建筑物内电子设备分析

建筑物内电子设备分析（精选4篇）

建筑物内电子设备分析 篇1

1 引言

由于电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,谐波所造成的危害也日趋严重。数据丢失、计算机误动作、断路器无故跳闸、设备过早失效和电器设备过热等故障都是由谐波造成的。世界各国都对谐波问题予以充分关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议,不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

2 谐波的产生

2.1 产生谐波的设备类型

所有的非线性负荷都能产生谐波负荷电流,其中有:

1)开关模式电源(SMPS);

2)电子荧光灯镇流器;

3)调速传动装置;

4)不间断电源UPS;

5)磁性铁心设备。

2.2 谐波的产生

在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等次编号的为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为l00Hz,3次谐波则是150Hz。一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19次等,变频器主要产生5、7次谐波。

2.3 电子设备的谐波现象及原因

电子设备的电源一般是整流电源,只在交流电压接近峰值时,整流管才导通有输入电流。由于在一周期内导通的时间很短,又必须维持设备正常的工作电流,所以输入电流呈脉冲状。这种脉冲状输入电流的基波含量小,而谐波含量大,且工作电流越大,脉冲电流的幅值就越大,形成严重的畸变电流注入低压电网,成为不可忽视的谐波源。电子计算机和电视机的谐波电流含量大,谐波电流总畸变率高。这样高含量的负载谐波电流在负荷使用高峰期注入低压电网,会造成电网电压和电流总谐波畸变率升高,对电能质量产生影响,如果超过国家标准规定的限值,还可能造成危害。据有关资料,在家用电器(主要是电视机)集中使用的居民小区,对低压电网的电压质量有明显的影响。在负荷高峰时,电压的总畸变率和3次、5次谐波均已达到或超过国家标准规定的限值,而且还有进一步增加的趋势。3次谐波治理的特殊性,由于零序谐波的特殊性、变压器对3次谐波呈现出的低阻抗特性,以及无源滤波器不能协调无功补偿和滤波这两种功能的缺点,都使得利用分流滤波技术的无源滤波技术一直无法交出令人满意的答案。严重的3次谐波造成中性线电流极大,并有打火的现象,配电系统不仅有火灾隐患,谐波更会影响到配电系统的安全稳定运行。

2.4 电流谐波的特点

1)电流波形

例如:低压变频器的输入电路大多是由三相6脉波整流器构成的。其接入电网后的输入电流波形见图1,是典型的双头(M头)非正弦波形。一个周期的非正弦波中,含有大量的谐波成分。

2)电流谐波的特点

6脉波整流器的谐波特点是:

(1)谐波次数h有规律

P是整流器的脉波数,

当P=6时,谐波次数为5,7;11,13;…

(2)谐波电流的大小可以用下式估算

式中,I1为基波电流有效值;Ih为h次谐波电流有效值;h为h次谐波次数。

3 谐波的危害

谐波对电力系统设备的影响:电网谐波使电网波形受到污染,供电质量恶化,附加损失增加,传输能力下降,是电网的公害。

由谐波引起的常见问题有:

1)变压器和感应电动机过热

对变压器和电动机,谐波电压使铁芯涡流损耗增加,谐波电流使铜损增加,温度上升,绝缘加速老化,降低了效率和利用率,缩短使用寿命。目前为了抑制3次谐波,常用Dyn11接线的变压器,使3次谐波在三角形连接绕组中形成环流,尽量不注入电网。但应注意,当谐波含量较大时,这些环流也可能引起变压器绕组过热。变频装置:变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中,由于采用了相位控制,谐波成分很复杂,除含有整数次谐波外,还含有分数次谐波,这类装置的功率一般较大,随着变频调速使用的增多,对电网造成的谐波也越来越多。

2)校正功率因数电容器过载

在谐波电压作用下,电容器会产生额外的功率损耗,加快绝缘介质的老化。更为严重的是,大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振,造成对某次谐波电流的放大和谐波电压的增高。这种危险的谐波过电压和过电流,不仅会使电容器超载而损坏,也会使与电容器联接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变超压过负荷而损坏。据统计,70%以上的谐波故障发生在电容器装置上。

3)集肤效应

对电力电缆和配电线路,谐波电流频率增高引起明显的集肤效应,导线电阻增大,线损加大,发热增加,绝缘过早老化,容易发生接地短路故障,形成潜在的火灾隐患。同时,3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合,N线电流甚至达到相线电流的两倍,致使N线过热、烧毁,甚至导致火灾。

4)过零噪声

配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时,电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大,电弧电压的恢复要迅速得多,使电弧容易重燃。事实表明,空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50%的故障电流,还会导致断路器损坏。

5)电压畸变

由非线性负荷引起的畸变的负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降,合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上引起谐波电流在其上流过,既使这些负荷是线性的也是如此。

6)断路器的误动作

对于配电用断路器来说,全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热,同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难,且谐波次数越高影响越大;热磁型的断路器,由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热,使得额定电流降低与脱扣电流降低;电子型的断路器,谐波也会使其额定电流降低,尤其是检测峰值的电子断路器,额定电流降低得更多。由此可知,上述3种配电断路器都可能因谐波产生。对于漏电断路器来说,由于谐波汇漏电流的作用,可能使断路器异常发热,出现误动作或不动作。对于电磁接角器来说,谐波电流使磁体部件温升增大,影响接点,线圈温度升高使额定电流降低。对于热继电器来说,因受谐波电流的影响也会使额定电流降低。在工作中它们都有可能造成误动作。

7)非线性负载所产生的电力谐波会对通信系统产生干扰,降低通信质量,甚至引起通信设备故障。如:谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害,随着业务量的快速发展,UPS、开关电源等由于谐波的原因引起备用柴油机的电压畸变严重,从而导致通讯中断事故时有发生。

4 谐波国家标准限值

为了抑制谐波污染,保证电网和电气设备的安全经济运行,近几年来国家先后制定了一系列电磁兼容和安全的国家标准,对谐波的限值作出了明确的规定,国家标准《电能质量

公用电网谐波》(GB/T14549—93)对0.38kV低压电网谐波电压和谐波电流限值的规定见表1和表2。

谐波电压允许值规定见表1。

谐波电流允许值规定见表2。

注:220kV基准短路容量取2 000MV·A。

当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时,按下式修正表2中的谐波电流允许值:

式中,Sk1为公共连接点的最小短路容量,MV·A;Sk2为基准短路容量,MV·A;Ihp为表2中的第h次谐波电流允许值;Ih为短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值。

国家标准中谐波电压以相电压中含量为准。实际测量表明,相电压谐波含量往往大于线电压谐波含量。在《电能质量公用电网谐波》(GB/T 14549-93)中,国家标准确定低压(0.38kV)的电压总谐波畸变率为5%。

对3次谐波按非特征谐波(偶次谐波)处理,因为若系统中存在较大的3次谐波,许多场合会被电容器组放大,可能造成危险的谐波过电压,危及电容器组和其它设备安全运行。但考虑到国内电弧炉等负荷的3次谐波较大,以及目前系统的实际情况,在国家标准中将其比例一律放宽到以60%奇次谐波电压含有率限值来计算3次谐波电流允许值。这些标准的实施,为电子设备产品的生产和检测,供配电设计以及供用电的监控提供了依据。

5 减小谐波影响的措施

在低压供电系统中,对谐波的治理方案有:

1)在系统中并联装设交流滤波器。交流滤波器有无源与有源之分,由于民用建筑中负荷类型变化不大,电子设备产生的谐波次数相对比较固定,因此多采用无源滤波器。

对低次数(13次以下)谐波,因次数较低,含量较大,可分别设置单一频率的单调谐无源滤波器滤除。单调谐滤波器由电容器串联谐波电抗器组成,基本原理是将需滤除的谐波频率作为理想的调谐点,在此频率上滤波器产生串联谐振,形成低阻通路吸收大部分谐波电流。

对较高次数(13次及以上)谐波因其幅度小,可选一共同的高通滤波器滤除。最常用的高通滤波器是二阶高通滤波器,由电抗器、电阻和电容器混联连接构成。对某一次(如13次)谐波频率以上的各次谐波,滤波器的阻抗是一个小于其电阻值的低阻通路,使次数较高的谐波电流被有效地吸收。

现在有的厂家(诺基亚、深圳海亿达等)已可提供有源滤波器。有源滤波器基本原理是作为一个电流源,与负载谐波源并联,以极快的响应速度,送出与负载谐波电流幅值相等,相位相同,方向相反的电流,使两者相互抵消,电源侧的总谐波电流为零。有源滤波器还可补偿无功功率和三相不对称电流。目前由于价格较高,补偿容量较小(单台补偿电流100A以下),所以仅适用于对供电质量要求很高(如重要建筑物的中央监控系统、计算机系统等)的场所使用。

2)在民用建筑低压配电设计中,尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线,中性线(N)的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合,TN系统配电回路的N(PEN)线的截面积不应小于相线截面积的2倍,以增加N线载流量,避免导线过载发热而损坏。

3)对应用电子设备和元件较多的配电线路保护,应选用有中性线过流保护的开关电器,并且应适当加大断路器的断流容量,防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。

4)为防止电力电容器对谐波的放大,以致引起谐振过电压或过电流,对电容器的设置要注意以下几点:(1)适当调整电容器的安装位置,以改变网络参数。(2)根据可能产生谐振的谐波次数,确定电容器的容量,或调整电容器投切分组容量,以避开谐振点。(3)在电容器回路中串联适当的空心电抗器,限制电容器支路的谐波电流。例如,为限制3～5次谐波电流,可安装相当于电容器容量4%～6%的串联电抗器。

5)改善供电环境,加强对电子产品生产的管理、检测和监督,鼓励厂家采用有源功率因数校正等新技术,生产低谐波值的电子产品。从源头对谐波污染进行治理,这是最根本的措施。

总之,谐波问题的解决方法可分为预防性和补救性两种,滤波的最后结果是要使系统的谐波含量满足国家标准的要求或用户对谐波的要求。除了上述介绍的几种方法,抑制谐波的技术措施还有很多,但大都依据以下几个原则:抑制谐波电流的产生与注入;改善装置的功率因数与无功功率补偿;滤波装置安装位置的合理选择;电磁干扰的消除和电磁兼容性;多种补偿功能一体化。

摘要：建筑物内的电子元件和设备已成为低压电网中不可忽视的谐波源。文章阐述谐波电流产生的主要因素和对供配电系统所造成的影响,以及谐波电流的抑制方法。

关键词：电子设备,谐波问题,谐波抑制

参考文献

[1]杨啸天.电力系统谐波分析、测量、评估计算与抑制及滤波新技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]吴竞昌.电力系统谐波[M].北京:水利电力出版社,1998.

[3]李明.现代建筑电气技术[M].天津:天津大学出版社,2010.

[4]GB/T14549—93电能质量公用电网谐波[S].

建筑物内电子设备分析 篇2

【关键词】高层建筑；电气竖井；质量控制

现代社会，随着高层建筑的崛起，供电系统中的电气竖井技术也逐渐发展起来。早些年主要是一些公共的竖井施工，这些施工对于楼层的照明和电梯等具有十分重要的意义，可以提供无限的电源和电能，因此，竖井的质量成为电器使用的关键，做好竖井施工中的质量检测工程成为工作人员的重点。一旦竖井发生危险，就会给人们的生活带来巨大的经济损失。本文重点介绍了如何加强竖井技术的质量检测工程，针对当前出现的技术问题，提出了切实可行的方案。

1.电气竖井图纸深化排布

在我国一般的高层建筑中，为了尽可能的节约成本，很多的电气竖井设计的比较密，而且不同的管道之间配电设备众多，对于后期的维修和保养工作十分不利。由于电气竖井的排布需要周期性的更换和处理，因此在施工之前要做好规划，根据不同的电线数量和尺寸，保证预留口的合理性，保证前期的安装和后期的维修。一般来说，电气竖井都是深化进行排布的，样图的设计非常重要，而对于每一处电气设备的排布过程，都需要按照样图的标准进行：

第一，保证电气竖井水平凹槽的尺寸，确保科学合理。

第二，对于电气竖井竖向线的分布需要进行深化排布，确保工程的整体水平。

第三，每个配电箱的尺寸要做到合适，保证好后期的维修空间。

比如，一个高层建筑，建筑面积为35万平方米，高35层。整体的高度是110米。这个高层的供电方式就是采用树干式和放射式的方式，对于每一个标准的竖井都有严格的要求，确保电线和光缆的质量，能够供应每个办公区域的用电量，不会发生断电的现象等，这和电气竖井的整体负荷能力有关，也和配电箱的配备相互联系。一般的母线是1600A的，一根用于办公用电，一根用于供电供暖等，而配电箱的主要作用是储藏电量，主要用于照明和一般的电器使用。但是，在一栋高层建筑中，竖井千万不可设置过多，过多的电缆设置会浪费成本，而且比较杂乱，这就需要对整体的竖井排布有前期的规划，从以下几个方面入手：

（1）垂直方向的电缆设置讲究的是预留口的大小，一般来说，需要预留较大的洞口，方便后期配电箱的排布。

（2）如果高层建筑中的电缆过程，会给后期的施工带来困难，因此做好电缆的测量工作非常重要。

（3）如果竖井的配电箱和母线数量太大，施工的质量就会受到影响，而后期的维护方面也会有困难。

针对这几个方面的问题，我们需要做好的工作是保证设计和施工的过程能够科学精确、配电箱和竖井的排布过程准确合适，做好了这两个方面的工作，确保竖井稳步开展。

2.竖井内设备、材料控制要点

电气竖井内设备、材料需在图纸深化后，根据现场实际情况确定规格、尺寸。进场材料应配有出厂合格证、3C证明等，材料进场时，应组织技术人员、质检员、材料员、监理等共同参加联合检查验收，且对于高层建筑内使用的电气设备，需要报地方质量检测中心检测合格后方能使用。

（1）配电箱柜内元器件型号需符合图纸要求，箱柜内一次、二次配线满足验收标准，与消防、楼宇自控配合二次控制回路需与相关专业充分沟通，保证满足系统控制要求。

（2）对于竖向，一般而言插接母线均为按照现场实际情况分段加工，因此母线及母线接头均按编号配套进货，到货后需严格核对各段母线编号以及母线接头数量，防止施工时出现偏差。母线批量进场后应抽检其绝缘性能。

（3）双层桥架中，其横担应能拆卸，以降低电缆敷设时内层电缆的敷设难度。对于竖向线槽，需配有绑线架。

3.竖井设备、材料的垂直运输管理

在高层建筑施工管理中，垂直运输是制约施工工效的主要因素之一。为解决竖井施工过程中的垂直运输问题，主要可采取以下措施。

3.1电缆采用分段电缆与T接箱连接的形式

在上文提到，采用电缆T接的形式可降低施工难度。同时在高层建筑中，由于中、高区变电站的存在，使得大规格电缆需要运输至中、高区，然后进行敷设。

3.2使用塔吊及卷扬机运输大规格电缆

中、高区变电站引出的，通过竖井垂直敷设的大规格电缆，由于重量较重，一般采用塔吊或卷扬机进行垂直运输。一般卷扬机搭设在高层管井旁，通过预留的管井孔洞作为提升通道。塔吊为土建或幕墙施工单位提供，载重量较大。

3.3合理协调使用施工电梯

施工电梯是高层建筑施工时最常用的垂直运输工具，同时也是最紧张的施工资源。竖井内的母线、配电箱柜、分支电缆、T接箱、插接箱、灯具、桥架等都是通过施工电梯运至相应楼层的。

4.电气竖井施工质量控制措施

电气竖井的施工质量一般均是按照GB50303中相关要求进行控制验收，同时在高层建筑中，针对楼层层高较高、楼层标准层为主、竖井内材料设备众多等特点，还需注意以下控制要点。

4.1竖井施工大面积开展前，首先做好竖井样板间

由于高层建筑标准层较多，且楼层众多，如施工时出现策划失误将导致大面积拆改，故在施工大面积开展前做好样板间非常必要。

由于竖井内水平线槽与各配电箱柜收口处，弯头、异型较多，通过样板间施工，可以准确计算出各异型线槽、线槽弯头的使用长度、尺寸、数量等，并要求线槽厂家安装计量后的尺寸进货，可以大大节省工期，避免现场制作线槽弯头带来的材料浪费，并保证竖井内施工后的美观。

在样板间施工过程中，还可对各母线插接箱、电缆T接箱引出的分段电缆长度进行精确计量。其他楼层施工前，可在库房预先裁好相应尺寸电缆。在上文介绍的高层建筑中，竖井内各分段电缆长度。

4.2竖井内预留孔洞及防火封堵的施工注意要点

竖井内的楼板留洞，需严格按照深化图纸标明尺寸施工。

由于高层建筑内低区竖井内垂直敷设的电缆、母线等远多于高区竖井内垂直敷设的电缆、母线，因此高区竖井楼板预留孔洞尺寸可适当减小。

应该注意的是竖井内所有预留孔洞在施工完成后都需要进行防火封堵，因此预留的孔洞不应过大，以节省防火包的使用量。

4.3桥架、母线安装控制要点

（1）由于高层建筑一般层高都比较高，一般层高超过4米，并且建筑中大量使用石膏板墙，桥架、母线支架需要按照在石膏板墙上。为解决石膏板墙承重力不够的问题，在结构施工时可跟随结构进度，在结构柱或钢结构剪力墙上预留槽钢或角钢。预留位置应根据实际层高及支架间隔而定，在后期安装桥架、母线支架时，将支架固定在预埋件上。

（2）母线安装时前，需保证竖井封闭情况良好，特别是顶层已封闭，雨水无法渗透进竖井。安装时应按照编号由底层自下而上逐段进行连接，两段母线连接采用专用连接片。

（3）对于四芯母线，采用母线外壳作为PE保护接地，因此在每层强电竖井内需对母线外壳进行重复接地。

5.结语

综上所述，在我国的电气竖井技术中，需要对电缆和配电箱的排布工作特别重视，才能够确保施工的质量，保证其合理性。同时，对于竖井所使用的材料和设备要定期的进行分析维护，综合考虑各个方面的因素，确保整个建筑的电力性能完好，保证人民的生产和生活。

【参考文献】

[1]张荣珍.谈高层建筑电气竖井施工技术[J].山西建筑，2012，（12）.

建筑物内电子设备分析 篇3

电子信息系统是指由计算机、有/无线通信设备、处理设备、控制设备及其相关的配套设备、设施(含网络)等的电子设备构成的,按照一定应用目的和规则对信息进行采集、加工、存储、传输和检索等处理的人机系统[1]。随着信息时代的到来,信息设备的微电子化、高度集成化使之对雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Impulse,简称LEMP)越来越敏感,由LEMP而导致设备与系统蒙受损失的事件大量增加,且危及范围越来越大[2]。资料统计表明:电子信息系统故障、事故中由雷电波或雷击电磁脉冲引起的占80%左右[3]。

1 雷击电磁脉冲危害的特点

随着电子信息系统的广泛应用,雷击电磁脉冲的危害特点较过去也呈现出较大的不同,可以概括如下:

(1)受灾面积不断扩大。传统的雷电灾害主要集中在电力和建筑这两大行业,而现在几乎扩大到各个行业、各个领域,尤其是与微电子技术密切相关的领域,如航空航天、国防、通信、大型计算机网络及电子工业、石油化工和金融证券等。

(2)灾害由二维空间侵入转变为三维空间侵入。传统的雷电灾害主要是雷电直击和雷击过电压延各种线路传输,而随着越来越多微电子设备的广泛应用,无孔不入的雷击电磁脉冲(LEMP)的危害程度也越来越大。2007年5月23日,重庆开县义和镇政府兴业村小学一教室的金属窗遭遇雷击,强大的雷击电磁脉冲瞬间造成7人死亡、19人重伤、20人轻伤的重大雷击事故,震惊全国[4]。

(3)受灾损失越来越严重。现代电子信息系统中,有时雷击对设备或系统本身造成的直接损失并不是很大,但由此造成的间接损失或影响却非常大。如2005年6月1日3时30分,一次强雷暴袭击了湖南省益阳市区,致使益阳市教育学院、城市学院、移动通讯公司、联通通讯公司、气象局、市林业局等单位的电系信息系统均遭到雷击电磁脉冲的侵袭,直接经济损失258.4万元,间接经济损失819.9万元[5]。类似的雷击事故比比皆是,令人触目惊心。

2 雷击电磁脉冲的侵入途径

雷击电磁脉冲对电子信息系统危害的侵入途径主要有雷电直接击中电子信息系统的物理线路、感应过电压和雷击地电位抬高三种。

2.1 雷电直接击中物理线路

电子信息系统中的物理线路有很多种,当雷电直接击中电子信息系统的供电线路,强大的雷电流和产生的过电压沿供电线路传输,造成电子信息系统的UPS电源损坏、断电,以致使整个系统瘫痪;雷电直接击中电子信息系统的无线通信天线,强大的雷电流沿天馈线路进入电子信息系统,造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等主要通信设备损坏。雷击电子信息系统的有线线路(如光缆、DDN、振中继、X25专线、电话线等)产生强大的机械力,猛烈的冲击波,炽热的高温使通信线路损坏,过高电压和强电流沿通信有线线路侵入到电子信息系统内,造成路由器、交换机及其前端设备的损坏等。

2.2 雷击产生感应过电压

雷击产生的感应过电压包括回路感应过电压和线路感应过电压。

建筑物内布置有大量的金属导体线路(如电源线、数据通信线、天馈线),由于这些线路组成的网络结构布局错综复杂,在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路,当建筑物遭到雷击或邻近地区遭雷击时,将在建筑物内部空间产生瞬态脉冲磁场,这些快速变化的磁场交链这些回路后,将在回路中感应出暂态过电压,致使与这些回路相连接的电子信息系统的各种电子设备遭到破坏。

连接电子信息系统的各种线路架空于雷击点附近,由于雷云团先导通道中充满电荷,对架空线路产生静电感应作用累计大量相反电荷,雷云主放电开始,雷云中电荷迅速中和,从而使架空线路上原先被束缚的电荷被迅速释放,形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线路两侧传播,侵入导线两端的电子信息系统中的各种设备并将其损害。

雷电直接击在电子信息系统所在建筑物的避雷带上时,由于雷电流幅值大,波头陡度高,在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。这样强大的感应电磁场将直接作用在电源线或通信设备上,形成感应过电压侵入到电子信息系统中,损坏通信设备。

2.3 雷击地电位抬高入侵

建筑物在遭到直接雷击时,雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地,在此过程中,雷电流将在防雷系统中产生瞬态高电压,如果防雷接地体与周围电子信息系统接地体之间的距离没有达到安全间距或不共地,将在两者之间出现很高的电势差,并会发生放电击穿,导致雷击电磁脉冲沿电子信息系统的接地体侵入系统,造成设备严重损坏,甚至危及人身安全。

3 雷击电磁脉冲的防护

3.1 防雷区划分的原则[1,6]

将需要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。根据各区交界处的电磁环境有无明显改变作为主要特征将信息系统雷电防护划分为不同的防雷区域。

1)LPZ0A区

本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流;本区内的电磁场强度没有衰减。

2)LPZ0B区

本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击,但本区内的电磁场强度没有衰减。

3)LPZ1区

本区内的各物体不可能遭到直接雷击,流经各导体的电流比LPZ0B区更小;本区内的电磁场强度可能衰减,这取决于屏蔽措施。

4)后续防雷区(LPZn+1,n=1、2、…)

当进一步需要减小流入的电流和电磁场强度时,应增设后续防雷区,并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物作等电位连接,并已采取屏蔽措施。L P Z 0A和LPZ0B之间无界面。

将需要保护的空间划分成不同防雷区的一般原则如图1所示。

3.2 防护措施

建筑物雷击电磁脉冲的防护是一个综合性、系统的工程项目,需建立整体防护体系,其基本原则和方法就是提供合理的雷电流泄放通道,进行分流、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地。根据雷击电磁脉冲的侵入途径,将内部防雷与外部防雷综合在一起,全方位考虑,层层设防。建筑物电子信息系统雷击电磁脉冲的防护如图2所示[1]。

3.2.1 分流

通过引下线将接闪器上的雷电流泄放到大地,分流影响的效果直接取决于引下线数量的多少。引下线越多,每根引下线通过的雷电流就越小,其感应范围就越小。当建筑物很高时,引下线很长,应在建筑物的中间部分增加均压环,以减小引下线的电感,它不仅可以分流,还可以降低反击电压。

同时,进入建筑物的电源线路、天馈线路和各种信号线路应在不同的防雷区界面处,以及终端设备的前端根据IEC1312雷击电磁脉冲防护标准,分别安装上电源类、天馈类和各种信号类电涌保护器(SPD),然后将这些电涌保护器的接地端与符合规范要求的接地体连接。这是防护电子信息系统中各种设备免遭雷击电磁脉冲及其它干扰而产生电涌过电压的有效手段。

3.2.2 均衡电位

均衡电位指建筑物内的各部位均能构成同一电位(等电位)。如果楼内各部位的结构钢筋和各种设备的金属外壳及金属管道都能连成统一的导电体,建筑物内部就不会产生不同的电位,保证建筑物内部不会产生反击和危害人身安全的接触电压或跨步电压,同时建筑物内的电子信息系统防护雷击电磁脉冲起也到很好的作用。

现代建筑绝大部分为钢筋混凝土结构,最具备等电位的条件。为了防雷装置的需要,必须有目的的将接闪装置与梁、板、柱和基础可靠焊接、绑扎或搭接。同时,将各种设备金属外壳和金属管线与之焊接或卡接,形成均衡电位。

3.2.3 屏蔽

屏蔽的主要目的是对建筑物内的各种通信设备,电子计算机,精密仪器和各种微电子设备的防护。建筑物内的这些设备不仅在防雷装置接闪时受到电磁干扰,而且由于本身性能的灵敏度,打雷时雷电波的电磁辐射,甚至其他建筑物接闪传来的电磁波也会对其发生影响。因此,尽量利用钢筋混凝土结构的顶板、地板、墙面和梁、柱,使其构成一个六面体的网笼,有效地屏蔽掉各种电磁脉冲。

3.2.4 接地

接地效果的好坏是防雷安全的重要保证之一。达到规范要求条件的钢筋混凝土结构应当充分利用基础内钢筋作为接地装置;达不到规范要求条件或基础周围包在防水油毡层内应当做周圈式接地装置,将接地体预先埋在基础槽的最外边,接地体靠近基础的钢筋,有利于均衡电位的效果;对于木质结构和砖混结构建筑物必须做独立引下线,根据多年的工程实践经验,采用独立接地方式时,以钻孔深埋接地极(约4m～5m)的效果为最好。

根据文献[6],有敏感电子系统的建筑物的接地装置(接地网)应符合B类标准。

3.2.5 合理布线

在现代建筑物内部都离不开照明、动力、电话、电视和各种微电子设备的线路,必须充分考虑防雷与这些管线的关系。当防雷装置接闪时,为了保证这些线路不受影响,首先将这些线路穿于金属管内,保证可靠屏蔽;其次线路主干线的垂直部分要走在高层建筑的中心部位,避免靠近作为引下线的柱筋位置,以尽量缩小电磁感应的范围。

4 结束语

总之,在现代建筑中采用分流、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地等措施能够有效地防止雷击电磁脉冲的侵害。建筑物雷击电磁脉冲的防护是一个系统工程,需要建立整体防护体系,这些措施要综合运用,互相配合,各行其责,缺一不可。

参考文献

[1]谢海华.现代建筑内电子信息系统的雷电防护[J].南京信息工程大学,2006.

[2]周壁华.陈彬,石立华.电磁脉冲及其工程防护[M].北京:国防工业出版社,2003.

[3]张少虎,阳宏声.防雷工作的现状及对策[C].第五届中国国际防雷论坛论文摘编,2006.

[4]王娜娜.雷击校园:天灾还是人祸[J].中国减灾,200(706):8.

[5]朱林根.21世纪建筑电气设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

建筑物内电子设备分析 篇4

关键词：建筑电气安装,强电竖井,施工,质量控制

建筑电气安装是建筑工程不可缺少的一个部分, 而对高层建筑而言, 强电竖井对整个供电主干线起着非常重要的作用。公共建筑配电竖井主要提供各楼层照明、动力用电及电梯等其他屋面动力设备提供电源干线, 故电气强电竖井安装质量好坏直接影响整个建筑物各功能的正常使用, 要提高电气竖井安装的质量, 就必须狠抓施工阶段的质量控制, 避免造成影响其功能使用和不必要经济损失。笔者结合参与保健院综合楼工程的监理工作的体会, 浅谈建筑电气强电竖井线路及配电箱柜安装质量控制。

(一) 工程概况

保健院综合楼总建筑面积30776㎡, 建筑高度85.9m, 地下1层, 地上21层 (局部15层) 。楼层功能分区明显, 本工程电源电压为380/220V, 由变电所采用阻燃电力电缆引来, 高低压配电室设在地下一层, 低压配电出线采用电缆母线槽沿电气竖井向各楼层送电, 防雷等级一级, 接地采用TN-S系统, 电气竖井内电气设备的安装在安装工程中占有相当比例。

(二) 工程质量控制

1. 安装前准备工作

(1) 电气竖井内孔洞预埋:配电竖井楼层配电间设有电缆桥架、线槽、电缆及配电箱等。预埋前首先应进行图上模拟作业, 等比例安排电气设备在电气竖井内的相应位置, 如发现尺寸不符, 电气设备位置冲突等, 应及时调整, 以便后期电气竖井内电气设备正确安装。

(2) 电气管路预埋时:根据配电箱安装位置、高度及箱体外形尺寸, 管道要排列整齐, 以方便下道工序施工, 保证管路与配电线正确连接, 提高连接质量和观感标准。

总之, 尽量把强电竖井布置成一个具有适用性、可靠性、经济性、外观优美与使用方便的强电竖井。

2. 强电竖井线路及配电箱柜安装施工质量控制

(1) 母线槽。 (1) 母线槽安装:要求母线槽组装和卡固位置正确, 固定可靠, 横平竖直, 成排安装应排列整齐, 间距均匀, 便于检修。母线槽的连接螺栓接头不应处于楼板处, 距离楼地面高度至少为650mm。母线槽按编号由底层至下而上逐段连接, 连接时采用接头绝缘隔板将母线槽内的相与相、相与零、零与地分隔开来, 用一根或两根与母线槽相匹配的接头绝缘螺栓穿过两相邻段母线之间的孔洞, 将接头固定牢固。母线槽在安装过程中, 应对母线槽进行成品保护, 以防母线槽外壳损伤及槽内进水等现象。安装母线槽尽量选择在晴天, 安装时应先把配电竖井房间进门处设置临时挡水线, 避免楼层水进入配电间, 以确保安装质量。 (2) 每段母线槽组装前, 均应用500V兆欧表检测各相之间的绝缘电阻值, 其值能确保应大于20M后方可安装, 安装一段后再检测, 其电阻值大于20M后再进行下一段安装, 这样的做法可使母线槽的安装一次性完成, 避免了因安装完后的母线槽的绝缘电阻值达不到要求时, 而对母线槽进行拆卸, 查找原因, 造成工程返工, 影响母线槽的安装质量。当最后一节母线槽安装完毕后, 应采用终端封盖对母线槽的末端进行封堵, 当进线盒及末端悬空时, 应采用支架固定。

(2) 电缆桥架安装

为了保证走向合理性及安装的方便性, 施工人员应认真熟悉图纸, 明确走向及安装方式, 然后根据设计图纸与周围现场的安装条件进行现场实测。电缆桥架规格应按图施工, 同时还应注意留有余量, 很多工程由于施工前未考虑周全, 造成后期电缆安装后无法盖上盖板, 更不要谈电缆固定, 故这点应引起施工注意。 (1) 弹线定位:按施工图的位置, 找出始端和末端的位置, 在竖井内进行放线, 确定支架的位置, 支架间距控制在2m。 (2) 支吊架的制作和安装:支吊架安装一般用不小于L30×30×3的镀锌角钢。支吊架的安装先根据支吊架承受的荷载, 选择相应的金属膨胀螺栓和钻头埋好螺栓后, 再用螺母配上相应的垫圈, 将支吊架固定在金属膨胀螺栓上。

(3) 电缆敷设

为了保证电力电缆安装走向的合理性及安装的方便性, 应根据图纸与施工现场周围的安装条件进行实测, 明确安装方式, 如施工图纸未明确, 则在图纸会审时应予以明确, 一般安装方式分为两种, 即沿墙支架直敷或沿电缆桥内敷设, 沿墙支架直敷, 如要求在过桥板处需设置钢套管, 套管两端应打喇叭口, 避免穿电缆时刮破电缆绝缘材料, 如未设套管直敷, 则在安装前应做好预留孔收口。 (1) 电缆安装前应根据电箱安装高度及箱体高度, 确定好电力电缆连接体高度及预留电缆至配电箱内的长度, 由施工技术人员到场进行现场量测, 以达到节省材料的目的, 如采用沿电缆桥架内敷设, 则一定要在电缆桥架安装完毕后才能进行下道工序施工。电缆沿支架敷设时, 支架距离不得大于1.5m, 沿桥架或托盘敷设时, 每层最少加装两道卡固支架。敷设时, 应敷设一根立即卡固一根。当设计无要求时, 电缆支架最上层至竖井顶部或楼板的距离不小于150~200mm;竖井内在桥架或支架上多根电缆敷设时, 应根据现场实际情况, 事先将电缆的排列, 用表或图的方式划出来。以防电缆排列不整齐、交叉和混乱的现象。 (2) 电缆安装前必须对电缆进行绝缘摇测, 使用量程为1000V的兆欧表, 电阻值要求为≥10兆欧。当低于此值时, 应由厂家有关技术人员到场检测, 查其原因, 确认无误后方可进行安装。 (3) 电缆安装注意事项:当采用人工提拉, 要注意每拉一段应临时固定一段, 避免滑落而造成人员伤害和材料绝缘层破损等现象, 同时还应注意提拉电缆时在过楼板处隐蔽感做好防护措施, 即在所穿电缆过楼板处用破布或纸皮做护层, 避免在提拉电缆是刮破电缆外保护层。 (4) 预制分支电力电缆安装:预制分支电力电缆出厂时是绕扎在电缆盘上或绑扎成圈, 分支电缆紧紧地绑扎在主干电缆上, 待主干电缆安装固定后, 再将分支电缆绑扎解开, 安装时不应强拉分支电缆。 (5) 主干电缆吊挂完后, 对中间部位进行固定, 根据原先设置好的固定支架逐一进行固定, 要求电缆不得有盘绕等现象, 并在固定时必须先整理好电缆使其顺直, 同时要求固定牢固可靠。电缆最小允许弯曲半径10D, 不得有死弯、扭绞等现象。电缆的首端、末端和分支处应设标志牌。

(4) 配电箱柜安装。

(1) 配电箱安装:在混凝土墙或砖墙上固定安装装配电箱时, 要求固定牢固可靠, 其出线采用明配管或沿线槽敷设两种方式。在竖井内配电箱出线, 不管采用何种方式, 都要求配电箱开孔必须使用专用切割工具, 不得采用电焊烧孔而影响整体感官。配电箱内导线布置应横平竖直, 箱内回路标识应清楚。配电箱安装严禁从箱体两侧开孔, 由于接地、接零排一般设置在箱体两侧, 造成进出线与接地、接零排相碰而引发安全事故。 (2) 落地柜安装:落地柜安装, 底部一般采用槽钢做支架, 按施工图纸所标位置, 将预置好的基础型钢架放在预留铁件上, 用水平尺找平、找正, 再用电焊焊牢。柜与基础槽钢间应用镀锌螺栓连接, 且要有防松垫片。基础型钢顶部应高出地面10mm。进入落地柜的导管管口应高出柜的基础面50~80mm。

(5) 竖井内孔洞的防水防火封堵

根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95 (2005年版) , 竖井内的孔洞如果处理不好, 当建筑发生火灾时, 就会引起烟囱效应。故在强电竖井内安装时, 其孔洞的封堵也应引起重视, 其做法采用防火隔板或钢板将孔洞封死, 然后填入防火堵料, 同时在楼板上面周围砌30~50mm高的水泥沙浆阻水圈以防止水流入竖井防火堵料内。

(6) 竖井接地线敷设。 (1) 接地干线敷设:接地是保障安全的重要措施, 为了保证供电安全可靠, 一般强电配电竖井内设置专用接地干线, 可根据实际位置要求, 独立敷设或直接固定在电缆桥架支架上, 考虑到安装要求平直, 其固定支架间距一层设置两个。接地干线敷设采用镀锌扁钢时, 安装方式为焊接或螺栓连接, 一般采用焊接连接, 其搭接长度为扁钢宽度的两倍, 不少于三面施焊。焊缝应平整、饱满, 无明显气孔及咬肉缺陷, 焊接处的焊渣必须清除后在涂漆。采用铜排时, 其连接一般采用螺栓连接, 连接时应注意上好平垫圈和弹簧圈, 不管采用何种连接方法, 均要确保接地干线连接可靠性, 避免发生安全事故。 (2) 母线槽接地:如为四线制, 则接地线选择必须按设计要求从竖井接地干线将压接好线的一端用铜螺栓固定在铜排上, 另一端引到插接箱, 其截面及螺栓尺寸选用正确, 连接牢固可靠, 需防腐的部分涂漆均匀无遗漏。母线槽的外壳接地应与专用接地线可靠连接, 每层一处将压接好的保护线的一端固定在专用接地线上, 另一端固定在各段母线槽外壳的接地端子上。 (3) 桥架或线槽接地:由于桥架或线槽与导管一样是电气线路的可接近裸露导体, 因此做好接地是很重要的, 其支架接地也应不可忽视, 金属线槽接地做法, 一般要求金属线槽内敷设一条截面积不小于4mm2接地线与每节金属线槽接地端子相连, 所用附件均为镀锌件, 连接板两端不少于2个有防松螺帽或防松垫圈的连接固定螺栓。根据规范规定要求线槽全长不少于两处与接地干线连接, 当全长不大于30m时, 要求应每隔20~30m增加与接地干线连接, 使连接板两端保持良好的电气导通状态。而在配电竖井内, 为了确保接地截面, 对于干线的桥架大多采用40×4的镀锌扁钢做通长焊接。因为尽管桥架的截面够大, 但因其较薄, 又有涂漆, 由多节连接, 必须增加接触电阻, 故应与其作可靠的焊接。当然如图纸有设计在电缆桥架内设置接地镀锌扁钢或铜排, 则应严格按图施工, 且在施工时应把接地镀锌扁钢或铜排尽量设置在较靠边的地方, 并采用镀锌螺栓直接把桥架与支架锁在一起。 (4) 电缆支架接地:根据《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002.13.1.1中规定:“金属电缆支架、电缆导管必须接地 (PE) 或接零 (PEN) 可靠”, 对于竖井电缆安装, 重要是电缆沿墙明设部分, 其接地一般采用用Ø12镀锌圆钢或40×4镀锌扁钢将支架从头到尾进行跨焊。 (5) 箱柜接地线连接:箱柜安装后, 其PE端子板应与接地干线可靠连接, 然后由PE端子板引线再与箱体、箱门及柜基础型钢进行可靠接地, 而不要先接在配电箱金属外壳上, 然后再用其他导线将箱壳与干线扁钢连接, 否则易增大接触电阻而产生一定的电位差造成电击危险。柜体与槽钢间采用镀锌螺栓连接。

(三) 结束语

综上所述, 质量控制要以预防为主, 重点是要从对质量的事后控制转向对质量的事前控制、事中控制, 并充分理解施工验收规范, 严格把好材料进场关, 安装时严格控制每道操作工序, 加强安装过程的成品保护, 即可按期保质完成工程项目。尤其对于创优的工程, 竖井内施工质量优劣直接影响建筑电气分部能否创优, 故更应把好各个环节, 以便更好保证工程质量。

参考文献

[1]建筑工程施工质量验收统一标准[S].50303-2002.