于 逍 遙

(常德市氣象局，湖南 常德　415000)

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防雷工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

于 逍 遙

(常德市氣象局，湖南 常德415000)

以枝江市氣象局防雷工程整改項(xiàng)目為例，根據(jù)枝江市雷暴和地閃資料，分析了項(xiàng)目所在地的雷電環(huán)境背景，并闡述了該項(xiàng)目直擊雷與雷電感應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)措施，旨在減少雷電災(zāi)害的發(fā)生。

防雷工程，直擊雷，雷電感應(yīng)，避雷帶

本文以枝江市氣象局防雷工程整改項(xiàng)目為依托，利用1960年—2010年枝江市雷暴資料和2009年2月～2011年11月地閃資料分析項(xiàng)目所在地的雷電環(huán)境背景，結(jié)合分析內(nèi)容給出了工程施工需要規(guī)避的時(shí)段。最終給出了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案參考案例。

1　雷電環(huán)境

1.1枝江市雷暴氣候特征

枝江市氣象臺(tái)為枝江市氣象局直屬業(yè)務(wù)科室，所處位置相

同，因此可采用枝江市氣象臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)。據(jù)枝江市氣象臺(tái)提供的1960年—2010年統(tǒng)計(jì)資料，繪得枝江市年雷暴日變化規(guī)律直方圖(見(jiàn)圖1)和枝江市平均月雷暴日直方圖(見(jiàn)圖2)。經(jīng)分析，枝江市的年平均雷暴日為38.9 d，最多的1973年達(dá)63 d，屬多雷區(qū)。雷暴的發(fā)生主要集中在3月份～9月份，枝江市出現(xiàn)最早的雷暴是在1月1日，最遲的是在12月31日。枝江市西面的長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣年平均雷暴日數(shù)為43 d，北面的宜昌市年平均雷暴日數(shù)為41.6 d。

1.2枝江市地閃特征分析

閃電監(jiān)測(cè)資料來(lái)源于湖北省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警公共服務(wù)系統(tǒng)，選擇枝江市作為數(shù)據(jù)提取區(qū)域，資料統(tǒng)計(jì)時(shí)段為2009年2月～2011年11月。據(jù)此資料繪得枝江市各月累計(jì)閃電次數(shù)直方圖(見(jiàn)圖3)和枝江市累計(jì)閃電次數(shù)日變化直方圖(見(jiàn)圖4)。據(jù)圖3可知枝江市每年的雷電活動(dòng)呈現(xiàn)單峰特性，6月，7月，8月份為閃電高發(fā)期，90%以上的閃電都發(fā)生在這3個(gè)月份，1月，10月，12月份基本沒(méi)有地閃發(fā)生。據(jù)圖4和相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可知枝江市閃電高發(fā)時(shí)段為14時(shí)～21時(shí)，79.9%以上的閃電都發(fā)生在這個(gè)時(shí)段。

綜合以上分析可知，雷電活動(dòng)隨季節(jié)和時(shí)段的不同有明顯變化。防雷工程實(shí)踐應(yīng)根據(jù)季節(jié)變化和日變化合理安排工程施工進(jìn)程，可將潛在雷擊危險(xiǎn)顯著降低，所以建議各類(lèi)靈敏設(shè)備的安裝、調(diào)試工作應(yīng)盡可能避開(kāi)6月，7月，8月份，建議特別是在8月份的14時(shí)～21時(shí)時(shí)段的雷雨天氣期間不安排室外高空以及平坦孤立地區(qū)的施工作業(yè)，作業(yè)人員不宜靠近外部鋼結(jié)構(gòu)，并設(shè)立防雷電警示牌。

2　防雷工程方案設(shè)計(jì)

2.1直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類(lèi)。各類(lèi)防雷建筑物應(yīng)設(shè)防直擊雷的外部防雷裝置，并應(yīng)采取防雷電波侵入的措施。枝江市氣象局辦公業(yè)務(wù)樓高3層，住宅樓1高5層，層高約3.5 m，屬一般建筑物，防雷分類(lèi)歸為第三類(lèi)，計(jì)算避雷針的保護(hù)范圍時(shí)，滾球半徑hr=60 m。氣象觀測(cè)場(chǎng)安裝有獨(dú)立避雷針一處，針高25 m，其保護(hù)范圍計(jì)算結(jié)果如表1所示，易知?dú)庀笥^測(cè)場(chǎng)在避雷針保護(hù)范圍之內(nèi),辦公業(yè)務(wù)樓和住宅樓1不在保護(hù)范圍之內(nèi)。

表1　避雷針保護(hù)范圍計(jì)算結(jié)果

另外，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)直擊雷防護(hù)安全隱患四處，解決方案如下：

1)辦公業(yè)務(wù)樓屋頂避雷帶部分銹蝕，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。建議先用砂紙打磨除銹，然后刷銀粉漆兩道，做防腐處理。

2)辦公業(yè)務(wù)樓屋脊北側(cè)和金屬爬梯上方避雷帶安裝不完整，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。建議在屋脊北側(cè)和金屬爬梯上方沿女兒墻布置避雷帶并與鄰近避雷帶可靠搭接以形成完整閉合回路。原避雷帶為圓鋼φ18 mm，新敷設(shè)避雷帶規(guī)格應(yīng)為鍍鋅圓鋼φ18 mm。避雷帶需先調(diào)直后安裝。避雷帶需就近利用結(jié)構(gòu)主筋做引下線，采用綁扎、螺紋連接或焊接。

3)辦公業(yè)務(wù)樓屋頂衛(wèi)星接收天線未做等電位連接處理，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。建議利用圓鋼將衛(wèi)星接收天線底座就近與避雷帶圓鋼搭接，圓鋼φ18 mm，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于110 mm。

4)住宅樓1屋頂避雷帶安裝不完整，東側(cè)未安裝，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。建議在住宅樓1屋頂東側(cè)布置避雷帶并和西側(cè)避雷帶可靠搭接以形成完整閉合回路。避雷帶需就近利用結(jié)構(gòu)主筋做引下線，采用綁扎、螺紋連接或焊接。

2.2雷電感應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)

需要保護(hù)的電子信息系統(tǒng)必須采取等電位連接與接地保護(hù)措施。雷電感應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)將建筑物的金屬支撐物、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)接地系統(tǒng)，并應(yīng)在需要之處預(yù)埋等電位連接板。枝江市氣象局辦公業(yè)務(wù)樓防雷分類(lèi)歸為三類(lèi)，但是建筑物內(nèi)尤其是三樓氣象臺(tái)機(jī)房所接設(shè)備承擔(dān)著國(guó)家氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)娜蝿?wù)，重要性高，也應(yīng)采取雷電感應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)。氣象臺(tái)機(jī)房地面由金屬活動(dòng)地板鋪設(shè)，有UPS電池箱一個(gè)，主機(jī)一臺(tái)，機(jī)柜一臺(tái)。

辦公業(yè)務(wù)樓氣象臺(tái)機(jī)房金屬活動(dòng)地板下方線路凌亂，建議理順線路并用PVC管穿管敷設(shè)?？紤]到機(jī)房后期還將添加其他較大的電子信息系統(tǒng)，建議采用M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，使用截面面積不小于50 mm2銅帶在防靜電活動(dòng)地板下構(gòu)成銅帶接地網(wǎng)格，氣象臺(tái)機(jī)房UPS電池箱、主機(jī)和機(jī)柜的金屬外殼均應(yīng)采用截面面積不小于35 mm2的絕緣銅芯導(dǎo)線穿管以最短的距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)的接地端子連接。等電位連接網(wǎng)絡(luò)的連接宜采用焊接、熔接或壓接。連接導(dǎo)體與等電位接地端子板之間應(yīng)采用螺栓連接，連接處應(yīng)進(jìn)行搪錫處理。除此以外，建議在機(jī)柜交換機(jī)前端安裝網(wǎng)絡(luò)信號(hào)避雷器一臺(tái)。

辦公業(yè)務(wù)樓有電源控制箱一處。由于雷擊的能量是非常大的，需要通過(guò)分級(jí)泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級(jí)SPD可以對(duì)于直接雷擊電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放，第二級(jí)SPD是針對(duì)前級(jí)防雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備。第一級(jí)SPD裝在從低壓配電室出來(lái)的第一個(gè)箱子里，也就是總配電箱，第二級(jí)SPD裝在總配電箱里分出去的各個(gè)分箱中。低壓電源SPD一般裝在第二級(jí)。辦公業(yè)務(wù)樓為老房子，所以若采用現(xiàn)在的配電方式和要求，需在辦公業(yè)務(wù)樓一樓選取合理位置敷設(shè)總配電箱，并加裝第一級(jí)SPD對(duì)潛在的直接雷擊電流進(jìn)行泄放。各級(jí)SPD要安裝在被保護(hù)設(shè)備電源線路的前端，SPD各接線端應(yīng)分別與配電箱內(nèi)線路的同名端相線連接。各級(jí)SPD連接導(dǎo)線應(yīng)平直，其長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5 m。配電箱接地端子板應(yīng)與所處防雷區(qū)的等

1009-6825(2016)25-0136-03

2016-06-26

于逍遙(1989- )，男，助理工程師

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