内容。 312 为说明等电位作用和通常做
14、法,下面摘译IECI024一1些相关要求: 3内部防雷装置 31等电位连接 311 通则 为减小在需要防雷空间内发生火灾、爆炸、生命危险,等电位是一很关键方法。 等电位是用连接导线或过电压保护器将处于需要防雷空间内防雷装置、建筑物金属构架、金属装置、外来导体物、电气和电讯装置等连接起来。 当需要防雷空间设有防雷装置时,处于该空间之外金属构架可能受到雷电效应。在设计这么防雷装置时应顾及这种效应。对处于该空间之外金属构架可能也需要作等电位连接。 当不设防雷装置但需要防从外来管线引来雷电效应时,也应作等电位连接。 312 金属装置等电位连接 应在以下地点做等电位连接: (A)在地下室或在靠近地平面处
15、。连接导线应连到连接板(连接母线)上,连接板组成和安装要易于靠近检验。连接板应和接地装置连接。对于大型建筑物,假如连接板之间有连接,可装设多块连接板; (B)高度超出20m建筑物,在地面以上垂直每隔不大干20m处;连接板应和连接各引下线水平环形导体连接(见223款); (C)在那些满足不了安全距离地方(见32节)。 对有电气贯通钢筋网钢筋混凝上建筑物、钢构架建筑物、有等效屏蔽作用建筑物,建筑物内金属装置通常不需要上述(B)款和(C)款等电位连接。 313 外来导体等电位连接 应尽可能在靠近进户点处对外来导体作等电位连接。 315在通常情况下电气和通信装置等电位连接 电气和通信装置应按312款要
16、求作等电位连接。应尽可能在靠近进户点处作等电位连接。 假如导体有屏蔽层或穿于金属管内,当这类屏蔽物上电阻压降所形成电位差不危及电缆和所连接设备时,通常只将这类屏蔽物作等电位连接就足够了。 线路全部导体应作直接或非直接连接。相线应仅经过过电压保护器连到防雷装置上。在TN系统中,PE或PEN线应直接连到防雷装置上。 3. 3 防生命危险 在需要防雷空间内防发生生命危险最关键方法是采取等电位连接。 第二节 第一类防雷建筑物防雷方法 321 第一款,在原要求基础上,和独立避雷针、架空避雷线并列,补充采取架空避雷网。 第二款,压力单位用Pa及kPa,它们是法定汁量单位。标准大气压力为非法定计量单位,一旦
17、相关国际学术组织宣告废除时,中国也将伴随停止使用。所以,表321中压力单位采取kPa。一个标准大气压=1.01325l05pa1.01325102kpa。 “接闪器和雷闪接触点应设在上述空间之外”,接触点处于该空间正上方之外也属于“在上述空间之外”。 第五款,为预防雷击电流流过防雷装置时所产生高电位对被保护建筑物或和其有联络金属物发生反击,应使防雷装置和这些物体之间保持一定安全距离。 防雷装置地上高度hx处电位为: UUr十UlIRi十LoHxDi/Dt (3. 1) 因为没有更合理方法,和原规范相同,安全距离仍按电阻电压降和电感电压降对应求出距离相加而得。所以,对应安全距离为: SolIRi
18、/Er十LoHx(Di/Dt)/lE (3. 2) 式中 Ur雷电流流过防雷装置时接地装置上电阻电压降 (kV); Ul雷电流流过防雷装置时引下线上电感电压降 (kV); Rj接地装置冲击接地电阻(); Di/Dt雷电流陡度(kAs); I雷电流幅值(kA); Lo一一引下线单位长度电感(Hm),取其等于500KV m; Er一电阻电压降空气击穿强度(kVm),取其等于 500kvm; El一电感电压降空气击穿强度(kvm)。 参考IEC一TC81相关文件,本规范各类防雷建筑物所采取雷电流参量示于表31和表32。 依据对雷电所测量参数得悉,雷电电流最大幅值出现第一次正极性或负极性雷击,雷电流最
19、大陡度出现于第一次雷击以后负雷击。正极性雷击通常仅出现一次,无反复雷击。 .1EC一TC81相关文件提出电感电压降空气击穿强度为El600(11/t1)(kvm)。所以,依据表3. 1,当T110s时E1=600(11/10)660kvm;依据表32,当T1025s时E1600(1十1/0.25)=3000KVm。 以表31相关参量和上述相关数值代入(32)式,其中Di/Dt1/T1=200/10=20kAs,得Sat200Ri/500+1.5Hx20/6600.4Ri十0. 0455Hx,考虑计算简化,取作Sat04Ri十0.04hx。所以, Sat 0.4(Ri十0. 1hx) (33)
20、上式即规范(321一1)式。 同理,改用表32及其它相关数值代入(32)式,其中Di/Dt=I/T1=50/0.25=200KA/s,得 Sat=50Ri/500+1.5Hx200/3000=0.1RI+0.1Hx。所以, Sat 01(Ri十Hx) (34) 上式即规范(321一2)式。 (33)式和(34)式相等条件为04Ri十0.04hx01Ri十0. 1hx,即Hx5Ri。所以,当Hx5Ri时,(33)式计算值大于(34)式计算值;当Hx5Ri时,(34)式计算值大于(33)式计算值;当Hx5Ri时,两值相等。 依据雷电一书下卷第87页(1983年,李文恩等译,水利电力出版社出版,该书
21、译自英文版Lightning第2卷,R. H. Golde主编,1977年版)土壤冲击击穿场强为2001000kvm,其平均值为600kVm,取和空气击穿强度一样数值,即500kVm。依据表31,对第一类防雷建筑物取I200kA。所以,地中安全距离为 Sel IRi/500=200Ri/500=0.4RI,即 S04RI (35) 上式即规范(321一3)式。 依据计算,在避雷线立杆高度为20m,避雷线长度为50150m,冲击接地电阻为310条件下,当避雷线立杆顶点受雷击时,流过一根立杆雷电流为全部雷电流6390,照理Sal和sel可对应减小,但计算很繁杂,为了简化计算,故本规范要求Sal和s
22、el仍根据独立避雷针方法进行计算。 第六款,按雷击于避雷线档距中央考虑Sa2,因为两端分流,对于任一端可近似地将雷电流幅值和陡度减半计算。所以,避雷线中央电位为:UUrUl1U1.2。由此得 Sa2=Ur/Er+Ul1+U1.2/El,所以 Sa2=I/2Ri/Er+(Lo1H+Lo2L/2)Di/Dt/2/Ei (3.6) 式中I、UR、Di/Dt、Er、Ei意义及所取数值同本文第五款 说明; Ul1雷电流流过防雷装置时引下线上电感压降(kV); UL2雷电流流过防雷装置时在避雷线上电感压降(kV); Lo1垂直敷设引下线单位长度电感(Hm)。按引下 线直径8mm、高20m时平均值Lo1=1
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