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防雷技术
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试验分析接地与屏蔽重要作用

时间:2017-11-03    作者:admin    点击:

摘 要:文章针对建筑在设计施工中应重视防雷设施的安装,提出接地是防雷工程的重中之重,它决定了其他防雷方案的有效性。以屏蔽方案为重点研究对象,本文设计了模拟实验,来说明屏蔽的效能与网格间距和接地状况有着直接的关系。通过曲线,可以在工程上找到控制成本的合理方法,并重申了接地的重要性。

  关题词:接地;屏蔽;雷电感应

  引 言

  广东省博罗县属于山区型地形,南亚热带季风气候。因受罗浮山、象头山两大山脉的影响,天气很不稳定,时有雷暴天气发生,平均雷暴日在87天左右,属于多雷区。因此雷暴天气来时,时有民用建筑物、电器设备等被雷击的事件发生。随着博罗投资的日益发展,生活居住的人日趋增多;高楼大厦、联并排别墅群、低层单体民用住宅拔地而起。因此,做好我县民用建筑的防雷设施安装至关重要。

 

  目前,博罗县城内民用建筑单体住宅、小区花园式商住楼虽然防雷设施报建审核手续基本上完善,下面乡镇的民用单体住宅还未完善此手续。但是,防雷工程设施并没有做到位,尤其轻视了屏蔽与接地的重要性。

 

  建筑物在向安全、舒适、便捷的智能化方向发展,因此建筑物防雷不再是单纯的建筑物自身的防雷,而是更要注重对内部设备保护的防雷工程。本文正是论述防雷工程中的重点项目,并利用实验解析了屏蔽与接地对雷电感应的防护效果。

  1 接地与屏蔽的概述

  1.1 建筑的接地系统

 

  接地问题是防雷系统的基础性工作,良好的接地效果是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好和最经济。当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时,应利用基础内的钢筋作为接地装置。在设计接地装置时要有整体防雷观念,所谓整体观念是指设计和安装防雷装置时,对建筑物的内外都要有整体观念。这里的建筑内外不单是指内部防雷装置和外部防雷装置。

  建筑物的防雷设计和安装应将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至全小区的防雷装置进行整体统一的考虑。不仅电气专业的设计者要有整体观念,建筑专业的设计者对防雷也要有整体观念。这是现代防雷设计观念转变的重要问题之一。

  因此,建立一个良好的地网是建筑物防雷的前提。

  1.2 建筑屏蔽对感应电磁波的防护

 

  从综合布线到机房屏蔽,现在的智能大厦不能没有屏蔽,屏蔽布线是在普通布线系统的外面加上金属屏蔽层,利用其反射、吸收和集肤效应实现防止电磁干扰及辐射的功能。建筑物及房间的屏蔽,可以根据其用途及内部设备的抗扰度,进行设计,一般使用法拉第笼的原理对其进行屏蔽。

 

  屏蔽一定要注意几点:

  (1)金属外壳要有良好的接地。

 

  (2)屏蔽层的搭接处做到良好焊接。

 

  (3)屏蔽层的开放面积要尽可能小。

 

  (4)进出屏蔽层的线缆,两个屏蔽层之间做到良好连接。

  2 试验解析接地与屏蔽效率

  在防雷技术中,接地与屏蔽项目是不可或缺、相辅相成的。设计此试验正是要说明这一点,并找到一个在工程上可以实现的成本控制的方案。

  根据屏蔽效能的基本原理,屏蔽体的网格间距与接地状况,直接影响了屏蔽体对电磁波的效率。本实验中,利用浪涌发生器的输出端来模拟干扰源,电感线圈作为受扰原,通过改变网格间距和接地电阻值,以示波器采集到的感应过电压来直观地分析屏蔽效能的变化。

  试验制作4只铜丝围绕成的规格为40cm×40cm×40cm的法拉第笼,其网格间距依次为5cm,4cm,3cm,2cm,和一个铜皮包成的同规格盒体。

 

  试验用浪涌发生器型号为ICGS,产生的模拟雷电流为10/350us波形,通流10kA、20kA、30kA、40kA、50kA幅值,笼体通过一只变阻器接入阻值为0.03Ω的地网中。

  缠绕一只采样电感,N=30,F=5cm,测试电感值为98uH,将这只电感的两端接上示波器探头,并且示波器做好全屏蔽处理。试验连接如图所示。

 

  

 

 

  2.1实验趋势图分析

 

  图2显示了改变法拉第笼规格对屏蔽的影响,经过改变法拉第笼的网格间距,分别测试5cm、3cm、2cm、0cm五个量级,接地电阻值固定为0.1Ω不变,得到的感应电压幅值绘制趋势曲线如图。

  

 

 

  从图中可以得到:

  (1)当受扰体被法拉第笼屏蔽后,感性电压明显下降。

  (2)法拉第笼的网格间距对屏蔽效果有着决定作用,间距越小效果越好。

  (3)当网格间距小于3cm时效果改变不大,这与感应雷电波的波长有关。

 

 

  (4)(全封闭式法拉第箱的屏蔽效果最好。

 

 

  图3描绘了改变接地电阻对屏蔽的影响,经过变阻器调节,使接地阻值分别为:0.1Ω、0.5Ω、1Ω、2Ω、∞Ω五个量级,网格间距保持为2cm不变,得到的感应电压幅值绘制趋势曲线如图。

  

 

  曲线图的趋势很明显,可以分析出:

 

 

  (1)不接地的屏蔽体与无屏蔽的的条件下的受扰效果相同,所以屏蔽体必须接地

  (2)具体分析0.1Ω-∞Ω的效果曲线,发现接地电阻越小,屏蔽效果越好,但是差别不大。

  (3)由于实验中只能做到调节直流电阻,实际冲击电阻将会更大。

 

 

  至此,得到实验结论:屏蔽工程必须伴有良好的接地,屏蔽体的网格和接地电阻阻值都尽可能地小。从工程角度考虑,可以结合试验的屏蔽效能,适当地规划成本。

 

 

  2.2 实验数据分析

  以上的趋势图使我们在感性上得到了感性的认识,下表从数据方面显示了改变网格间距对屏蔽影响。

 

 

  

 

 

 

  数据显示了网格间距越小,屏蔽效率越高,全铜皮屏蔽的效率高达92%。同时可以得到,2cm与3cm间距的屏蔽效果分别为78%、73%,相差极小,这正是工程上可以借鉴的进行成本控制的间距。

 

 

  3 其他防雷工程措施

 

 

  在电源线上加装点与保护器,在实质上是将电源线与地线做瞬时连接,将线上传导的过电压过电流导入地网,这也要求接入的地网有很小的电阻值。

 

 

  首先,电涌保护器选型要准确,既要符合选用SPD的五个原则,又要根据不同的接地系统对SPD进行选型。其次,对SPD劣化的保护,使用机械或其他的脱离装置对劣化后的SPD进行检测、切除,这就要求SPD生产商设计出合格的具有热脱扣和过流脱扣功能的产品。

  等电位归根到底就是将易触及的金属导电体与地网做良好连接,同样说明了接地地网的重要性。以卫生间为例,随着非金属管件的应用,在工程施工中,往往将设计的卫生间的等电位设施去掉,认为无金属构件可连,这是非常危险的。这是由于卫生间属于高湿环境,人在洗澡时皮肤湿透人体阻抗急剧下降,接触电压为50v时既可产生过量的人身通过电流而致人死伤,这时一旦发生电热水器漏电或太阳能热水器遭受雷击引入高电位,后果不堪设想。因此在设计和施工安装中必须尽量降低卫生间内各种金属管道、构件间的电压差,不仅将住宅楼外接地连接端子箱引出的接地干线与每层卫生间的环形接地线连接好,而且要将卫生间内的各种管道接口及各种金属构件(浴巾杆、金属扶手、地面预埋件及金属管件等)等连为一体,并与地线做可靠连接。

 

 

  4 小结

  防雷工程是一项系统工程,它不仅包括建筑物的内部设施、外部设施及附属设施,还与相邻设施有关。其中接地是重中之重,它的施工质量直接关系到了其他各种防雷项目的效果,正如本文所的结论:接地对屏蔽效果有辅助作用;接地关系到电涌保护器的泄流效果,同事也决定了等电位的能否发挥功能。

  所以从设计到施工,每一个细小环节都要认真对待,以免留下防雷的安全隐患。

  “最后感谢南京信息工程大学,为模拟实验提供的鼎力支持”。

  参考文献

 

 

  [1] GB50057-94(2000版),建筑物防雷设计规范[S].

 

 

  [2] 苏邦社.雷电与避雷工程 .中山大学出版社.

 

 

  [3] GB50169-2006,电气装置安装工程接地装置施工及验收规范[S].