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水利水电防雷解决方案

莱特智慧     2024-07-16     135

一、概述

    随着社会经济发展,人们防洪意识不断增强,水库水雨情大坝安全监测预警系统、洪水预警报系统要求己越来越高,系统可靠性、安全性也成为防汛部门日常工作重点。随着系统规模不断扩大,其内部各种电子设备使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术普及,各种信息化电子设备被广泛采用。但是,系统遭受雷击造成设备损坏、数据中断也逐步成为预警报系统维护的棘手问题。为此,本文就从水库、山洪预警报系统情况入手,参照国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004等规定进行该系统防雷分析设计,未安装任何防雷设施,极易遭受雷击,汛期系统容易发生故障。

二、现状分析

    根据系统具体情况将从接闪器、引下线、侧击雷防护、屏蔽、等电位连接、浪涌保护器安装、接地装置等现场情况入手,结合设计规范进行防雷现状分析。

    雷电的类型可分为直击雷击和二次雷击。带电云团对地面或地面上的物 体直接放电时,称该处地面或该物体遭受直接雷击,或称为直击雷。二次雷击又分 为静电感应雷击和电磁感应雷击。静电感应雷击是指:在雷击发生前,带电云团 在高压输电线或者其他导电体上,感应了大量的电荷,并且与云团的电荷之间,达 到一种平衡状态,雷击发生后,带电云团的电荷被快速泄放,平衡条件被破坏,输 电线路上的电荷也将向两端泄放;因而使与之相邻的设备过电压而损坏。电磁感 应雷击是指:雷击放电过程电压、电流的幅频特性非常陡峭、幅值高,其电磁辐 射很大,雷击电磁波可在导体的两端产生极高的自感电势,从而造成设备的损坏。

三、避雷设计

1、接闪器

    接闪器包括避雷针、避雷带和避雷网格,根据规范要求,机房直击雷防护措施采用针带结合的方式。安装ESE提前放电型避雷针与屋面避雷带有效结合。

2、引下线

    应在建筑物外墙面设计安装引下线,引下线设计安装根数、间距按GB50057-94标准执行。

3、侧击雷防护

    高度超过 45 米的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物,尚应采取防侧击和等电位的保护措施,本建筑物高度低于45米,无需采取防侧击雷措施。

4、屏蔽措施

    所有电源、信号和控制线、导体和电缆,不管是架空还是埋地都应通过至少3米的铁质导管进入设施。当线路有屏蔽时,通过每个SPD的雷电流可按确定的30%考虑。且进出建筑物的信号线缆,宜采用有金属屏蔽层的电缆,并埋地敷设,并在各界面处做等电位连接,需对信息线缆线路、供电线缆线路和机房空间进行屏蔽处理。

5、等电位连接

    均压和分流主要手段是等电位连接,可分防雷等电位连接和电气安全等电位连接。机房等电位连接有二种方式:S型和M型。M型连接适用于高频网络系统中,应改变等电位连接方式为M型连接。

6、安装浪涌保护器

    当出现危及线路绝缘和设备的电位时,通过安装浪涌保护器(SPD)实现瞬态等电位连接,即出现危险电位时,SPD动作,以减少两端的电位差。因此安装浪涌保护器实际上等电位连接的一种措施,包括电源避雷器和信号避雷器。

7、接地装置

    在采用联合接地情况下,接地电阻要小于4欧姆。

四、施工方案

1、外部防雷

    水库闸坝所机房屋顶、观测室安装避雷针一支,避雷针主体采用不锈钢钢材质,相互之间电焊连接,焊接点防腐处理。避雷针引下线采用-4*40热镀锌扁钢与人工接地装置相连,电气连接良好,焊接点防腐处理。

2、内部防雷

2.1 设备接地和等电位连接及安装浪涌保护器

    根据现场情况以及各点设备重要性,安装电源防雷箱,推荐型号LT-LTX-120/380,分别位于闸坝所、机房、起闭机室、监测房等。防雷箱内配有电源一级防雷器、电源二级防雷器、电源三级防雷器。级与级之间配置安装有隔离电感,以协调级与级之间的能量分配。室内安装等电位箱,避雷器接地线与等电位箱相连,等电位箱与室外人工接地相连,电气连接良好。

2.2 信号系统避雷

    在中心机房、观测房光端机232口信号至485口信号端口处安装信号级电涌保护器,对信号端口RS232及RS485进行保护。

    所有光缆加强筋钢丝接地,利用接地导线将光纤加强筋与室内等电位箱 相连。

2.3 直流电源的避雷防护

    在大坝安全监测系统的测量控制单元中,大部分采用太阳能供电,需要12V、24V、48V直流供电,所以须给MCU的电源适配器的直流电源安装直流电源浪涌保护器,防止雷电的侵入。

    直流电源过电压保护器保护器利用快速响应的非线性压敏元件,保证直流系统正、负极间,正极与地间及负极与地间的电位差恒定,将直流系统中出现的暂态过电压限制到直流用电设备耐压水平以下,从而确保设备安全运行。

2.4 屏蔽处理

    为减少电磁干扰的感应效应,应对线路采取屏蔽措施,根据GB50057-94标准,线路经屏蔽处理后,其磁感应强度降低到未屏蔽时的30%,同时应该注意的是当线缆外穿金属管屏蔽时,应将屏蔽作用的金属两端接地,当系统要求一端接地时,应采用双层屏蔽措施,如果外金属管只一端接地,该金属只起到防止静电感应的作用,不能防止雷击电磁脉冲的冲击。本案传感器传输线路经过穿钢管埋地接入,应将金属管两端与接地可靠连接。

    将所有房间内通信线更换为有屏蔽层的4芯信号电缆IRC-41A,且屏蔽层有效接地、与室内等电位箱相连;防止感应雷电的侵袭。

3、接地装置

    垂直接地体采用热镀锌角钢,水平接地体采用-4*40热镀锌扁钢,相互之间电焊焊接,焊接长度按规范要求,焊接点防腐处理。人工接地装置埋设深度为0.7米。垂直接地体相互之间间距为5米,人工接地装置总长大约10米。各点接地电阻均达到要求。

五、大坝监测系统避雷措施

1. 直接雷电的防护

    为减小或避免直接雷电对机房及观测房的侵袭,应考虑在建筑物附近设立接闪器(如避雷针、避雷网、避雷带等)、引下线和接地装置。在机房或观测房内,避雷装置和设备的地线应等电位连接。接地装置的接地阻抗要符合规范要求,接地电阻要小。

2. 水位计、渗压计等传感器的信号防雷保护

2.1. 传感器电缆线使用屏蔽电缆,并且穿钢管铺设。

2.2. 在每个传感器附近安装传感器避雷器,地线就近与接地网相连。

3. 电源系统避雷

    电源系统是最易遭受雷击和传导雷击的设施,应采取多级防护的原则。

    在观测房、机房的220V交流电需配置隔离变压器和三级电涌保护器,并应该增加级间协调电感,自动化设备中电源引线上增加消除电涌的磁环。

4. 信号线的避雷

    信号线尽量使用带屏蔽层的信号线,并且屏蔽层有效的接地,根据信号形式安装相应的信号线电涌保护器,地线接至等电位箱上。

5. 光缆雷电防护

    光缆的金属加强芯,铠装金属壳,需有效接地,在条件允许下,光缆的两端加装相应的电源防雷器。


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