庫區防雷技術與措施

張春哲，周國剛

(1.遼寧省水利水電科學研究院，沈陽110003，2.遼寧省江河流域管理局，沈陽 110003)

1 庫區防雷的必要性

隨著信息技術的迅猛發展，計算機等微電子設備大量參與水庫的數據采集及日常管理，由于其靈敏度高、耐壓低，很易受雷電電磁脈沖干擾。如果防雷系統有缺陷，接閃裝置接閃后，建筑物內的微電子設備必然會受到影響，輕者可導致有關設備的誤動作，重者會造成硬件的永久性損壞，以致通訊中斷等嚴重后果。庫區防雷是一個系統工程，必須綜合考慮，將外部防雷措施和內部防雷措施作為整體統一考慮。

2 庫區建筑物防雷的特點

庫區的建筑物一般包括管理房、大壩、溢洪道、輸水洞、啟閉室等，主要防雷建筑物指有機電設備、自動化系統和人活動的地方。管理房、啟閉室、閘室、電站是主要的防雷對象。大壩、溢洪道、輸水洞由于跟大地直接接觸，另外，這些建筑遭受雷擊后損害并不明顯，在庫區防雷時可以不做直接考慮。

我國的大、中、小型水庫分布不均，環境條件也不盡相同，建議有條件的水庫首先在大壩兩端的山頂上建設避雷塔，建設中關鍵是對兩座塔都要按標準要求做良好的接地連接，使兩座塔能起到良好的引雷避雷的作用，使庫區大部分都在兩座塔的保護之下，并將兩座塔的良好接地用引下線一直引到相關需要防雷建筑物的接地裝置上，使整個地區形成一個統一的防雷帶。并在低處的建筑物接地裝置的引下線上加裝防止電流反向沖擊的設備，以免由于山上山下形成點位差時對下面建筑物及里面的設備造成損害。在整個防雷系統中重要的就是良好的接地，沒有良好的接地一切避雷設施都有可能將“引雷入室”，給人的生命及國家財產造成不可估量的損失。

3 防雷分區的定義及綜合防雷系統的組成

在國際標準IEC 62305—4(GB/T 21714.3)［1］中規定的防雷方案的基礎原理是:在電涌達到終端設備并對其造成損壞之前將電涌逐級降低到安全的電平。基于這個原則，建筑物的整個電源線路被分為多個避雷區(LPZ=Lightning Protection Zone)，在由一個區進入另一個區的各個過渡位置安裝用于實現電平平衡的電涌保護器，即根據相應必要的規定等級加以劃分。這種方案的主要優點:通過直接的線路在建筑物的入口處將能量巨大和危險的雷擊電流釋放掉進入到其它線路系統的耦合量減少到最小。可以避免由于磁場帶來的故障。可經濟、合理地為新建、擴建和改建建筑規劃出具有針對性的保護方案。

由外至內，防雷分區被定義如下:

1)LPZOA:在建筑物外部，不受外部保護裝置保護的區域。可能遭受直擊雷，對雷電電磁脈沖沒有任何屏蔽防護。

2)LPZOB:在建筑物外部受外部防雷裝置保護的區域。對雷電電磁脈沖沒有任何屏蔽防護。

3)LPZO1:建筑物內部區域。有小部分雷電能量進入的可能性。

4)LPZO2:建筑物內部區域。有低的浪涌過電壓進入的可能性。

5)LPZO3:建筑物(也可能是設備的金屬外殼)內部區域。沒有雷電電磁脈沖產生的干擾，也沒有浪涌過電壓。

防雷分區理論的必要條件是正確安裝的等電位連接系統，然后在各分區之間安裝防雷器作為補充，因而對于防雷來說，建立等電位連接系統同樣重要。在水庫范圍內，多是雷電頻發地區，然而，由于周圍山體巖石比較多，接地體的制作比較困難，比較好的方法是在建庫初期，修建大壩時就把接地體從大壩下引出來，對已建成的水庫來說，尤其是山區的水庫，就得根據規范中深挖洞，加降阻劑等方法安裝接地極使接地電阻達到相應的要求，并且讓各接地設備等電位連接，這樣才能保證整個系統免于或部分免于雷電的破壞。一般分散的接地的電阻值可大一些，例如取4 Ω。若采用統一接地，則接地電阻值必須＜1 Ω。防雷是一個重要的系統工程，單一的防雷措施只能局部片面地減少雷電的損害，建筑物的綜合防雷系統涵蓋了建筑物內外部兩個方面，外部防雷措施以接閃器、引下線及接地裝置為主，內部防雷措施則以屏蔽隔離帶(層)、等電位連接 和安裝各級浪涌保護器為主，詳細系統結構圖見圖1。

4 庫區防雷措施

雷對建筑物的危害作用主要通過兩種方式:

1)直擊雷的作用。

2)感應雷的作用。

在防雷避雷措施中要明確一個概念就是所謂防雷、避雷其實是將直接雷引開，將感應雷屏蔽掉，實際上就是將雷引導至不受其破壞或受其損害比較小的地方，以達到保護重點建筑和設備，減少雷電造成的損害的作用。實踐中除了按照防雷分區進行整體的布局外，更應當多注重細節:

圖1 綜合防雷系統框圖

1)在水庫的防雷體系中，尤其重要的是對接地體的制作，沒有一個好的接地裝置，其它的方法都是空談。

2)除去建筑物本身必須的防雷措施外，還應注意進入建筑物的各種線路及金屬管道宜采用全線埋地引入，并在入口端將電纜的金屬外皮、鋼管及金屬管道與接地裝置連接。

3)受保護的設備一定要遠離引雷體，如果受保護裝置完全暴露在雷電的范圍里，接地效果還不明顯，可以試一試將設備架空(至少要2～3 m以上)，下面用絕緣的支架安裝牢固，這樣一來是設備本身成為了“絕緣體”，雷電在設備與大地之間沒有回路可走，無處釋放電荷也就避免了雷擊的發生。

4)在一些通訊設備、采集設備的線路板上，為了防止包括雷電所產生的電磁脈沖，采用了光電隔離裝置，可有效地保護重要的電路，最大的損失就是換一個光電耦合器，即經濟又方便。

總之，避雷防雷的目的就是要把雷引走，讓雷電遠離需要保護的設備，在水利水電自動化系統中，要在建設初期就設計好全面有效的防雷措施，才能使自動化系統在水庫的運行管理中發揮更大的效益。

［1］中國建筑標準設計研究院.國家建筑標準設計圖集D501—1～4 防雷與接地安裝:2003年合訂本［M］.北京:中國計劃出版社，2003.