林場望火樓防雷設(shè)計探討

杜康云++石先躍

摘 要：用于消防防火的林場望火樓，大多數(shù)處于林場山區(qū)的最高處。望火樓均設(shè)有通訊塔，光伏發(fā)電、音頻報警、無線傳輸?shù)热蹼娤到y(tǒng)。辦公房防雷設(shè)施均不完善。人員傷亡及設(shè)備損壞的雷擊事故經(jīng)常發(fā)生。林場望火樓的防雷必須從實際出發(fā)，從直接擊雷的防護、雷電感應(yīng)的防護、雷電波侵入的防護等各方面考慮，因地制宜的設(shè)計綜合的防雷方案。

關(guān)鍵詞：望火樓；防雷；方案

0 引言

河北省最北部的圍場滿族蒙古族自治縣龍頭山山頂，是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形，海拔1680米，年平均雷暴日50天，屬于多雷暴地區(qū)。山頂上一座孤零零的二層小樓就是用于森林防火的吉字望火樓。2013年6月16日13時左右，望火樓遭受雷擊，直擊雷擊中望火樓，樓內(nèi)人員從床上被掀到地下，一人員受輕傷。太陽能轉(zhuǎn)換控制器、逆變器等設(shè)備均被擊壞，損失近百萬元。由于望火樓都設(shè)在林場的制高點，到了防火期，瞭望員又必須24小時值守。望火樓內(nèi)設(shè)有設(shè)備機房、太陽能板、擴音喇叭等電子設(shè)備。為防止或減少雷擊所發(fā)生的人身傷亡、財產(chǎn)損失及雷擊電磁脈沖引發(fā)的電氣和電子系統(tǒng)損壞或錯誤運行，望火樓的雷電防護至關(guān)重要。因此本文就林場望火樓的防雷設(shè)計作一探討。

1 雷擊分析

圍場吉字望火樓現(xiàn)有防雷設(shè)施如下：設(shè)備機房所在屋頂設(shè)有一防直接雷擊的避雷針，針高7m.。避雷針引下線沿外墻就近入地。避雷針接地體的工頻接地電阻實測8.3Ω。機房內(nèi)設(shè)備有太陽能控制器、蓄電池組、逆變器、音頻控制設(shè)備、無線通訊設(shè)備等。所有設(shè)備金屬外殼均未接地。在逆變器前端安裝了一組48v直流浪涌保護器。流浪涌保護器接地線長近5m，工頻接地電阻實測10.4Ω。進出機房的線纜有電源線、信號線、控制線、音頻線、網(wǎng)線等，均從墻體裸露敷設(shè)。離望火樓40m遠有一鐵塔。鐵塔的高度15m。信號線、控制線、音頻線、網(wǎng)線等均從鐵塔引入設(shè)備機房。

雷擊分析如下：由于雷擊發(fā)生后未及時向當?shù)貧庀蟛块T報告災情，沒能第一時間勘察現(xiàn)場，受損設(shè)備大部分已經(jīng)拆除，剩磁儀器等也無法檢測。僅從遭受雷擊的情況看，能將在屋內(nèi)的人員雷擊掀翻到地上而受傷，可見此次雷擊的強度較大，因此遭受的雷擊應(yīng)為直接雷擊。雖然屋頂安裝了避雷針，但由于接地體離房間的間距不夠，以及房間的金屬窗戶未做等電位連接，強大的雷電流擊中避雷針或屋頂產(chǎn)生的旁側(cè)閃絡(luò)造成人員受傷。原因其二可能是機架、設(shè)備金屬外等均未接地，在泄流過程中由于雷電流迅速變化在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強電磁場，使機房內(nèi)的金屬導線、設(shè)備感應(yīng)出很高的電動勢，產(chǎn)生閃電電磁感應(yīng)將設(shè)備擊壞。在逆變器前端雖然安裝了一組浪涌保護器，但可能是雷電瞬間電流超過SPD設(shè)計能力，以及SPD接地線過程，導致有效電壓保護水平Up/f高于設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw，從而未能起到有效的保護作用。

2 望火樓綜合防雷

2.1 直接擊雷的防護

望火樓本身處于制高點上，外部防雷措施必不可少。但就是否采用避雷針作為接閃器有待商榷。大家知道，建筑物如果安裝了接閃器但是沒有接地或者接地效果不好的話，在接閃時反倒會對建筑物或其中的人員造成更大的損害，相比沒有安裝接閃器的建筑物反倒更加不安全，避雷針也變?yōu)榱恕耙揍槨?。就上述望火樓，避雷針所設(shè)位置正好位于設(shè)備機房頂，避雷針引下線距機房設(shè)備較近，按滾球法計算此避雷針的保護范圍不能完成覆蓋辦公用房，這樣勢必還需增加避雷針的高度。所以建議現(xiàn)做如下整改：將屋頂避雷針去掉，以減少引雷幾率；沿屋頂周邊增設(shè)避雷帶且焊接成閉合環(huán)路；在房屋四角敷設(shè)4根專用防雷引下線；接地體改為環(huán)形共用接地體；通訊鐵塔已是一個天然的獨立避雷針，室外的太陽能板如在它的保護范圍內(nèi)，可以不再另行加設(shè)接閃器；如果不在它的保護范圍內(nèi)可在太陽能板四周加設(shè)避雷短針加以保護。

2.2 雷電感應(yīng)的防護

防雷電感應(yīng)的接地裝置必須與外部防雷裝置共地，共用接地阻值要求≤4Ω；機房設(shè)備盡量遠離外墻引下線；用-4×40mm鍍鋅扁鋼從雷電感應(yīng)的接地裝置引入機房等電位端子；用4平方多股銅線以最短距離將機房設(shè)備金屬外殼、配電箱、機架等作等電位連接。兩處太陽能板所有金屬框架必須做好接地，接地電阻要求≤10Ω。屋頂煙囪等金屬構(gòu)件與屋頂避雷帶焊接；房屋所有鋁合金窗戶及金屬護欄等與接地裝置連接。

2.3 雷電波侵入的防護

為防止雷擊電磁脈沖產(chǎn)生的過電壓及過電流經(jīng)入戶線路侵入損壞室內(nèi)的光伏設(shè)備，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的線纜應(yīng)加裝多級浪涌保護器（SPD）。兩套太陽能電池方陣經(jīng)匯流后各有一組直流48V和12V線路入戶分別進入各自的光伏控制器，通過逆變后供負載用電的有4路輸出線出戶，分別是2路視頻監(jiān)控用電，1路無線網(wǎng)橋用電，1路擴音喇叭用電。分別在光伏板側(cè)的匯流箱內(nèi)安裝1組直流電源SPD，在兩路直流輸入端光伏控制器側(cè)直流柜內(nèi)分別安裝1組光伏直流專用SPD，在交流輸出端分別安裝1組交流SPD。

視頻線、信號線、云臺控制線、報警信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應(yīng)雷電流而損壞設(shè)備。為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓保護器須快速響應(yīng)，在設(shè)計信號傳輸線的保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及雷電通量等參數(shù)。視頻線前端和終端應(yīng)加裝阻抗75Ω的SPD；音頻線、云臺控制線、報警信號線前端和終端根據(jù)設(shè)備要求應(yīng)加裝工作電壓12V或24V的SPD。用于無線網(wǎng)通訊的網(wǎng)線兩端分別安裝1組信號SPD，無線網(wǎng)橋供電線路輸出終端安裝1組直流SPD。所有SPD必須按規(guī)范要求安裝，連接導線應(yīng)短直，其長度不宜超過0.5m，并固定牢靠，接地端應(yīng)以最短距離與等電位端子板連接。

3 結(jié)束語

本文雖然只對一處望火樓遭受雷擊損害的事例作了初步的分析探討，但它們都有很大的共性。望火樓處于一個特殊的場所，發(fā)生雷電災害的頻率較高。雷擊不但使電子電器設(shè)備極易造成損壞，人員傷亡的事件也時有發(fā)生。防雷保護是一個系統(tǒng)工程，最好是在設(shè)計施工之前，就要考慮到所處的地理環(huán)境，綜合考慮，全方位防護，設(shè)計合適的防雷方案，才能起到良好的防護效果。

參考文獻：

[1]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].GB 50057-2010.

[2]建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].GB50343—2012.endprint