1、某工程防雷設計方案(桂林市建筑設計研究院，廣西桂林541001)摘要：一個獨立、完善的防雷工程應包括三個方面的內容：(1)防直擊雷;(2) 防感應雷及雷電波侵入；(3)接地系統。這三個系統缺一不可。三個系統的設計及施工必須符合其相關的標準、規范，以及滿足有關的技術參數和 指標。關鍵詞：接閃器；引下線；接地裝置雷電是一種常見的嚴重的自然災害。其危害方式主要有兩種：一種是直擊雷, 即雷電直接擊在建筑物或構筑物上，它的高電壓、大電流產生的電效應、熱效應 和機械力會造成房屋倒塌、油庫爆炸、森林大火、人畜傷亡等。另一種是由雷電 引起的靜電感應和電磁感應產牛的感應雷擊和雷電波侵入，乂稱雷電的二次作用。它的

2、危害途徑一般經電源線、信號線、天饋線等進戶線引入室內，對電子設備產牛損毀，甚至引起火災和人員傷亡。一般來說，感應雷沒有直擊雷那么猛烈，也 不容易被人們覺察，但它發牛的幾率卻比直擊雷高得多。這是因為直擊雷只發牛 在雷云對地閃擊時才會對地面物體造成災害，而感應雷擊則不論雷云對地閃擊, 或者雷云對雷云之間閃擊，都可能發牛并造成災害。自從人類進入到電氣化時代以后，雷電的破壞由主要以直擊雷擊毀人和物為 主，發展到以通過金屬線傳輸雷電波破壞電氣設備為主。隨著近年來電子技術的 飛速發展，人類對電氣設備尤其是計算機設備的依賴越來越大；且電子元器件的 微型化、集成化程度越來越高，各類電子設備的耐過電壓能力下降，

3、遭雷電和過 電壓破壞的比例呈不斷上升的趨勢，對設備與網絡的安全運行造成嚴重威脅。據 統計，全世界每年因雷害造成的損失高達十億美元以上。因此要采取安全可靠、 技術先進、經濟合理的防雷措施。木設計方案是在建筑物地理位置及電源系統、計算機網絡系統所處雷擊環境等項目的基礎上，著手進行綜合防雷設計的。1防雷設計依據(1) gb50057-2010建筑物防雷設計規范(2) qx2-2000新一代天氣雷達站防雷技術規范(3) gb50174-93計算機房防雷設計規范(4) ga173-2002計算機信息系統防雷保安器(5) gb50054-2011低壓配電設計規范(6) jgj16-2008民用建筑電氣設計

4、規范(7) iec61643spd電源防雷器(8) iec61644spd通訊網絡防雷器(9) iec1312雷電電磁脈沖的防護(10) vde0675過電壓保護器2防雷設計構思2.1雷擊環境桂林市地處廣西北部，雷電活動頻繁，雷擊強度大，氣象資料統計表明：桂 林市年平均雷暴日為78天，雷暴日最高年份達100多天，屬雷暴多發區域。僅 桂林市城區每年因雷擊損壞計算機、衛星通信設備、監控系統、程控電話、電視 機等不勝枚舉，一次事故往往造成數萬元、數十萬元的直接經濟損失，間接經濟 損失則更大。隨著信息時代的到來，數據信息的安全已成為全社會關注的焦點, 因此，確保信息處理、傳輸、貯存設備的安全，日益受到

5、社會各界的普遍重視。本工程雷達樓位于桂林市城區，由塔樓和裙樓兩部分組成，塔樓高84m,鋼 筋混凝土結構。裙樓高18mo塔樓頂端將安裝世界先進的雷達系統，塔樓機房和 裙樓室內建有計算機網絡中心，負責收集、處理、貯存和傳輸信息。因此，本工 程的防雷必須采取完善的綜合防雷措施。2.2雷達樓年預計雷擊次數計算根據建筑物防雷設計規范(gb50057-2010)本工程年預計雷擊次數應按 下式來確定：n二kngae式中：n 建筑物年預計雷擊次數(次/年)k 校正系數，取1ng 建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度，次/ (km2.a)ng=0.024tdl.3td為年平均雷暴日數，桂林市取78 (d/a)ae

6、 與建筑物截收相同的雷擊次數的等效面積(km2),因為雷達樓高度小 于100m,所以：ae=lw+2(l+w)×h(200-h)l/2+πh(200-h)×10-6式中：l、w、h分別為建筑物的長(80m)、寬(50m)、高(84m)計算結果：n二0.4次/年2.3 土壤電阻率的計算土壤電阻率的計算公式為：ρ=2πa r式中：r為雷達樓現場實測電阻值，為4.4ω,a為測量吋四根接地樁的間距，為10m,將 a、r 的值代入公式得:ρ=276.32ω.m2.4

7、防雷區的劃分按照iec1312-1介紹，應將需要保護的空間劃分為不同的防雷區(lpz),以 確定各部分空間不同的lemp (雷閃電磁脈沖)的嚴重程度和相應的防護對策。(1) 直擊雷非防護區(lpzoa )：本區內的各物體都可能遭到直接雷擊， 因此各物體都可能導走大部雷電流。本區內的電磁場沒有衰減。(2) 直擊雷防護區(lpzob)：本區內的各物體不可能遭到雷擊，流經各導 體的電流，比lpzoa區減少，但本區的電磁場沒有衰減。(3) 防lemp沖擊區lpz1本區的各物體不可能遭到直接雷擊，流經各導體的電流比lpzob區進一步減 小，本區內的電磁場已經衰減，衰減程度取決于屏蔽措施。如果需要進一步減

8、小 所導引的電流和電磁場，就應再分岀后續防雷區，如防雷區lpz2等，應按照保 護對象的重要性及其承受浪涌的能力，作為選擇后續防雷區的條件，通常防雷區 劃分級數越多，電磁環境的參數就越低。2.5防雷對象雷達樓及其計算機網絡中心擔負著數據收集及傳輸任務，大樓現代化裝備的 安全意義極其重大。依照建筑物防雷設計規范(gb500572010)第3.0.3條第三款以及第九款 的規定，本工程確定為二類防雷建筑物。本次雷電防護的內容為雷達直擊雷防護、 均壓等電位連接措施、電源系統和通信線路建立相應的防雷設施，以保障設備正 常運行。2.6防雷原則首先采取疏導的辦法，讓雷電流盡量通過低阻抗導電通道流入人地，讓人地

9、 來接納和消耗雷電的能量，而不能讓雷電能量滯留在導電通道(天饋線、網絡傳 輸線和電源線路等)。其次采用堵截的辦法，安裝防雷電浪涌保護裝置，阻斷或削弱雷電對設備的沖擊, 同時提供新的泄放通道將雷電導入大地。最后考慮到導入大地的雷電流幅值大, 波頭陡度高，雷電流流過接地引下線和接地裝置時它們的電位驟升到上百千伏, 從而對其它設備、金屬物、接地線等因絕緣距離未達到安全要求而形成電位反擊, 造成人身和設備雷擊事故，因此必須作好等電位處理。3設計方案及說明3.1雷達樓防直擊雷工程設計(1)地網設計a. 本工程采用聯合接地網(即“三地合一”)。b. 接地極利用塔樓基礎構造柱鋼筋及裙樓基礎鋼筋，并用基礎圈梁

10、主鋼筋將 各接地極電焊連接成一個整體接地網。c. 在裙樓基礎圈梁平面下，用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼敷設3m×3m的人工接地網，并與基礎圈梁內的主鋼筋電焊連接。適當施加長效 防腐降阻劑。在裙樓基礎圈梁外側數處預留外引接地端子，以備作輔助接地之用。d塔樓接地網與兩邊裙樓接地網之間用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼各分 數處電焊連接。e在塔樓地下室配電豎井內及裙樓配電豎井內各安裝一個接地匯流排，以用 作其它等電位連接接地。f聯合接地網的接地電阻值必須小于1.0歐姆。3.2引下線設計建筑物防直擊雷引下線，塔樓引下線利用剪力墻內鋼筋，下部與基礎圈

11、梁地 網電焊連通，上部與安裝雷達的平臺圈梁電氣連通；裙樓引下線利用裙樓沿周構 造柱內兩根以上主鋼筋自下而上電焊連通，下部與基礎圈梁主鋼筋電焊連接，上 部與剪力墻上部水平圈梁主鋼筋電焊連接。(1)接閃器設計a. 雷達天線避雷針設計雷達天線防直擊雷保護，采用在圓型屋面邊緣安裝對稱均勻分布的4根避雷 針的措施。根據qx2-2000新一代天氣雷達站防雷技術規范第6.5條“在雷達 站建筑物設計施工時，宜提供在安裝雷達天線罩外安裝不少于二支間距相等的獨 立避雷針的條件，避雷針與雷達天線罩的水平距離不宜小于3m"o的規定，在安 裝雷達天線基座的平臺上，應提供安裝4支避雷針的條件。參照gb50057

12、-2010建筑物防雷設計規范第4.2.1條第五款對獨立避雷針 距被保護物距離的要求，并考慮到雷達天線應與雷達天線罩頂有一定的距離，擬 定4根避雷針保護范圍最低點距天線罩頂端的安全距離為2.0m,此吋保護范圍 最低點的高度h應為：h0=12m+2m+2m+lm=17m根據公式 h0 =hr2– (d3/2) 2 1/2+h–hr式中：d3為兩避雷針之間的水平距離；h避雷針的高度；hr滾球半徑，取30；計算可得:h=18.4m因此，設計避雷針的高度為18.5mo由于分布于周圍的避雷針距離雷達天線較近，為了減少對雷達正常工作的影 響，避雷針構造設計為：在雷達天

13、線仰角零度以下部分，應用150mm的不繡鋼 管作支撐，并與塔樓引下線可靠電氣連接；在雷達天線仰角零度以上部分，應用 高強度玻璃鋼管做支撐，內用50mm多股銅芯線作泄流線；避雷針尖用20mm 的紫銅棒制作，并與泄流線可靠電氣連接。b. 雷達樓塔樓接閃器設計塔樓利用天面層沿周的欄桿作避雷帶，欄桿根部電焊連接到頂層圈梁主鋼筋 上，連接點不少于每3m-個。c. 雷達樓裙樓接閃器設計裙樓利用12熱鍍鋅圓鋼制作接閃帶，沿女兒墻敷設，每3m與裙樓頂層圈 梁主鋼筋電焊連接，并用8的圓鋼做成8m×8m網格屏蔽網。上述接閃 帶、屏蔽網均與裙樓頂層現澆暗敷。d. 所有高出屋面的金屬物體，均應與樓

14、頂接閃帶電焊連接；高出屋面的非金 屬設施，需加裝獨立避雷針進行保護，就近與避雷帶電焊連通。(4) 均壓環設計雷達樓塔樓的第三層、第六層、第八一十五層圈梁須就近與引下線電焊連通。 在大樓每隔一層用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼暗敷在外墻內，作均壓環，外墻 上的所有窗口兩側應預留接地線，以便玻璃幕墻鋁合金框就近與均壓環連通。3.3防感應雷擊和防雷電波侵入工程設計為了防止雷電磁脈沖諧波從傳輸線路感應耦合侵入室內各類電子設備，必須在電源設備、網絡設備入口處安裝防浪涌避雷裝置(spd),以阻止雷電波 進入，使設備免遭雷擊。(1)防雷器的應用當今的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽和保

15、護四種方法。因此，對大 樓的防雷保護，首先應按照國家有關規范和規定，進行外部防雷裝置安裝、設備 接地、屏蔽、搭接處理。然后，采用相關的防雷器件，對設備進行保護。a.電源系統防雷設計雷達樓地處市區北部，這里地勢平坦，幾乎每年都有不同程度的雷擊災害事 故發生，是桂林市最頻繁的落雷區之一。因此，必須對該大樓的供電系統采取有 效防雷保護措施。雷達大樓供電應選用tn-s系統。從變壓器低壓端到雷達大樓的供電電纜直 接埋地敷設，埋地電纜長度不得小于35m。電纜金屬外皮、鋼管和金具等應一起 接入大樓等電位匯集排，特殊情況需獨立接地吋，其接地電阻不得大于1歐姆。對雷達大樓供電系統應安裝三級電涌保護器(spd),

16、以求對用電設備進行有 效防雷保護。在低壓電源總配電盤上安裝雷電通流量標稱值125ka的進口電涌保護器進 行第一級保護(10/350μs)；在雷達樓底層分配電盤上安裝雷電通流量標稱值60ka的進口電涌保護器進 行第二級保護(8/20μs)；在網絡中心機房ups的輸岀端安裝雷電通流量標稱值7ka的進口精密電涌 保護器(spd),作為最后一級保護，徹底濾除電源上的各種高頻雜波對主機的干 擾。雷達天線罩頂部的航空障礙燈、大樓裝飾用彩燈、輪廓燈等的供電線路均應 安裝電涌保護器。b.信號系統、天饋系統防雷設計雷達樓是一個綜合性大樓，除塔樓頂端安裝有雷達外，裙樓樓頂還安裝有多座衛星天線、vhf天線；室內的計算機通信傳輸等均是租用桂林市電信局的 電纜線路。因此，為避免或減少室內設備遭受雷電入侵，對所有進出人樓的信號 線、天饋線必須采取一到二級防感應雷保護措施。選擇信號、天饋電涌保護器, 其接口、傳輸速率、啟動電壓、特性阻抗、響應吋間、頻帶寬帶、插入損耗均應 符合系統要求。本設計選用進口系列信號避雷器。(2)接地處理接地是防雷技術最重要的環節之一