Diseño de protección contra rayos y preguntas frecuentes para cubiertas metálicas
Descripción general del proyecto
Una fábrica de estructuras de acero en Henan, en la que el taller de fundición es principalmente responsable del procesamiento de alambrones y lingotes de aluminio. Todo el edificio adopta una estructura de acero liviana y el tamaño real del edificio es rectangular, L=182m, W=93m, H=18,5m (desde la losa del piso hasta la parte inferior del ventilador del techo). Calcule los días de tormenta en Zhengzhou según la Tabla 16-32 del "Manual de diseño de distribución de energía industrial y civil" (segunda edición). El promedio anual de días de tormenta es de 22,0 días. Dado que el taller está ubicado en el área de la fábrica y hay muchos edificios a su alrededor, no es un edificio aislado. Calculado como un edificio general, el factor de corrección es 1.
Determinación del nivel de protección contra rayos de los edificios
Según el Apéndice 1.2 de GB50057-94, calcule la densidad promedio de rayos en la tierra en un año en función de las condiciones conocidas:
Ng = 0.024Td1.3
=0.024×221.3
=1.334 veces/(km2.a)
Según fórmula 1.4 en GB50057-94, del edificio se obtiene El área equivalente para interceptar el mismo número de rayos:
El número estimado de rayos en el año de construcción anterior:
N=KNgAe
=1×1.334×0.05934
p>=0.0791 veces/a
Entre ellos: TD——el día promedio anual de tormenta d/a); d/a);
ng——la ubicación del edificio La densidad promedio anual de rayos en la región (veces/km2.a);
AE - el área equivalente del edificio para interceptar el mismo número de rayos (m2);
l, W , H son el largo, ancho y alto del edificio (m) respectivamente;
Según los artículos 2.0.4 y 3 de GB50057-94, el número esperado de rayos es 0,3 veces/a≥N≥0,06 veces/a, por lo que se establece como el tercer tipo de protección contra rayos.
Receptor de rayos
Según la estructura de acero liviana del edificio, el pararrayos es relativamente grande y no coincide con la apariencia de todo el edificio. El uso de techos metálicos como receptores de rayos. debe cumplir con los requisitos de "Construcción Los cuatro requisitos establecidos en el Artículo 4.1.4 del "Código de diseño de protección contra rayos" (GB50057-94, edición de 2000).
Según la especificación, "Cuando no haya material inflamable debajo de la placa metálica, su espesor no debe ser inferior a 0,5 mm". La envolvente del edificio principal (techo) del taller está hecha de placa de acero galvanizado en caliente y el espesor de la placa base es de 0,53 mm (incluida la capa galvanizada). Agregue una almohadilla de lana de vidrio de 75 mm de espesor debajo del panel del techo, envuélvala con papel de aluminio y use una malla de alambre de acero inoxidable de φ1,5 para sujetarla hasta el borde superior de las correas. La lana de vidrio pertenece a los materiales de construcción de Clase A, con baja conductividad térmica, propiedades químicas estables, retardantes de llama, no tóxicas y cumple plenamente con los requisitos de especificación de no inflamabilidad. Al mismo tiempo, de acuerdo con la introducción de la profesión de ingeniería civil, el método de conexión del sistema de envolvente del edificio con estructura de acero liviano adopta mordida y superposición. La longitud de la conexión de la torre debe alcanzar al menos una cresta o un valle, y si excede los 100 mm, Cumple plenamente con los requisitos de especificación.
Además, como se menciona en el artículo 4.1.4 "Placas metálicas sin revestimiento aislante", la placa de acero galvanizada en caliente utilizada en el tejado es un buen conductor, y la fina capa protectora de pintura que recubre su La superficie no pertenece al revestimiento aislante, por lo que cumple con los requisitos de especificación. En resumen, en este proyecto, los paneles metálicos de la estructura del techo de acero liviano se pueden usar como dispositivos de protección contra rayos, que no solo son hermosos y elegantes, sino que también reducen el costo del proyecto, son fáciles de instalar y no afectan la efecto arquitectónico general. Al diseñar un sistema de protección contra rayos para techos de placas metálicas, no sólo se debe elegir una buena forma de protección contra rayos y un buen terminal aéreo, sino también hacer un buen trabajo de bajante y puesta a tierra.
Líneas de introducción
Para edificios con estructura de acero ligero, existen muchos tipos de tableros de colores, que se dividen en tableros simples y tableros compuestos. El taller utiliza paneles compuestos. Durante la construcción, requerimos que los especialistas en ingeniería civil y electricidad cooperen para garantizar conexiones confiables entre las placas de acero perfiladas de metal del techo, las armaduras del techo, las correas y las columnas de acero. Por lo tanto, las columnas de acero se utilizan como conductores de bajada durante la construcción. Utilice escaleras contra incendios, columnas de acero y otras estructuras metálicas como conductores de bajada.
Dispositivo de puesta a tierra
En el diseño actual, a menudo utilizamos barras de acero básicas como cuerpos de puesta a tierra naturales y las conectamos con acero plano galvanizado 40X4 para implementar una conexión equipotencial total. En este diseño, no requerimos estrictamente el uso de acero plano galvanizado 40X4, sino que usamos soldadura confiable de la base de tira entre las columnas de acero y la base independiente de las columnas de acero para formar un camino eléctrico. Para edificios con estructuras de acero livianas, al construir cimientos independientes para columnas de acero, los pernos de anclaje deben estar preincrustados en el proyecto de ingeniería civil para que los pernos de anclaje, las tuercas y las columnas de acero estén conectados entre sí cuando las columnas de acero estén en su lugar. Cabe señalar que los pernos de anclaje y las barras de acero de los cimientos de las columnas de acero no están conectados bajo tierra. Por lo tanto, los diseñadores eléctricos deben exigir que los estudiantes de ingeniería civil indiquen en las instrucciones de diseño que las barras de acero de cimentación y los pernos de conexión a tierra deben soldarse de manera confiable a barras de acero o acero redondo de no menos de φ10 durante la construcción, y que se debe realizar un tratamiento anticorrosión en la soldadura. uniones para facilitar la puesta a tierra. Esto forma una conexión fiable desde el techo hasta la columna de acero y luego hasta los cimientos, lo que garantiza un canal de descarga completo para la corriente del rayo.
Además, no olvide reservar una placa de conexión a tierra en un lugar apropiado al aire libre para evitar que la unidad de construcción conecte dispositivos de puesta a tierra artificiales y pruebe la resistencia de tierra cuando la resistencia de tierra no cumpla con los requisitos durante construcción.
Conclusión
La protección contra rayos para edificios con techo metálico es un proyecto difícil, pero en este tipo de edificio, siempre y cuando el clip del techo de un edificio de estructura de acero ligero con un espesor de 0,5 mm. La placa central (o placa de acero perfilada) se utiliza como dispositivo captador, la columna de acero se utiliza como conductor de bajada y la barra de acero básica se utiliza como cuerpo de puesta a tierra natural de acero plano galvanizado o anillo de tierra. Las vigas se utilizan para una conexión confiable y una conexión equipotencial.
★Preguntas y respuestas sobre la protección contra rayos de estructuras de acero
Pregunta: La sección de acero se utiliza como conductor de bajada de protección contra rayos. La sección de acero está expuesta, por lo que si el edificio es alcanzado por un rayo, lo hará. ¿La corriente del rayo afecta los equipos circundantes o las personas toman represalias y causan daño? ¿Cómo evitarlo?
Respuesta: Utilice acero como conductor de bajada de protección contra rayos. Cuando la corriente del rayo pasa a través del conductor de bajada, el campo magnético en movimiento circundante inevitablemente contaminará los equipos electrónicos cercanos e inducirá diferentes potenciales en los conductores circundantes. Si el personal interior entra en contacto al mismo tiempo con conductores con altas diferencias de potencial, pueden producirse accidentes de seguridad personal.
Solución:
1) Seguridad personal: Las conexiones eléctricas equipotenciales con el fin de eliminar diferencias de potencial se realizan directamente en zonas que pueden ser tocadas por personas y que tienen contacto directo o indirecto con el tierra de todos los conductores metálicos para maximizar la seguridad personal.
2) Implementar protección protectora contra sobretensiones para equipos y equipos microelectrónicos de acuerdo con las normas nacionales como GB50057 y GB50343.
El concepto de contraataque: el llamado fenómeno de contraataque del rayo significa que un rayo cae sobre la terminal aérea [incluidos varios tipos de acero] y el conductor de bajada convierte el alto voltaje del rayo en corriente y la libera al tierra. Cuando llega a la tierra, aparece como una carga eléctrica en el sistema de tierra principal del edificio. [La Tierra es un cuerpo de potencial cero y puede equilibrar 500.000 culombios de cargas negativas, el valor de calibración básico de la física moderna] En ese momento, la carga subterránea rompió el punto de equilibrio del sistema potencial de la Tierra. Sin embargo, el suelo tiene muchos parámetros como resistencia y capacitancia, y es imposible tener la carga equivalente opuesta y su neutralización inmediatamente [lleva algún tiempo]. En este momento, la mayor parte de la carga generada por la corriente del rayo se expresa en forma de voltaje en el suelo cerca del edificio. En este momento existen conductores relacionados con el interior del edificio, como tuberías de calefacción, tuberías de gas, tuberías de agua, cables de puesta a tierra de equipos, puesta a tierra de punto medio, etc. , y estos conductores eléctricos se encuentran a cierta distancia bajo tierra. Debido a que hay un alto potencial en la superficie [el punto de mayor potencial está cerca del electrodo de tierra principal], la diferencia de distancia genera una diferencia de potencial, y esta diferencia de potencial regresa al edificio, provocando un accidente: este es el fenómeno del rayo. contraataque de alto voltaje.
Hipótesis 1: Si alguien toca la tubería de agua con la mano izquierda y la carcasa del dispositivo electrónico con la mano derecha, y la diferencia de potencial excede un cierto límite de seguridad, se producirá un accidente de seguridad personal.
Supuesto 2: si la carcasa del dispositivo electrónico está conectada a tierra de forma independiente, la diferencia de potencial de contraataque entre la tierra neutra del dispositivo electrónico y la tierra de la carcasa [hay una distancia de conexión a tierra bajo tierra] producirá una diferencia de potencial con el cable vivo 220/380 La diferencia de potencial como máximo, el equipo puede ser destruido.
P: En un edificio con estructura de acero, si se utiliza acero desnudo como conductor de bajada, incluso si es completamente equipotencial, ¿no penetrará la fuerte corriente del rayo en el aire circundante durante el rayo? ¿Causa daño a las personas cercanas o en contacto con el conductor de bajada? He estado preocupado por este problema.
Respuesta: Durante un rayo, una fuerte corriente de rayo puede transmitir potencial a la tierra a lo largo del conductor de bajada, pero debe saber que el conductor de bajada tiene inductancia, y la inductancia puede impedir la descarga normal del corriente del rayo dentro de un cierto período de tiempo, registrando así el potencial.
Cuando este potencial es grande, se producirá una ruptura suficiente entre un cierto potencial pequeño y el aire u otros medios, lo que provocará una descarga. Algunas normas dicen que también se producirán destellos laterales.
En este punto se debe calcular la inductancia del cable. Otro fenómeno es que la corriente del rayo que se mueve rápidamente sobre el conductor de bajada producirá inevitablemente un campo magnético en movimiento, que proporciona las condiciones básicas para cortar las líneas de fuerza magnéticas y generar sobretensión. La sobretensión generada al cortar líneas de fuerza magnéticas también puede descomponer el aire, los dieléctricos (incluidos los medios semiconductores) y todos los conductores directos e indirectos (semiconductores) que pueden proporcionar diferencias de potencial, afectando nuestro trabajo y nuestra vida. Según los informes, en una fábrica en Tianjin [área de Hangu], una trabajadora encendió el interruptor de aire mientras trabajaba, lo que provocó que la sobretensión en la línea eléctrica rompiera la carcasa de plástico del interruptor y entrara en la palma de su mano, y luego cortocircuitar la tierra a través de su cuerpo. Un residente de una aldea de Hunan experimentó un fenómeno en el que la sobretensión inducida por el pulso electromagnético de un rayo penetró en el aire y formó un camino [bucle] en el cable de alimentación de la bombilla interior, provocando la muerte. La causa de lesiones a las personas cercanas o en contacto con el conductor de bajada es la diferencia de potencial entre las dos partes del cuerpo humano, que es un factor fatal. Por ejemplo, si tocamos el conductor de bajada con una mano y el tubo de calefacción con la otra, suponiendo que el punto de conexión a tierra del tubo de calefacción está lejos de la red de tierra principal del edificio, entonces la diferencia de distancia producirá un potencial diferencia Cuando la diferencia de potencial alcanza un cierto valor, causará víctimas. No piense siempre en el voltaje de seguridad personal, sino también en la corriente de seguridad personal. No sé si mis sugerencias te ayudarán.
Pregunta: ¿Podemos sacar la conclusión de que el techo de una gran fábrica (50 x 80 m) en un área abierta está hecho de hierro y que es bastante peligroso utilizar acero desnudo para pilares y protección contra rayos? conductores de bajada?
Respuesta: Muy peligroso. ¡Debes considerar el voltaje de paso! En general, las normas deberían investigarse y utilizarse de acuerdo con las condiciones locales, y los costos no deberían considerarse de manera demasiado exclusiva. ¡Las vidas humanas importan!
P: También quiero hacer una pregunta. Dado que cuanto más cerca está el rayo, mayor es el campo magnético inducido, ¿deberían los equipos de comunicación, los camiones de bomberos y las cajas de distribución evitar los conductores de bajada tanto como sea posible?
Respuesta: ¡Si tienes las condiciones, debes mantenerte alejado! Si una pieza de 10/350-65438+200KA se expone dentro de un radio de 83 metros, la intensidad del pulso electromagnético de interferencia puede alcanzar 2,4 GS, lo que puede causar daños permanentes a equipos microelectrónicos desprotegidos.
P: Estoy construyendo una fábrica con estructura de acero. Debido a que la unidad de diseño no consideró la protección contra rayos, necesito reconsiderar las medidas correctivas. Este edificio de fábrica con estructura de acero tiene 35 metros de alto y 9*17 metros de largo y corto. Es una estructura totalmente de acero, con el techo y las paredes cubiertas con tejas de acero de color de doble capa de 0,5 mm (con algodón aislante no combustible en el interior). Es una estructura de protección contra rayos de Categoría III. Las medidas que tomaré son:
1. Debido a que todos los cimientos de las columnas de acero han sido cubiertos con concreto, es imposible verificar la calidad de unión y soldadura de las barras de acero, por lo que utilizo galvanizado de 40*4 mm. el acero plano a la parte inferior de la columna (cerca de los cimientos) está conectado a la red de puesta a tierra de toda la fábrica;
2. Teniendo en cuenta la dificultad y confiabilidad de las tejas de acero del color del techo como pararrayos. use acero redondo de 10 mm en el techo Instale cinturones de protección contra rayos y suelde acero redondo y columnas de acero
3. ¿Cómo puedo mejorar su protección contra rayos?
Respuesta: 1. Es posible solucionarlo, pero requiere múltiples puntos de soldadura a tierra. 1 Si las condiciones lo permiten, se pueden realizar conexiones eléctricas en el extremo superior, ¡lo cual es seguro! En principio es suficiente medir la resistencia del suelo en zonas expuestas, ¡pero esto es sólo una medida correctiva!
2. Las tejas de acero de colores en el techo deben estar conectadas eléctricamente a las bolas de acero en múltiples puntos, y las múltiples tejas metálicas también deben estar conectadas eléctricamente para evitar arcos.
3. La resistencia del suelo es inferior a 4 ohmios y la resistencia del suelo de todas las vigas y columnas de acero es igual en todas partes. ¡El sistema de conexión a tierra principal debe cumplir con los requisitos de GB50057!
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Este artículo ha sido seleccionado de Henan Wanwanjian New Building Materials Co., Ltd.