顏 妍程曉東

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 2開封新楓華置業(yè)有限公司（475000）

水泥廠建筑物的防雷應(yīng)用

顏 妍1程曉東2

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 2開封新楓華置業(yè)有限公司（475000）

在水泥廠建筑物中，雷電防護(hù)的設(shè)計(jì)是必不可少的；按照雷擊效應(yīng)及其危害后果，建筑物的防雷應(yīng)考慮防直擊雷等外部防雷措施及防止雷擊電磁脈沖對(duì)信息設(shè)備的干擾等內(nèi)部防雷措施。

建筑物；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)；引下線；避雷帶

0 概述

根據(jù)建筑物的重要性、雷擊后果的嚴(yán)重性以及遭受雷擊概率等因數(shù)綜合考慮，我國(guó)防雷標(biāo)準(zhǔn)將建筑物劃分為三類不同的防雷類別：1＞年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)0.3≥N≥0.06的一般性民用建筑物，如住宅、辦公樓；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N≥0.06的一般性工業(yè)建筑物；高度在15 m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。水泥廠建筑物大部分為三類防雷。

接閃器：避雷網(wǎng)和避雷帶優(yōu)先采用圓鋼。

引下線：明裝引下線優(yōu)先采用圓鋼。引下線應(yīng)沿建筑物外墻敷設(shè)，并經(jīng)最短路徑接地。金屬構(gòu)件如消防梯、鋼柱等可作為引下線，但其各部件之間均應(yīng)連成電氣通路。采用多根引下線時(shí)，為了便于測(cè)量接地電阻以及檢查引下線的連接狀況，宜在各引下線距地面0.3～1.8 m設(shè)置斷接卡。

接地裝置：垂直埋設(shè)的人工接地體優(yōu)先采用角鋼，水平埋設(shè)的人工接地體優(yōu)先采用扁鋼。人工垂直接地體的長(zhǎng)度一般采用2.5 m。為減小相鄰接地體的屏蔽效應(yīng)，人工垂直接地體及水平接地體間的距離一般為5 m。人工接地體的埋深不應(yīng)小于0.5 m。為降低跨步電壓，防直擊雷的人工接地裝置距建筑物出入口及人行道不應(yīng)小于3 m。

1 過電壓保護(hù)

在工程建設(shè)的初期階段還不明確電子系統(tǒng)具體位置的情況下，只需要花少量的工作及費(fèi)用即能滿足防雷擊電磁脈沖的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將建筑物的金屬框架、鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋、金屬管道等自然屏蔽體作好等電位聯(lián)結(jié)，并與電氣設(shè)備保護(hù)接地系統(tǒng)、建筑物防雷裝置相連通，組成共用接地系統(tǒng)。并應(yīng)在一些合適的地方預(yù)埋等電位聯(lián)結(jié)板，以供將來設(shè)置和完善防雷措施之用。

為降低閃電電磁脈沖對(duì)電子系統(tǒng)的感應(yīng)干擾，宜采用以下基本措施：對(duì)建筑物和房間根據(jù)不同防雷區(qū)(LPZ)的電磁環(huán)境要求在其外部設(shè)置屏蔽措施，以合適的路徑敷設(shè)線路及線路屏蔽措施，建筑物及系統(tǒng)內(nèi)部等電位聯(lián)結(jié)及接地措施，裝設(shè)電涌保護(hù)器（SPD）以限制過電壓等。

在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用或相連的情況下，應(yīng)在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設(shè)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)取等于或大于12.5 kV。

2 SPD的分類

電壓開關(guān)型：當(dāng)無電涌時(shí)，SPD呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電涌電壓達(dá)到一定值時(shí)，SPD突然變?yōu)榈妥杩埂?/p>

限壓型：當(dāng)無電涌時(shí)，SPD呈高阻狀態(tài)；隨著電涌電壓和電流的升高，其阻抗持續(xù)下降，呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)。

混合型：將電壓開關(guān)型元件和限壓型元件組合在一起的一種SPD。

在建筑物進(jìn)線處或其他防雷區(qū)界面處的最大電涌電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)及設(shè)備的絕緣水平相配合，因此SPD的電壓保護(hù)水平Up加上其兩端引線的感應(yīng)電壓之和，應(yīng)小于所在系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣耐沖擊電壓值，不宜大于被保護(hù)設(shè)備耐壓水平的80%。

SPD必須能承受預(yù)期通過它們的電涌電流，并有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。

SPD的最大持續(xù)工作電壓Uc應(yīng)不低于系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大持續(xù)運(yùn)行電壓，此時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)最大電壓偏差值及短時(shí)過電壓。對(duì)于220/380 V三相系統(tǒng)中的SPD，其最大持續(xù)工作電壓Uc應(yīng)符合《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》的規(guī)定。

SPD的性能退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的短路故障，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，因此應(yīng)在SPD前裝設(shè)過流保護(hù)器F。

通過SPD的正常泄露電流要小，且不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 實(shí)際應(yīng)用舉例

3.1 某廠內(nèi)一篩分車間，長(zhǎng)L=22 m，寬W=6.7 m，高H=15.34 m，要求做防雷設(shè)計(jì)

首先，按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第783頁(yè)的公式

N=k×Ng×Ae=k×0.1×Td×Ae

Ae=[L×W+2×(L+W)×√H×(200-H)+3.14×H× (200-H)×10-6]

其中：N為建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

k為校正系數(shù),一般情況為1。位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物以及特別潮濕的建筑物取1.5,金屬屋面沒有接地的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7，位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2。

Ng為建筑物所在處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/km2/a)，Ng=0.1×Td

Td為年平均雷暴日，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定（d/a)。

Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2)

根據(jù)建筑物長(zhǎng)寬高代入公式得到Ae=0.012，因?yàn)樵搹S靠近湖北省黃石市，按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版續(xù)表16-33中查得Td=50.4。結(jié)合廠址位置k取1，代入公式得到N=0.061＞0.06?？芍Y分車間按三類防雷規(guī)范設(shè)計(jì)。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第789頁(yè)的防雷措施可知，頂層平面敷設(shè)一圈避雷帶（Φ12圓鋼），因?yàn)橐戮€的平均間距不大于25 m,則應(yīng)敷設(shè)3根引下線（Φ12圓鋼），接地電阻不應(yīng)大于30 Ω。

3.2 濮陽(yáng)市一某廠內(nèi)辦公樓，長(zhǎng)L=34.8 m，寬W= 7.3 m，高H=11.1 m，要求做防雷設(shè)計(jì)

首先，按照上例中的公式，得到Ae=0.011。按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版續(xù)表16-33中查得Td=26.6，結(jié)合廠址位置k取1.5，代入公式得到N=0.043＜0.06。可知，此辦公樓不需要防雷設(shè)計(jì)。

3 補(bǔ)充說明

對(duì)于高度超過60 m的建筑物應(yīng)采取防側(cè)擊和等電位的保護(hù)措施，即從60 m起，每隔不大于6 m沿建筑物四周敷設(shè)水平避雷帶（均壓環(huán)）并與引下線相連，并應(yīng)將60 m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置相連。

對(duì)于避雷針的保護(hù)范圍，《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第798頁(yè)有詳細(xì)的說明。布置接閃器時(shí)，應(yīng)采用滾球法對(duì)避雷針進(jìn)行保護(hù)范圍計(jì)算。滾球法是以hr為半徑的一個(gè)球體,沿需要防直擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器或接閃器和地面，而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)或者避雷網(wǎng)的網(wǎng)格不大于相應(yīng)的尺寸時(shí)，則該部分就得到接閃器的保護(hù)。對(duì)于三類防雷建筑物hr=60 m，避雷網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸為20 m×20 m或24 m×16 m。

防雷裝置的設(shè)計(jì)耐雷水平，是綜合考慮雷擊概率、損失后果及經(jīng)濟(jì)性的結(jié)果，因此防雷安全度不是100%的。防雷裝置的設(shè)計(jì)耐雷水平與確定的雷電流參數(shù)有關(guān)。

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

[2]GB 50054—2011,低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].