林場望火樓防雷設計探討

杜康云++石先躍

摘 要：用于消防防火的林場望火樓，大多數處于林場山區的最高處。望火樓均設有通訊塔，光伏發電、音頻報警、無線傳輸等弱電系統。辦公房防雷設施均不完善。人員傷亡及設備損壞的雷擊事故經常發生。林場望火樓的防雷必須從實際出發，從直接擊雷的防護、雷電感應的防護、雷電波侵入的防護等各方面考慮，因地制宜的設計綜合的防雷方案。

關鍵詞：望火樓；防雷；方案

0 引言

河北省最北部的圍場滿族蒙古族自治縣龍頭山山頂，是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形，海拔1680米，年平均雷暴日50天，屬于多雷暴地區。山頂上一座孤零零的二層小樓就是用于森林防火的吉字望火樓。2013年6月16日13時左右，望火樓遭受雷擊，直擊雷擊中望火樓，樓內人員從床上被掀到地下，一人員受輕傷。太陽能轉換控制器、逆變器等設備均被擊壞，損失近百萬元。由于望火樓都設在林場的制高點，到了防火期，瞭望員又必須24小時值守。望火樓內設有設備機房、太陽能板、擴音喇叭等電子設備。為防止或減少雷擊所發生的人身傷亡、財產損失及雷擊電磁脈沖引發的電氣和電子系統損壞或錯誤運行，望火樓的雷電防護至關重要。因此本文就林場望火樓的防雷設計作一探討。

1 雷擊分析

圍場吉字望火樓現有防雷設施如下：設備機房所在屋頂設有一防直接雷擊的避雷針，針高7m.。避雷針引下線沿外墻就近入地。避雷針接地體的工頻接地電阻實測8.3Ω。機房內設備有太陽能控制器、蓄電池組、逆變器、音頻控制設備、無線通訊設備等。所有設備金屬外殼均未接地。在逆變器前端安裝了一組48v直流浪涌保護器。流浪涌保護器接地線長近5m，工頻接地電阻實測10.4Ω。進出機房的線纜有電源線、信號線、控制線、音頻線、網線等，均從墻體裸露敷設。離望火樓40m遠有一鐵塔。鐵塔的高度15m。信號線、控制線、音頻線、網線等均從鐵塔引入設備機房。

雷擊分析如下：由于雷擊發生后未及時向當地氣象部門報告災情，沒能第一時間勘察現場，受損設備大部分已經拆除，剩磁儀器等也無法檢測。僅從遭受雷擊的情況看，能將在屋內的人員雷擊掀翻到地上而受傷，可見此次雷擊的強度較大，因此遭受的雷擊應為直接雷擊。雖然屋頂安裝了避雷針，但由于接地體離房間的間距不夠，以及房間的金屬窗戶未做等電位連接，強大的雷電流擊中避雷針或屋頂產生的旁側閃絡造成人員受傷。原因其二可能是機架、設備金屬外等均未接地，在泄流過程中由于雷電流迅速變化在其周圍空間產生瞬變的強電磁場，使機房內的金屬導線、設備感應出很高的電動勢，產生閃電電磁感應將設備擊壞。在逆變器前端雖然安裝了一組浪涌保護器，但可能是雷電瞬間電流超過SPD設計能力，以及SPD接地線過程，導致有效電壓保護水平Up/f高于設備的耐沖擊電壓額定值Uw，從而未能起到有效的保護作用。

2 望火樓綜合防雷

2.1 直接擊雷的防護

望火樓本身處于制高點上，外部防雷措施必不可少。但就是否采用避雷針作為接閃器有待商榷。大家知道，建筑物如果安裝了接閃器但是沒有接地或者接地效果不好的話，在接閃時反倒會對建筑物或其中的人員造成更大的損害，相比沒有安裝接閃器的建筑物反倒更加不安全，避雷針也變為了“引雷針”。就上述望火樓，避雷針所設位置正好位于設備機房頂，避雷針引下線距機房設備較近，按滾球法計算此避雷針的保護范圍不能完成覆蓋辦公用房，這樣勢必還需增加避雷針的高度。所以建議現做如下整改：將屋頂避雷針去掉，以減少引雷幾率；沿屋頂周邊增設避雷帶且焊接成閉合環路；在房屋四角敷設4根專用防雷引下線；接地體改為環形共用接地體；通訊鐵塔已是一個天然的獨立避雷針，室外的太陽能板如在它的保護范圍內，可以不再另行加設接閃器；如果不在它的保護范圍內可在太陽能板四周加設避雷短針加以保護。

2.2 雷電感應的防護

防雷電感應的接地裝置必須與外部防雷裝置共地，共用接地阻值要求≤4Ω；機房設備盡量遠離外墻引下線；用-4×40mm鍍鋅扁鋼從雷電感應的接地裝置引入機房等電位端子；用4平方多股銅線以最短距離將機房設備金屬外殼、配電箱、機架等作等電位連接。兩處太陽能板所有金屬框架必須做好接地，接地電阻要求≤10Ω。屋頂煙囪等金屬構件與屋頂避雷帶焊接；房屋所有鋁合金窗戶及金屬護欄等與接地裝置連接。

2.3 雷電波侵入的防護

為防止雷擊電磁脈沖產生的過電壓及過電流經入戶線路侵入損壞室內的光伏設備，對光伏發電系統的線纜應加裝多級浪涌保護器（SPD）。兩套太陽能電池方陣經匯流后各有一組直流48V和12V線路入戶分別進入各自的光伏控制器，通過逆變后供負載用電的有4路輸出線出戶，分別是2路視頻監控用電，1路無線網橋用電，1路擴音喇叭用電。分別在光伏板側的匯流箱內安裝1組直流電源SPD，在兩路直流輸入端光伏控制器側直流柜內分別安裝1組光伏直流專用SPD，在交流輸出端分別安裝1組交流SPD。

視頻線、信號線、云臺控制線、報警信號線傳輸距離長，耐壓水平低，極易感應雷電流而損壞設備。為了將雷電流從信號傳輸線傳導入地，信號過電壓保護器須快速響應，在設計信號傳輸線的保護時必須考慮信號的傳輸速率、信號電平，啟動電壓以及雷電通量等參數。視頻線前端和終端應加裝阻抗75Ω的SPD；音頻線、云臺控制線、報警信號線前端和終端根據設備要求應加裝工作電壓12V或24V的SPD。用于無線網通訊的網線兩端分別安裝1組信號SPD，無線網橋供電線路輸出終端安裝1組直流SPD。所有SPD必須按規范要求安裝，連接導線應短直，其長度不宜超過0.5m，并固定牢靠，接地端應以最短距離與等電位端子板連接。

3 結束語

本文雖然只對一處望火樓遭受雷擊損害的事例作了初步的分析探討，但它們都有很大的共性。望火樓處于一個特殊的場所，發生雷電災害的頻率較高。雷擊不但使電子電器設備極易造成損壞，人員傷亡的事件也時有發生。防雷保護是一個系統工程，最好是在設計施工之前，就要考慮到所處的地理環境，綜合考慮，全方位防護，設計合適的防雷方案，才能起到良好的防護效果。

參考文獻：

[1]建筑物防雷設計規范[S].GB 50057-2010.

[2]建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].GB50343—2012.endprint