安丘市振源机械厂
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水泥厂建筑物的金属构件作防雷装置的应用

 摘要 水泥厂利用建筑物的金属结构作防雷装置,不仅可满足外部防雷装置的要求,而且有利于内部防雷的实施,本文针对水泥企业建筑结构的特点,系统阐述了利用建筑物金属构件作防雷装置的设计实施方法。关键词 外部防雷装置 内部防雷装置 等电位 防雷装置接闪器 引下线 接地体 1、 前言防雷装置包括外部防雷装置和内部防雷装置,外部防雷装置,即传统的常规避雷装置,由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害,为达到此目的所采用防雷措施,内部防雷措施有安全隔离距离和等电位联接两大类。现代水泥厂由于建筑物的金属构件和管线密布,已很难用安全距离法来设防,为防二次雷害应采用完全的等电位联结法,采用完全的等电位联结后,当雷电袭击的时候,建筑物内部和附近大体上是等电位的,将不会发生内部设备被高电位反击和人被电击的事故。。水泥厂建筑物以多层厂房、圆库、金属框架及一些轻钢堆棚为主,这些建筑物一般为现浇钢筋混凝土、金属构架结构,在满足相关规范的前提下,合理利用这些建筑物的金属结构作防雷装置,不仅可满足外部防雷装置的要求,而且可达到美观、节约投资及省去日常防腐维护,同时利用钢筋混凝土柱和基础内钢筋作引下线和接地体,利用屋顶钢筋作为接闪器,其建筑物很容易实现等电位联结,因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的,建筑物内的大多设备已通过预埋件等与梁、板、基础的钢筋网进行了连接,再有目的地把这些防雷装置与建筑物的金属管道、电缆金属屏蔽层、保护接地、PE线、防雷建筑物的接地线,进行可靠电气连接,这就使整个建筑物成为良好的等电位体。下面仅就利用建筑物的金属构件作防雷装置进行阐述。 2、 采用屋顶金属构件作防雷接闪器水泥厂车间厂房一般不需另设接闪器,其顶部的金属构件就是很好的防雷接闪器。水泥厂车间屋顶一般设有金属防护栏杆,顶层常有高出屋面设备、风管等金属件布置其上,对于这样的建筑物,按照规范GB50057-94第4.1.5条“屋顶上永久性金属物宜作为接闪器”之规定,屋顶栏杆、屋面设备、风管等均可作为防雷装置的接闪器。水泥企业车间建筑物,除单层厂房外,不论是库或车间多层厂房,其屋顶板几乎均为钢筋混凝土现浇板,按IEC 1024-1第2.1.4款的规定,对利用自然金属物作为接闪器包括“覆盖有非金属物的金属体(桁架、互相连接的钢筋网等),当该非金属物处于需要防雷的空间之外时”,其屋面可作接闪器。因此水泥企业库或多层车间完全可用屋面、屋顶栏杆、屋面设备、风管等作自然防雷接闪器,不需另设接闪器。但设计时应要求屋面钢筋网与防雷引下线焊接或绑扎,屋顶栏杆、屋面设备、风管等相互间应作可靠焊接,并与防雷引下线焊接。 3、 防雷引下线的正确实施利用建筑物钢筋作避雷引下线要根据建筑类型,区别对待,对多层厂房可利用柱内主筋作避雷引下线,但对筒仓类建筑,必须另敷避雷引下线。按照《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB 50077-2003第3.1.7条的规定,水泥企业各种圆库的防雷不可利用库壁纵向受力钢筋作引下线,因为圆库在施工时,沿库壁圆周布置的纵向受力钢筋外形相同或相似,采用库壁受力钢筋作避雷引下线时,在混凝土分层浇注后,无法再找到原已施焊的钢筋继续施焊。未施焊的钢筋在混凝土震捣过程中极易错位,利用错位不连续施焊的钢筋做引下线,无法保证良好的导电性。各种圆库避雷引下线还应采用传统做法,在库壁设置专用外引下线。该引下线应与库顶作防雷接闪器的屋顶栏杆、屋面设备、风管等可靠焊接,并与库基础钢筋网连接的预埋连接板焊接。对于车间多层厂房一般为现浇钢筋混凝土框架结构,其柱内一般采用φ16~φ25的螺纹钢作主筋,按照规范GB50057-94第3.3.5条一、四款之规定,利用厂房的柱内主筋作防雷引下线完全满足要求,引下线的设置按第3.3.3条规定,可按柱间距设引下线,但引下线的平均间距不应大于18m 。对于设置的柱内的自然引下线,为安全可靠,对土建施工应作如下要求: 1) 该引下线应自下而上可靠焊接,并与屋面钢筋网焊接或绑扎; 2) 每根引下线应焊接φ12圆钢引出屋面,与防雷接闪器相连,在距地面不低于0.3m焊接外引预埋连接板; 3) 对需作侧击雷设防或等电位的楼层,需于该楼层柱侧设预埋连接板与引下线焊接。 4) 应采用外墙柱网,不宜用建筑内柱网主筋作防雷引下线,以避免引雷时,强大的雷电流产生的电磁干扰影响建筑内设备的运行。每根引出屋面的引下线应与屋面栏杆可靠焊接,作侧击雷设防的柱侧预埋连接板应于窗框架、栏杆、表面装饰物等较大的金属物可靠焊接,对于一些竖直管道,如大立管等应分别于顶端和底端与防雷装置连接,对其中间断开,不能形成电气通路的需设跨接线。当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线,并同时采用基础内钢筋作接地体时,可不设断接卡,利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板,该连接板可供测量、接人工接地和作等电位连接用。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时,应在每根引下线上于距地面不低于0.3m处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡,其上端应与连接板或钢柱焊接。连接板处宜有明显标志。在易受机械损坏和防人身接触的地方,地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地线应采取暗敷或镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等保护设施。 4、 接地装置水泥厂接地装置完全可用基础钢筋网作接地体。虽然基础内的钢筋被混凝土包住,但制造钢筋混凝土基础的过程,硅酸盐水泥和水互相作用,干涸后,混凝土中存在许多细小的分支毛细管。基础的混凝土保持与含水分的土壤接触时,毛细管将水分吸到混凝土里,使混凝土的电阻率降低了,而满足接地对周围土壤电阻率的要求。按照规范GB50057-94第3.3.5条二款规定,“当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时,宜利用基础内的钢筋作为接地装置”。现在设计的水泥厂,建筑物基础一般无防腐层,在周围土壤的含水量4%以上时,完全可利用建筑物的基础钢筋作接地体,通过已实施的工程实测,采用这种办法的接地电阻一般都不到10欧,完全满足各类防雷对冲击电阻的要求。对于将实施的工程,如果实测接地电阻达不到规定的,可补设人工接地体。利用基础内钢筋网作为接地体时,在周围地面以下距地面不小于0.5m,每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合第3.3.5条四款和第3.4.3条一款的要求。当采用库基础钢筋网作接地体,由于引下线为明敷,此时应为每根引下线在库壁距地面不低于0.3m预埋一连接板,该连接板用可用 40X4接地扁钢与基础内钢筋网焊接,接地扁钢可明敷,也可敷设于混凝土内。水泥厂预热器框架类高层建筑,很多为钢结构的,一般一层为现浇钢筋混凝土框架结构,二层以上为钢结构,该类建筑防雷,可用一层混凝土柱内的主筋作引下线,用该引下线与框架基础相连(做法同多层车间厂房),在混凝土柱顶部柱侧预埋连接板,该连接板与引下线焊接,然后将上部钢结构可靠与连接板焊接,由于其中的设备均与钢结构有可靠电气连接,故不需另设接闪装置。 5、 防雷装置的实施与防护防雷装置实施时,电气施工人员应密切与土建施工配合,以保证土建能按上述设计要求进行施工。作引下线的柱内主筋必须自下而上可靠焊接,并与屋面钢筋网焊接、均压环和作为接地体的桩筋与承台作牢固的焊接,使之成为可靠的电气通道。有一种观点认为,建筑物结构的钢筋经过绑扎即可达到电气连接的要求,并可望经过雷电流冲击后把绑扎点熔接起来,相当于点焊一样。事实上这种做法是不可靠的,据防雷设施检测、验收和灾情调查实例分析,对以上说法有三个疑问:其一是在潮湿多雨的南方,钢筋的锈蚀,水泥浇注时的振动,使钢筋绑扎接口成为不良接触,使应该作为防雷接地系统的各部分钢筋连接体未能形成良好的电气通路,不利于雷电流的泄放;其次,在选作接地装置的桩、梁、柱筋的绑接,各接口的过渡电阻值不同,影响了雷电流的平衡分布;其三,因为雷电冲击使绑扎点发生焊接的可能性是不均匀的,而每次雷电流的“点焊”结果,已经使建筑物经历了一次局部的灾害,无论是墙柱体爆裂,或者是“点焊”处周边产生的强烈电磁感应,对人体或设备的损害,特别是对高层建筑和现在所称的“智能大厦”,其危害是显然的。所以防雷装置的驳接处必须焊接。构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋,其箍筋与钢筋的连接,钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或焊接。单根钢筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。建筑物的金属管道、电缆金属屏蔽层、保护接地、PE线、防雷建筑物的接地线等物应与防雷装置进行可靠连接,以实现等电位联结。埋在土壤中的接地装置,其连接应采用焊接,并在焊接处作防腐处理,所有防雷装置的各种裸露金属件必须镀锌或刷红丹一遍,防腐漆两遍防腐。作者 洪 云

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