淺談興凱湖濕地研究中心綜合雷電防護(hù)

王　磊(雞西市防雷中心,黑龍江雞西158100)

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淺談興凱湖濕地研究中心綜合雷電防護(hù)

王磊
(雞西市防雷中心,黑龍江雞西158100)

1　引言

雞西市興凱湖濕地研究中心位于密山市興凱湖畔，座落于興凱湖的湖崗上，該中心由兩棟二、三層木結(jié)構(gòu)建筑、一棟二層磚石砼結(jié)構(gòu)的別墅及一棟一層新建建筑物組成。建筑物周圍土壤電阻率＞3000 Ω/m，建筑物臨近大小興凱湖，四周沒有高大的建筑物，地勢平坦，屬雷擊高概率區(qū)。按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）的規(guī)定，屬于二類防雷環(huán)境。依據(jù)國際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)、中國GB標(biāo)準(zhǔn)與部委頒發(fā)的設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星線纜、有線電視、程控機(jī)房等弱電設(shè)備都必須有完整完善之防浪涌保護(hù)措施，保證該系統(tǒng)能正常運(yùn)作。這包括電源供電系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)，電腦網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信設(shè)備等裝置，均應(yīng)有SPD防護(hù)裝置保護(hù)。中心的建筑物為木結(jié)構(gòu)且又緊鄰湖畔，安裝避雷帶難度太大又破壞了建筑物的整體美觀，在考慮建筑物直擊雷的防護(hù)方面選擇了提前放電避雷針，既能有效的大幅度降低避雷針的高度、又能提高攔截雷電效率。

建筑物所用的電源線和信號線全部為架空線路入室。電源線為三相TN—C制，信號線有有線電視傳輸線、電話線、網(wǎng)線和衛(wèi)星饋線。

1.1防雷設(shè)施情況

雞西市興凱湖濕地研究中心的建筑沒有任何防雷設(shè)施。天面上沒有設(shè)置避雷帶，天面上的排風(fēng)管和爬梯沒做接地和等電位處理，天面上有一旗桿且只有一根￠8的引下線，建筑物內(nèi)的所有設(shè)備均沒有良好的接地。電源線和信號線均為架空入室，在建筑物內(nèi)沒有保護(hù)接地系統(tǒng)，所有入室的電源、信號線路均沒有加裝任何防雷裝置。

濕地研究中心的A、B兩棟別墅，座落于主建筑物西側(cè)，天面也沒有設(shè)置避雷針（帶），且天面上有太陽能熱水器。別墅內(nèi)的所有設(shè)備也沒有保護(hù)的接地，電源線和信號線均為架空入室，所有入室的電源、信號線均沒有加裝防雷裝置。

1.2歷史遭受雷擊情況

自2000年以來，濕地研究中心所處的位置，每個(gè)雷雨季節(jié)都不同程度的遭受到雷擊。2004年距該院東側(cè)的市廣播局培訓(xùn)中心曾有一人被擊身亡，據(jù)反映只要天空有CB云，附近建筑物內(nèi)的設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)放電打火現(xiàn)象。并直接對人員和設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅。每年雷雨季節(jié)都會(huì)因雷擊造成不同程度的設(shè)備損壞。雷擊主要通道來自室外的架空線路。

2　設(shè)計(jì)依據(jù)

國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC1024-1：1900；建筑物防雷技術(shù)規(guī)范（GB50057-2010）；電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則（GB7458 -87）；電子設(shè)備雷擊試驗(yàn)導(dǎo)則（GB3483-83）；通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定（YD5078-98）；建筑物信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50343-20004）；通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范（YD5098-2001）；雷電電磁脈沖的防護(hù)（IEC 61312-3）

3　防雷設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1建筑物的直擊雷防護(hù)

濕地研究中心的四個(gè)建筑物分別安裝32 m、22 m二支杜爾-梅森（法國）避雷針，該避雷針為提前放電式，具有超強(qiáng)的攔截雷電能力、攔截范圍大、抗風(fēng)能力強(qiáng)、耐腐蝕、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，有效的保護(hù)建筑物免遭雷擊。由于中心區(qū)域的土壤電阻率＞3000 Ω/m，所以在避雷針附近要改良土壤，辦法是使用復(fù)合降阻劑，使得接地阻值降至規(guī)范的要求。

3.2建筑物的配電系統(tǒng)的防雷

IEC（國際電工委員會(huì)）和GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》定義了防雷的保護(hù)分區(qū)，根據(jù)保護(hù)分區(qū)的不同要求，需要在每個(gè)分區(qū)的交界處安裝相應(yīng)的電器（SPD），即第一級為B級防雷器(SPD)，第二級為C級防雷器(SPD)，第三級為D級防雷器(SPD)。其工作原理為利用分級的防雷器(SPD)層層泄放電感應(yīng)的能量，逐漸減低浪涌電壓，從而保護(hù)用戶終端設(shè)備。

(1)在建筑物的低壓配電房（柜）總配電處加裝電源第一級保護(hù)裝置（SPD），其浪涌保護(hù)器的波形為10/350 μs最大通流量≥80 kA，作為建筑物供配電系統(tǒng)第一級防護(hù)。（共八組）

(2)在建筑物的樓層配電箱處分別安裝電源系統(tǒng)第二級保護(hù)裝置，其浪涌保護(hù)器波形為8/20 μs，最大通流量≥40 kA，作為電源系統(tǒng)的第二級防護(hù)（共35組）

(3)在建筑物的樓層配電箱處分別安裝電源系統(tǒng)第三級保護(hù)裝置，其浪涌保護(hù)器波形為8/20 μs，最大通流量≥20 kA，作為電源系統(tǒng)的第三級防護(hù)（共45組）。

3.3有線電視的防雷

CCTV的電源線、信號傳輸線或進(jìn)入監(jiān)控室的金屬管線遇到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線侵入設(shè)備，造成電位差使設(shè)備損壞。雷電感應(yīng)：當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁場,處在電磁場中傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢,這現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷。這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100 kv，信號線路上可達(dá)40－60 kv,這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷。它對設(shè)備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它要比直擊雷發(fā)生的機(jī)率大得多。因此，在按照GB 50198-1994《民用閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》做好布線施工等工作還必須對前端設(shè)備的連線接口處加裝相應(yīng)的電涌保護(hù)器（SPD）。

3.4程控電話的防護(hù)

架空入室的程控電話線路極易遭受感應(yīng)雷擊或直擊雷擊，為使程控電話線路免遭雷擊，應(yīng)在線路入室端加裝一組浪涌保護(hù)器，并且就近與接地體連接，其接地電阻應(yīng)＜4 Ω。

3.5衛(wèi)星、網(wǎng)線的防護(hù)

衛(wèi)星的線纜和網(wǎng)線在雷擊環(huán)境惡劣的情況下極易遭受感應(yīng)雷擊或直擊雷擊，為了避免設(shè)備的損壞和人員的安全，應(yīng)在所有線路入室端加裝一組匹配的浪涌保護(hù)器，并且就近與接地體連接，其接地電阻應(yīng)＜4 Ω。

3.6接地體

接地系統(tǒng)是所有防護(hù)的最關(guān)鍵的部位，沒有良好的接地裝置一切防護(hù)都等于虛設(shè)。因此設(shè)計(jì)中考慮周圍環(huán)境的特殊因素，無法改造接地土壤性質(zhì)，只能采用相對較高的接地電阻模塊和降阻劑相結(jié)合的方法達(dá)到接地電阻＜4Ω的技術(shù)要求。

本設(shè)計(jì)按照國標(biāo)GB50057—2010二類防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。保護(hù)效率達(dá)99.6%，對直徑＜5 m的球型雷無防護(hù)能力。

圖1　雷電防護(hù)示意圖

4　小結(jié)

雞西市興凱湖濕地研究中心自身沒有完善的防雷設(shè)施，通過分析，類似情況應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）接閃器采用避雷針、避雷帶（網(wǎng)），或兩者混合的方式，還宜利用建筑物的金屬屋面作為接閃器，但應(yīng)符合規(guī)范要求。不應(yīng)采用裝有放射性物質(zhì)的接閃器。其他形式的消雷器，只宜用于屋面上架設(shè)有高桿鐵塔的建筑物上。屋面上的突出物，如衛(wèi)星和共用天線接收裝置、節(jié)日彩燈、航空障礙燈和屋面風(fēng)冷機(jī)組等，應(yīng)在防雷裝置保護(hù)范圍內(nèi)，若按滾球法計(jì)算不在保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)另設(shè)避雷針、帶加以保護(hù)，并與屋面防雷裝置相連。

（2）引下線應(yīng)優(yōu)先利用建筑物鋼筋混凝土柱或剪力墻中的主鋼筋，還宜利用建筑物的消防梯、鋼柱、金屬煙囪等作為引下線。當(dāng)利用鋼筋混凝土柱中的鋼筋、鋼柱作為自然引下線，并同時(shí)采用基礎(chǔ)鋼筋作為接地裝置時(shí)，不設(shè)斷接卡，但應(yīng)在室外適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)若干與柱內(nèi)鋼筋相連的連接板，供測量、外接人工接地體和作等電位連接用。

(3)被保護(hù)建筑物內(nèi)的金屬物接地，是防雷電感應(yīng)的主要措施。因此，建筑物內(nèi)的設(shè)備外殼、管道、構(gòu)架等主要金屬物，應(yīng)就近接到防雷接地裝置或電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置上。

(4)平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮的長金屬物，其凈距小于100 mm時(shí)應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于30 m；交叉凈距小于100 mm時(shí)，其交叉處亦應(yīng)跨接。

(5)低壓線路宜全線采用電纜直接埋地引入，在入戶端將電纜金屬外皮或保護(hù)鋼管接到防雷接地裝置上；若為架空線應(yīng)換接50 m電纜進(jìn)戶，線纜換接處應(yīng)裝設(shè)避雷器，并將其與電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等連在一起，其沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Ω。若采用架空線引入時(shí)，引入處應(yīng)裝設(shè)避雷器。

(6)架空和埋地的金屬管道，應(yīng)在進(jìn)出建筑物處與防雷接地裝置相連。固定在建筑物上的節(jié)日彩燈、航空障礙燈及其他用電設(shè)備的線路，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性采取相應(yīng)的防雷電波侵入的措施：無金屬外殼或保護(hù)網(wǎng)罩的用電設(shè)備應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)；從配電箱引出的線路應(yīng)穿鋼管。鋼管的一端與配電箱金屬外殼相連；另一端與用電設(shè)備的金屬外殼、保護(hù)罩相連，并就近與屋頂防雷裝置相連。鋼管中間斷開時(shí)應(yīng)設(shè)跨接線。

作者簡介：王磊（1977-），男，黑龍江省雞西市人，黑龍江省教育學(xué)院，本科生，助理工程師.

收稿日期：2016－1－1

文章編號：1002－252X(2016)01－0035－03