污水處理廠防雷設(shè)計(jì)問題探討

楊睿 阮洋

摘 要：文章針對污水處理廠內(nèi)不同單體建（構(gòu)）筑物的防雷要求，提出了不同的防雷措施，同時(shí)對防雷設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：污水廠；防雷措施

中圖分類號：U664.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0161-02

根據(jù)中國氣象局雷電防護(hù)管理辦公室發(fā)布的資料，福建省各地年平均雷暴日數(shù)均超過40 d/a，其中福州為53 d/a，龍巖74.1 d/a，廈門47.4 d/a，屬于多雷區(qū)。因此，雷電防護(hù)對污水廠各生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行有重要的意義，對廠內(nèi)生產(chǎn)及生活人員的人身安全有重大的影響，同時(shí)也對設(shè)計(jì)人員在污水廠防雷設(shè)計(jì)中提出了更高的要求。

1 防雷等級

污水處理廠內(nèi)各單體建（構(gòu)）筑物需根據(jù)廠區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物的重要性、用途、布置以及發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按照防雷要求進(jìn)行分類。一般污水廠內(nèi)建筑物均不高，大部分建筑物高度不大于20 m，按照下式對各建（構(gòu)）筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

N=k×Ng×Ae

其中：N為建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/a）；

k為校正系數(shù)，在一般情況下取1；

Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/k m2/a）；

Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（k m2）；

根據(jù)上式計(jì)算，污水廠內(nèi)建（構(gòu)）筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)一般不高于0.25次/a，故可按三類防雷建筑物考慮。

規(guī)范規(guī)定，其中污泥消化池、沼氣柜、沼氣過濾間、沼氣壓縮機(jī)房、沼氣火炬、加氯間等有爆炸危險(xiǎn)的構(gòu)筑物屬于二類防雷建筑物。

2 防雷措施

防雷分為外部防雷和內(nèi)部防雷以及防雷擊電磁脈沖。外部防雷為防直擊雷；內(nèi)部防雷包括防閃電感應(yīng)、防反擊以及防閃電電涌侵入和防生命危險(xiǎn)。防雷擊電磁脈沖是對建筑物內(nèi)系統(tǒng)防雷電流引發(fā)的電磁效應(yīng)，包含防經(jīng)導(dǎo)體傳導(dǎo)的閃電電涌和防輻射脈沖電磁場效應(yīng)。針對以上幾種防雷類型，污水廠內(nèi)污泥消化池等二類防雷構(gòu)筑物應(yīng)采取防直擊雷（外部防雷）、防閃電感應(yīng)和防雷電波侵入（內(nèi)部防雷）的措施。辦公樓、泵房等三類防雷建筑物應(yīng)采取防直擊雷和防雷電波侵入等措施。

2.1 外部防雷

防直擊雷通常采用裝設(shè)在建筑物上的接閃網(wǎng)、接閃帶（舊稱避雷帶，新規(guī)范已取消該術(shù)語）。接閃網(wǎng)、接閃帶沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，接閃帶應(yīng)設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面上，也可設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面外。國標(biāo)圖集D501-1第2-09頁避雷帶（接閃帶）在天溝，屋面，女兒墻上安裝圖中“天溝上明裝（二）”已不符合規(guī)范要求，可按照“天溝上明裝（一）”的做法進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者將安裝圖中“天溝上明裝（二）”原支架頂適當(dāng)加長斜彎到所規(guī)定的位置，也可滿足規(guī)范要求。

除第一類防雷建筑物外，金屬屋面的建筑物宜利用其屋面作為接閃器，設(shè)計(jì)中需注意明確不同金屬材料的厚度要求，同時(shí)要保證金屬板無絕緣被覆層。在龍巖污水廠技改項(xiàng)目中，新建的加藥間為鋼結(jié)構(gòu)，屋面采用100 mm厚彩鋼板巖棉夾芯板，上鋼板厚度需明確不小于4 mm。污水廠內(nèi)除綜合樓、加氯間、泵房、脫水車間等建筑物外，通常還包括細(xì)格柵沉砂池、生物池、污泥泵房、調(diào)節(jié)池、回收水池等構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)中考慮利用金屬欄桿作為接閃器，需按規(guī)范要求明確不銹鋼欄桿的截面及壁厚。

污水廠內(nèi)各建筑物利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)對角兩根不小于φ16通長鋼筋作為防雷引下線，引下線采用的材料、結(jié)構(gòu)及最小截面要求與接閃器相同，根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，在其鋼構(gòu)件或鋼筋之間的連接滿足焊接要求或采用金屬綁線綁扎的要求并利用其作為引下線的條件下，當(dāng)其垂直支柱均起到引下線作用時(shí)，可不要求滿足專設(shè)引下線之間平均間距的要求。設(shè)計(jì)要求所有結(jié)構(gòu)柱均需起到自然引下線的作用，包括建筑物四周結(jié)構(gòu)柱鋼筋及建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)柱鋼筋，才不用考慮設(shè)置專設(shè)引下線。針對氧化溝、生物池等沒有結(jié)構(gòu)柱的單體構(gòu)筑物，采用專設(shè)引下線，專設(shè)引下線不應(yīng)少于2根，沿建（構(gòu)）筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，專設(shè)引下線應(yīng)沿建（構(gòu)）筑物外墻外表面明敷，經(jīng)最短路徑接地。在各引下線上距地面0.3 m處裝設(shè)斷接卡，斷接卡可以按照國標(biāo)圖集的做法制作。針對污水廠其他建筑物，如綜合樓、脫水車間等，利用混凝土內(nèi)鋼筋作為自然引下線并同時(shí)采用基礎(chǔ)接地體時(shí)，不需另外設(shè)置斷接卡，但利用鋼筋作引下線時(shí)應(yīng)在室內(nèi)外若干處距室內(nèi)地面0.3 m、室外地上0.5 m、室外地下0.6 m處預(yù)埋連接板，作焊接接地干線、測量接地電阻及增打接地極用，連接板處有明顯標(biāo)志。

2.2 內(nèi)部防雷

內(nèi)部防雷裝置應(yīng)防止由于雷電流流經(jīng)外部防雷裝置或建筑物的其他導(dǎo)電部分而在需要保護(hù)的建筑物內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)的火花放電，設(shè)計(jì)中通常采用等電位連接或采用電氣絕緣。

按照規(guī)范規(guī)定，污泥消化池、沼氣柜、沼氣過濾間、沼氣壓縮機(jī)房、沼氣火炬、加氯間、次氯酸鈉制備間等有爆炸危險(xiǎn)的二類防雷建筑物防閃電感應(yīng)的措施包括：建（構(gòu)）筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、金屬支架、鎧裝電纜金屬外皮等主要金屬物，就近通過接地線接到防雷裝置或共用接地裝置上；建筑物內(nèi)防閃電感應(yīng)的接地干線與接地裝置的連接，不應(yīng)少于兩處。在污水廠設(shè)計(jì)中，滿足以上要求的建（構(gòu)）筑物為污泥消化池、加氯間（加氯或加二氧化氯），設(shè)計(jì)中需強(qiáng)調(diào)防閃電感應(yīng)的措施。

為防止雷電流流經(jīng)引下線和接地裝置時(shí)產(chǎn)生的高電位對附近金屬物或電氣和電子系統(tǒng)線路的反擊，采取措施按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.8條執(zhí)行，其中需引起重視的是在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設(shè)I級試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平值應(yīng)小于或等于2.5 kV。每一保護(hù)模式的沖擊電流值，當(dāng)無法確定時(shí)應(yīng)等于或大于12.5 kA。設(shè)計(jì)過程中容易忽視對電涌保護(hù)器的選擇與標(biāo)示，包括沖擊電流、標(biāo)稱放電電流以及電壓保護(hù)水平等。表1以菲尼克斯電涌保護(hù)器為例列出各項(xiàng)參數(shù)，供設(shè)計(jì)參考使用。

表中：UC為最大持續(xù)工作電壓；

Iimp為沖擊電流；

In為標(biāo)稱放電電流；

Imax為最大放電電流；

UP為電壓保護(hù)水平；

對污水廠內(nèi)加氯間等二類防雷建筑物，其防閃電電涌侵入措施為：低壓線路全長采用埋地電纜或敷設(shè)在架空金屬線槽內(nèi)的電纜引入時(shí)，在入戶端將電纜金屬外皮、金屬線槽接地，并與防雷的接地裝置相連。對變配電間等三類防雷建筑物，其防護(hù)措施還應(yīng)包括：對架空進(jìn)出線，在進(jìn)出處裝設(shè)避雷器；避雷器、電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳、金具等，應(yīng)連在一起接地；進(jìn)出建筑物的架空金屬管道，在進(jìn)出處就近接到防雷或電氣設(shè)備的接地裝置上或獨(dú)自接地。

2.3 防雷擊電磁脈沖

隨著污水廠自動(dòng)化程度的加強(qiáng)，計(jì)算機(jī)、在線監(jiān)測儀表、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)等電子系統(tǒng)的應(yīng)用日漸增多，但其耐沖擊電壓的能力不高，由雷電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流形成的雷擊，可能造成廠內(nèi)電子設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)丟失等損失。因此，污水廠內(nèi)各種電子系統(tǒng)的防雷保護(hù)，也日趨重要。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010規(guī)定，建筑物防雷區(qū)劃分為LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2…n等后續(xù)防雷區(qū)。按照雷擊電磁脈沖的嚴(yán)重程度將需要保護(hù)的空間劃分為不同防雷分區(qū)，是為了明確該區(qū)域電子設(shè)備采用何種電涌保護(hù)器及明確設(shè)置共同接地體等電位連接的位置及方法。

通常設(shè)計(jì)將建（構(gòu)）筑物的金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋等自然構(gòu)件、金屬管道、配電的保護(hù)接地系統(tǒng)等與防雷裝置組成一個(gè)聯(lián)合接地系統(tǒng)，并在需要之處預(yù)埋等電位連接板。設(shè)計(jì)過程中尤其要對不同防雷區(qū)中電涌保護(hù)器的選型及放電電流選擇引起重視。

另外一個(gè)需要在設(shè)計(jì)中引起重視的地方是當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)，從建筑物總配電箱起供電給本建筑物內(nèi)的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。

2.4 其他防雷措施

在污水廠設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)在建筑物屋頂上設(shè)置投光燈等用電設(shè)備作為附近生產(chǎn)構(gòu)筑物的照明燈具，需采取相應(yīng)的防止閃電電涌侵入的措施，具體做法參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057-2010中第4.5.4條。根據(jù)最新規(guī)范要求，在建（構(gòu)）筑物引下線附近需采取防接觸電壓和跨步電壓的措施，以保護(hù)人身安全，這點(diǎn)需在防雷設(shè)計(jì)圖紙中說明。

3 結(jié) 語

污水廠防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057-2010及《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB 50343-2012。這兩本規(guī)范在舊規(guī)范的基礎(chǔ)上修訂較多，需要引起設(shè)計(jì)人員的重視，按照新規(guī)范的要求，針對不同建（構(gòu)）筑物的防雷分類，采取適宜的防雷措施，力求做到經(jīng)濟(jì)、合理、完善、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50343-2012，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3] CJJ 120-2008，城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程技術(shù)規(guī)程[S].