余慶縣黔地水鄉(xiāng)大酒店1號樓防雷工程設(shè)計(jì)

涂仁忠，冉國輝，楊 明

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400;2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300;3.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000)

1 現(xiàn)場勘測

1.1 地理位置及地形地貌

余慶黔地水鄉(xiāng)大酒店位于 107°52'8″E，27°14'26″N，地處余慶縣石羊湖新城，東臨石羊湖。

擬建場地整體北側(cè)高，南側(cè)低。場地由于平場開挖將在場地東側(cè)、北側(cè)、西側(cè)形成高2.2～11.8 m左右的巖土混合邊坡。場地所處地貌單元為風(fēng)化殘丘地貌。

1.2 雷電活動(dòng)規(guī)律

根據(jù)余慶縣氣象局60 a氣象觀測數(shù)據(jù)分析，余慶縣的年平均雷暴日數(shù)為47.8 d，雷電主要發(fā)生在4—8月，月平均雷暴日數(shù)超過10 d，最多超過8 d，雷暴日數(shù)最多的年份為1961年(72 d);雷暴日數(shù)最少年份為2009年(20 d)。11—次年2月少有雷電發(fā)生。此外，余慶縣每年的雷電活動(dòng)呈現(xiàn)雙峰特性，4、5月和7、8月為每年雷電活動(dòng)頻繁月，其中8月最強(qiáng)，最多時(shí)當(dāng)月雷暴日數(shù)高達(dá)20 d。

根據(jù)貴州省雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)繪制的黔地水鄉(xiāng)大酒店(以項(xiàng)目中心位置5 km半徑)區(qū)域范圍內(nèi)雷電流年平均地閃次數(shù)375次，地閃密度約為4.78次/km2·a。

根據(jù)黔地水鄉(xiāng)大酒店工程(以項(xiàng)目中心位置5 km半徑)所處地域近4 a地閃數(shù)據(jù)繪制的日均分布圖(圖略)，可知:該地域地閃主要活躍在13－02時(shí)，96%的地閃都發(fā)生在這個(gè)時(shí)段，03－12時(shí)地閃相對較少，約4%的地閃發(fā)生在這個(gè)時(shí)段。

1.3 土壤電阻率

本文采用雙鉗型接地電阻測試儀HT－TERR－234E測量土壤電阻率，數(shù)值來源于2012年2月24日在余慶黔地水鄉(xiāng)大酒店工程所在位置處現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，采集當(dāng)日天氣為陰天，所測量項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)平均土壤電阻率為166Ω·m。

1.4 建筑條件

擬建余慶黔地水鄉(xiāng)大酒店一號(四星級酒店)樓，建筑面積為 36 800m2，長 46 m，寬 40 m，高99.1 m;頂面的長為40m，寬40m;酒店負(fù)1層為地下停車場及設(shè)備間，其建筑面積為2 400 m2，其中長60 m，寬40 m;負(fù)2層、地上5層為酒店配套娛樂設(shè)施。

1.4.1 頂部設(shè)施 屋面沒有其他設(shè)施，僅在頂4個(gè)角裝有紅色中強(qiáng)光B型閃光航空障礙燈。

1.4.2 內(nèi)部設(shè)施 包括通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中心、視頻監(jiān)控、火警自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等。

另外，酒店內(nèi)設(shè)有3個(gè)低壓供電系統(tǒng)。進(jìn)入大樓的設(shè)施外部管線主要有自來水管、電話線路、電源線。

2 防雷等級確定

2.1 建筑物防雷等級確定

經(jīng)計(jì)算，該建筑的預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)＞0.06次/a，且小于或等于0.3次/a，為人員密集的公共建筑物。根據(jù)GB 50057－2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，該建筑物應(yīng)該劃為第二類防雷建筑物。

2.2 弱電信息系統(tǒng)防護(hù)等級確定

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB 50343－2009，四星級賓館的信息系統(tǒng)防雷應(yīng)按A級設(shè)計(jì)，故將此樓信息系統(tǒng)防雷按A級設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 外部防雷

3.1.1 接閃器設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際情況，考慮到整體美觀，且屋面有要保護(hù)的航空障礙燈所以宜采用避雷針和避雷帶形成的接閃器系統(tǒng)。

對于避雷針，由于屋頂?shù)拿娣e大，考慮到經(jīng)濟(jì)問題，采用4根獨(dú)立的短避雷針分別對4個(gè)航空障礙燈進(jìn)行保護(hù)。將避雷針安裝在航空障礙燈的固托板上，下面用長為1.5 m的金屬鋼管作為立柱，在離障礙燈0.5 m的地方安裝1根避雷針，則一共4根針，這樣可以更好的減少雷擊危害的幾率。避雷針與障礙燈的距離為0.5 m，符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057－2010)對獨(dú)立避雷針距被保護(hù)物距離的要求，大大的減輕了反擊發(fā)生的概率。

根據(jù)實(shí)際情況按照單針的保護(hù)范圍計(jì)算出避雷針高度。用滾球法計(jì)算避雷針高度為0.6 m。因此，設(shè)計(jì)避雷針的高度為1 m。根據(jù)避雷針生產(chǎn)廠家有關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)1 m高避雷針自身抗風(fēng)強(qiáng)度可以滿足余慶縣的最大風(fēng)速。

屋頂邊緣明裝避雷帶，沿著四周墻體設(shè)置，由于該酒店屬于第二類防雷建筑，要求避雷網(wǎng)格的尺寸≤10 m×10 m或者8 m×12 m;且屋面為40 m×40 m的正方形，為了美觀且經(jīng)濟(jì)，所以使避雷帶在屋面組成10 m×10 m的網(wǎng)格。此避雷帶采用鍍鋅圓鋼Φ12mm，間距為1.0 m，高為0.15 m的定制支持碼固定于屋面、屋脊、屋檐等容易受雷擊的部位。突出屋面的所有金屬構(gòu)件，航空障礙燈的金屬配管，金屬屋架及建筑物的排水管、欄桿等采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼做等電位連接，其連接點(diǎn)不應(yīng)＜2處。

3.1.2 引下線設(shè)計(jì) 由于該建筑屬于第二類防雷建筑，其引下線間距不＞18 m，而且該主鋼筋Φ20 mm，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇利用混凝土柱子外側(cè)主鋼筋作為引下線。利用混凝土柱子外側(cè)兩根主鋼筋作為引下線，將引下線自下而上通長焊接連通，下部與獨(dú)立基礎(chǔ)底部鋼筋焊接連通，上部與樓屋面水平圈梁主鋼筋及避雷帶焊接連通，要求用作引下線的鋼筋每層至少有一個(gè)箍筋與柱所有鋼筋相焊接，這樣可以使引下線柱鋼筋間的電位均衡，并增加引下線的泄流能力。但此酒店的弱電機(jī)房位于最底層，所以各引下線與弱電機(jī)房的接地點(diǎn)之間的距離應(yīng)≥10 m，根據(jù)建筑物的條件，引下線在水平方向上每隔10 m設(shè)置一根，側(cè)面每隔10 m設(shè)置一根，避開弱電機(jī)房接地點(diǎn)，則總條數(shù)為16條。

3.1.3 接地網(wǎng)設(shè)計(jì) 對于本建筑接地宜和防雷電感應(yīng)、電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)等接地共用同一接地裝置;每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)＞10Ω，并與埋地金屬管道相連;利用建筑物絕大多數(shù)柱子基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體，保證地面電位分布均勻，即優(yōu)先采用自然接地。該建筑物的基礎(chǔ)接地電阻值R估算為0.011Ω，符合規(guī)范對第二類防雷建筑物接地電阻的要求，所以將大樓的基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體，無需外引接地體。

此外，接地端子的設(shè)計(jì)應(yīng)采用40 mm×4 mm扁鋼從就近的結(jié)構(gòu)柱或圈梁內(nèi)主鋼筋焊接引出，以便設(shè)備就近接地。而對配電箱、等電位箱、給排水、消防管道、衛(wèi)生間、電梯機(jī)房等應(yīng)該設(shè)置預(yù)留接地端子。

3.1.4 均壓環(huán)設(shè)計(jì) 由于此建筑屬于二類建筑，按照規(guī)范規(guī)定的滾球法計(jì)算應(yīng)超過45 m才考慮防側(cè)擊雷，但是考慮到此樓高991 m，受到側(cè)擊雷的概率比較大，所以在超過30 m以上的部分均實(shí)施均壓處理。30 m及以上外墻上的欄桿、扶手、門窗、金屬外掛件等較大的金屬物與防雷裝置相連，且預(yù)埋件的焊接點(diǎn)不應(yīng)＜2處;豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂端和低端應(yīng)與防雷裝置連接，且每3層與均壓環(huán)連接一次，作引下線的鋼筋每層至少有一個(gè)箍筋與柱所有鋼筋相焊接。

3.1.5 防止跨步電壓 跨步電壓的大小決定于人體離接地點(diǎn)的距離，距離越遠(yuǎn)，跨步電壓數(shù)值越小，在遠(yuǎn)離接地點(diǎn)20 m以外處，電位近似于零。然而高壓跨步電壓可能造成人觸電。所以酒店大門口處的接地裝置應(yīng)埋深至1 m以下，且在酒店的四周上面鋪設(shè)寬度為3 m、厚90 mm的瀝青層。

3.2 內(nèi)部防雷

3.2.1 屏蔽措施 該建筑內(nèi)設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心、一個(gè)弱電機(jī)房、一個(gè)空調(diào)機(jī)房、電梯機(jī)房、一個(gè)視頻監(jiān)控室，其網(wǎng)格寬度分別為 18 m、4 m、3 m、3 m、3 m，在未裝設(shè)屏蔽網(wǎng)格前，該建筑本身的金屬框架作為初級屏蔽網(wǎng)格，在該屏蔽網(wǎng)格保護(hù)下機(jī)房內(nèi)部的磁場強(qiáng)度達(dá)1.426 GS。建筑物的初級屏蔽是不夠的，仍需采取一定措施。將建筑屋頂金屬、外墻立面金屬表面、混凝土內(nèi)鋼筋和金屬門窗框架做等電位連接，并與防雷裝置相連。此外，還需加密屏蔽網(wǎng)格，形成第2級屏蔽。用直徑6 mm的鋼筋作為屏蔽材料，其屏蔽網(wǎng)格的網(wǎng)格寬度為0.2 m。

依照計(jì)算結(jié)果，此時(shí)的磁場強(qiáng)度不會對弱電機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、視頻監(jiān)控室的電子設(shè)備有影響，所以應(yīng)對弱電機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、視頻監(jiān)控采取室加密屏蔽網(wǎng)格的措施以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)。

對網(wǎng)絡(luò)中心采取第3次屏蔽，同樣再采取直徑6mm的鋼筋作為屏蔽材料，其屏蔽網(wǎng)格的網(wǎng)格寬度為0.2 m。依照計(jì)算結(jié)果，此時(shí)的磁場強(qiáng)度不會對網(wǎng)絡(luò)中心的電子設(shè)備的有影響，所以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)中心采取2次加密屏蔽網(wǎng)格的措施即3次屏蔽以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)。

對于酒店的設(shè)備的電源線和控制線要穿金屬管屏蔽或采用金屬橋架屏蔽［3］。

信號線應(yīng)穿金屬管埋地進(jìn)入建筑物，埋地長度也不應(yīng)＜26 m;在入戶端應(yīng)將金屬管電纜金屬外皮和金屬設(shè)備外殼與預(yù)留接地端子相連;垂直敷設(shè)的金屬管線的主干線以集中于酒店中心部位為宜，盡可能遠(yuǎn)離引下線。

3.2.2 防靜電措施 機(jī)房內(nèi)采用PVC導(dǎo)靜電防火阻燃地板，由于貼面夾層中含有分布均勻的導(dǎo)電材料，所以貼面具有永久的導(dǎo)電性能，而且PVC貼面保持零伏的靜電壓，不會產(chǎn)生靜電對灰塵的吸附作用，所以清潔房間中不必對灰塵進(jìn)行清理。其系統(tǒng)電阻值為105Ω，符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《計(jì)算機(jī)機(jī)房用活動(dòng)地板接地技術(shù)條件》的規(guī)定。另外采用導(dǎo)電膠讓地板與地面粘牢，其接觸面積不＜10 cm2。機(jī)房內(nèi)的導(dǎo)體必須與大地作可靠連接，嚴(yán)禁裸露金屬部分，不得有對地絕緣的孤立導(dǎo)體。導(dǎo)靜電地面、活動(dòng)地板、工作臺面和座椅墊套必須進(jìn)行靜電接地。靜電接地可經(jīng)限流電阻及自己的連接線與接地裝置相連，限流電阻的電阻值應(yīng)為1 mΩ。靜電接地的連接線應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。

3.2.3 等電位連接 本建筑電氣設(shè)備的保護(hù)接地，工作接地與建筑物的防雷接地采用共同接地裝置的聯(lián)合接地方式?？偨拥仉娮柚挡唬?.0Ω。

在設(shè)置引下線和接地時(shí)，已將外墻上的門窗、表面裝飾物等較大的金屬物與防雷裝置連接;垂直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂端和底端也與防雷裝置連接，這些都屬于等電位連接。在此，對其進(jìn)行進(jìn)一步完善的等電位連接。

①對整個(gè)酒店進(jìn)行總等電位連接，總等電位端子箱(MEB箱)設(shè)置在酒店的地下室，通過進(jìn)線配電箱近旁的接地母排(總等電位連接端子板)將進(jìn)線配電箱的PE母排，公用設(shè)施的進(jìn)戶金屬管道，金屬暖氣片、空調(diào)管，電梯導(dǎo)軌，建筑物金屬結(jié)構(gòu)，接地極引線等可導(dǎo)電部分互相連通。

②對酒店的各個(gè)有用電設(shè)備房間進(jìn)行局部等電位連接。如:網(wǎng)絡(luò)中心，弱電機(jī)房，空調(diào)機(jī)房，電梯機(jī)房，視頻監(jiān)控室，酒店各個(gè)客房，前臺及各個(gè)工作人員的辦公室等。

③對于網(wǎng)絡(luò)中心，采用M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，使用截面積60 mm2、厚度為10 mm的扁銅，在機(jī)房防靜電地板下沿四周暗敷，根據(jù)設(shè)備數(shù)量及布置情況決定等電位連接網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)成3 m×3 m的網(wǎng)狀。機(jī)房內(nèi)各接地用截面積不＜6 mm2的絕緣銅導(dǎo)線，就近連接到等電位連接端子板上。將進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中心的各類水管、空調(diào)管道和電纜的金屬外殼在進(jìn)入建筑物處應(yīng)做等電位連接，網(wǎng)絡(luò)中心內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分電氣聯(lián)結(jié)。

④對于空調(diào)機(jī)房，電梯機(jī)房和視頻監(jiān)控室，采用S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)在房內(nèi)適當(dāng)位置明裝等電位連接端子板。其中等電位連接端子板應(yīng)采用截面積為55 mm2，厚度為5 mm銅質(zhì)材料。并且將進(jìn)入房間的各類水管、空調(diào)管道和電纜的金屬外殼在進(jìn)入建筑物處應(yīng)做等電位連接，房間內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分必須電氣聯(lián)結(jié)。

⑤對酒店的所有客房以及其它有電子設(shè)備都應(yīng)做局部等電位聯(lián)結(jié)，同樣先將進(jìn)入房間的各類水管、空調(diào)管道和電纜的金屬外殼在進(jìn)入建筑物處應(yīng)做等電位連接，房間內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分電氣聯(lián)結(jié)，在各個(gè)房間內(nèi)下水管、電子設(shè)備以及所有導(dǎo)體通過等電位聯(lián)結(jié)線與局部等電位端子板連接。

⑥低壓線路全長采用埋地電纜或敷設(shè)在架空金屬線內(nèi)的電纜引入時(shí)，在入戶端應(yīng)將電纜金屬外皮、金屬線槽接地。對于室內(nèi)的水管、供熱管以及通訊、信號、電源等電纜金屬護(hù)套都要進(jìn)行等電位連接。

金屬構(gòu)件必須在每一穿過界面的點(diǎn)做等電位連接。

3.2.4 SPD的安裝

①電源SPD的安裝。對于此建筑，由于酒店的信息系統(tǒng)防雷按A級設(shè)計(jì)，電源線路采取4級防雷措施，即采取四級防雷措施。

第1級電源SPD:在酒店的配電房總配電箱空氣開關(guān)處并接三相電壓開關(guān)型SPD，初步衰減從電源線引入的強(qiáng)雷電流和高電壓，把雷電流脈沖降低到設(shè)備能承受的水平，其最大放電電流為100 kA。且此建筑物的電源線路進(jìn)入建筑物之前，已由30 m外的配電房埋地引入，所以將埋地管道的金屬屏蔽層就近接在等電位連接排上，并安裝第1級SPD保護(hù)。

第2級電源SPD:在各分配電箱樓層配電箱空氣開關(guān)處并接限壓型SPD，其最大放電電流為80 kA。并在其前端加裝熔斷器，防止當(dāng)較大雷電流進(jìn)入時(shí)，經(jīng)過第1級防雷器而剩余的雷電高殘壓損壞線路。

第3級電源SPD:在各個(gè)電氣設(shè)備房間的配電箱空氣開關(guān)處并接限壓型SPD，其最大放電電流為40 kA。并在其前端加裝熔斷器，同樣是防止當(dāng)較大雷電流進(jìn)入時(shí)，經(jīng)過第2級防雷器而剩余的雷電高殘壓損壞線路。

第4級電源SPD:在各主要電氣設(shè)備電源插座處分別安裝第4級電源插座保護(hù)器，其前端也應(yīng)加裝熔斷器，實(shí)現(xiàn)精細(xì)保護(hù)級別，其最大放電電流為20 kA，并盡量靠近設(shè)備。如果浪涌保護(hù)器距被保護(hù)設(shè)備的距離過大，雷電波的反射效應(yīng)會在被保護(hù)設(shè)備上引起振蕩，使設(shè)備上的電壓超過保護(hù)器的殘壓而損壞設(shè)備各級電涌保護(hù)器。

②機(jī)房的防浪涌保護(hù)

考慮機(jī)房的重要性，在主交換機(jī)接口處安裝網(wǎng)絡(luò)線SPD，然后在通訊信號線路上分別串聯(lián)RJ 45－ADSL/4信號防雷器，接口形式為RJ 45。

針對機(jī)房網(wǎng)線，采用2級信號浪涌保護(hù)器。信號SPD安裝在交換機(jī)處光電轉(zhuǎn)換端口后端。第1級采用氣體放電管泄放雷電流，第2級采用暫態(tài)抑制二極管，且第1級與第2級之間采用退耦元件。

③有線電視的浪涌保護(hù)。

第1級SPD:在酒店線路的總接口處安裝KBT－380B/60三相電源避雷器。

第2級SPD:在酒店的各個(gè)樓層的線路分接口處安裝KBT－380B/40三相電源避雷器。

第3級SPD:在各個(gè)房間的有線接口處安裝KBT－380B/20三相電源避雷器

④視頻的防浪涌保護(hù)。

本建筑的攝像頭安裝于樓梯口，每層樓的走廊盡頭以及電梯內(nèi)部，處于樓頂接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，所以不必再設(shè)置接閃設(shè)施。攝像頭的電源線和信號線應(yīng)穿金屬管屏蔽，在設(shè)備前的每條線路上加裝合適的避雷器。視頻線避雷器選用 BYT－BNC，工作頻率0－10 MHZ、浪涌電壓3 kA、插入損耗＜0.3 db。信號云臺控制線避雷器選用BYX－JZ/GF6，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓24 V、浪涌電流5 kA、插入損耗＜0.5 db。上述2種避雷器響應(yīng)時(shí)間均≤25 ns。

⑤電梯機(jī)房的SPD。

第1級SPD:在控制柜內(nèi)信號處理通訊板輸入輸出IO控制線路安裝AOTEM SPD AT KZ。該避雷器的最大防雷能力為:5 kA(8/20)，響應(yīng)時(shí)間＜1 ns，貼片式防雷生產(chǎn)技術(shù)。

第2級SPD:在控制柜內(nèi)繼電器板各低壓回路的匯總板線路處安裝AOTEM SPD AT 24V。

第3級SPD:由于此電梯對講系統(tǒng)為總線式設(shè)計(jì)，所以在對講主機(jī)電源線路及4芯信號處分別安裝AOTEM SPD ATB140－2－D10和AT 170V/4避雷器。

⑥火警自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的SPD。

第1級SPD:在消防的主機(jī)房的總接口處安裝KBT－380B/60三相電源避雷器。

第2級SPD:在消防的各個(gè)樓層的分接口處安裝KBT－380B/40三相電源避雷器。

第3級SPD:在各個(gè)房間的接口處安裝KBT－380B/20三相電源避雷器

4 結(jié)論

本文綜合考慮余慶縣雷暴活動(dòng)特點(diǎn)、黔地水鄉(xiāng)酒店1號樓特點(diǎn)及內(nèi)部信息系統(tǒng)的重要性等因素，對建筑物雷電防護(hù)等級劃分、外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施等技術(shù)和方法進(jìn)行了研究。針對該酒店大樓設(shè)計(jì)了一套綜合防雷的方案，在采用完善的直擊雷防護(hù)措施的前提下，著重考慮雷擊電磁脈沖對建筑內(nèi)部的信息系統(tǒng)的影響，提出采用屏蔽、防靜電、等電位連接、加裝浪涌保護(hù)器等綜合技術(shù)。實(shí)施該方案可使建筑物的雷擊損害降到最低程度，為大樓內(nèi)部的人員及信息系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供保障。

［1］陳渭民.雷電學(xué)原理［M］.北京:氣象出版社.

［2］郭明利.智能建筑中弱電系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.低壓電器，2009，(16):11.

［3］潘家利，侯安校，李敏，等.電位連接網(wǎng)絡(luò)在信息系統(tǒng)防雷接地工程中的應(yīng)用［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，(9):52.