淺談興凱湖濕地研究中心綜合雷電防護

王　磊(雞西市防雷中心,黑龍江雞西158100)

?

淺談興凱湖濕地研究中心綜合雷電防護

王磊
(雞西市防雷中心,黑龍江雞西158100)

1　引言

雞西市興凱湖濕地研究中心位于密山市興凱湖畔，座落于興凱湖的湖崗上，該中心由兩棟二、三層木結構建筑、一棟二層磚石砼結構的別墅及一棟一層新建建筑物組成。建筑物周圍土壤電阻率＞3000 Ω/m，建筑物臨近大小興凱湖，四周沒有高大的建筑物，地勢平坦，屬雷擊高概率區。按照《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）的規定，屬于二類防雷環境。依據國際電工委員會IEC標準、中國GB標準與部委頒發的設計規范的要求，建筑物內的計算機、衛星線纜、有線電視、程控機房等弱電設備都必須有完整完善之防浪涌保護措施，保證該系統能正常運作。這包括電源供電系統、不間斷供電系統，電腦網絡、衛星通信設備等裝置，均應有SPD防護裝置保護。中心的建筑物為木結構且又緊鄰湖畔，安裝避雷帶難度太大又破壞了建筑物的整體美觀，在考慮建筑物直擊雷的防護方面選擇了提前放電避雷針，既能有效的大幅度降低避雷針的高度、又能提高攔截雷電效率。

建筑物所用的電源線和信號線全部為架空線路入室。電源線為三相TN—C制，信號線有有線電視傳輸線、電話線、網線和衛星饋線。

1.1防雷設施情況

雞西市興凱湖濕地研究中心的建筑沒有任何防雷設施。天面上沒有設置避雷帶，天面上的排風管和爬梯沒做接地和等電位處理，天面上有一旗桿且只有一根￠8的引下線，建筑物內的所有設備均沒有良好的接地。電源線和信號線均為架空入室，在建筑物內沒有保護接地系統，所有入室的電源、信號線路均沒有加裝任何防雷裝置。

濕地研究中心的A、B兩棟別墅，座落于主建筑物西側，天面也沒有設置避雷針（帶），且天面上有太陽能熱水器。別墅內的所有設備也沒有保護的接地，電源線和信號線均為架空入室，所有入室的電源、信號線均沒有加裝防雷裝置。

1.2歷史遭受雷擊情況

自2000年以來，濕地研究中心所處的位置，每個雷雨季節都不同程度的遭受到雷擊。2004年距該院東側的市廣播局培訓中心曾有一人被擊身亡，據反映只要天空有CB云，附近建筑物內的設備就會出現放電打火現象。并直接對人員和設備造成嚴重的威脅。每年雷雨季節都會因雷擊造成不同程度的設備損壞。雷擊主要通道來自室外的架空線路。

2　設計依據

國際電工委員會標準IEC1024-1：1900；建筑物防雷技術規范（GB50057-2010）；電子設備雷擊保護導則（GB7458 -87）；電子設備雷擊試驗導則（GB3483-83）；通信工程電源系統防雷技術規定（YD5078-98）；建筑物信息系統防雷設計規范（GB50343-20004）；通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范（YD5098-2001）；雷電電磁脈沖的防護（IEC 61312-3）

3　防雷設計內容

3.1建筑物的直擊雷防護

濕地研究中心的四個建筑物分別安裝32 m、22 m二支杜爾-梅森（法國）避雷針，該避雷針為提前放電式，具有超強的攔截雷電能力、攔截范圍大、抗風能力強、耐腐蝕、免維護的優點，有效的保護建筑物免遭雷擊。由于中心區域的土壤電阻率＞3000 Ω/m，所以在避雷針附近要改良土壤，辦法是使用復合降阻劑，使得接地阻值降至規范的要求。

3.2建筑物的配電系統的防雷

IEC（國際電工委員會）和GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》定義了防雷的保護分區，根據保護分區的不同要求，需要在每個分區的交界處安裝相應的電器（SPD），即第一級為B級防雷器(SPD)，第二級為C級防雷器(SPD)，第三級為D級防雷器(SPD)。其工作原理為利用分級的防雷器(SPD)層層泄放電感應的能量，逐漸減低浪涌電壓，從而保護用戶終端設備。

(1)在建筑物的低壓配電房（柜）總配電處加裝電源第一級保護裝置（SPD），其浪涌保護器的波形為10/350 μs最大通流量≥80 kA，作為建筑物供配電系統第一級防護。（共八組）

(2)在建筑物的樓層配電箱處分別安裝電源系統第二級保護裝置，其浪涌保護器波形為8/20 μs，最大通流量≥40 kA，作為電源系統的第二級防護（共35組）

(3)在建筑物的樓層配電箱處分別安裝電源系統第三級保護裝置，其浪涌保護器波形為8/20 μs，最大通流量≥20 kA，作為電源系統的第三級防護（共45組）。

3.3有線電視的防雷

CCTV的電源線、信號傳輸線或進入監控室的金屬管線遇到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線侵入設備，造成電位差使設備損壞。雷電感應：當雷擊避雷針時，在引下線周圍會產生很強的瞬變電磁場,處在電磁場中傳輸線路會感應出較大的電動勢,這現象叫電磁感應。當有帶電的雷云出現時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷。這種感應電荷在低壓架空線路上可達100 kv，信號線路上可達40－60 kv,這種現象叫靜電感應。電磁感應和靜電感應稱為感應雷，又叫二次雷。它對設備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它要比直擊雷發生的機率大得多。因此，在按照GB 50198-1994《民用閉路監控電視系統工程技術規范》做好布線施工等工作還必須對前端設備的連線接口處加裝相應的電涌保護器（SPD）。

3.4程控電話的防護

架空入室的程控電話線路極易遭受感應雷擊或直擊雷擊，為使程控電話線路免遭雷擊，應在線路入室端加裝一組浪涌保護器，并且就近與接地體連接，其接地電阻應＜4 Ω。

3.5衛星、網線的防護

衛星的線纜和網線在雷擊環境惡劣的情況下極易遭受感應雷擊或直擊雷擊，為了避免設備的損壞和人員的安全，應在所有線路入室端加裝一組匹配的浪涌保護器，并且就近與接地體連接，其接地電阻應＜4 Ω。

3.6接地體

接地系統是所有防護的最關鍵的部位，沒有良好的接地裝置一切防護都等于虛設。因此設計中考慮周圍環境的特殊因素，無法改造接地土壤性質，只能采用相對較高的接地電阻模塊和降阻劑相結合的方法達到接地電阻＜4Ω的技術要求。

本設計按照國標GB50057—2010二類防護標準(圖1)。保護效率達99.6%，對直徑＜5 m的球型雷無防護能力。

圖1　雷電防護示意圖

4　小結

雞西市興凱湖濕地研究中心自身沒有完善的防雷設施，通過分析，類似情況應注意以下幾個方面：

（1）接閃器采用避雷針、避雷帶（網），或兩者混合的方式，還宜利用建筑物的金屬屋面作為接閃器，但應符合規范要求。不應采用裝有放射性物質的接閃器。其他形式的消雷器，只宜用于屋面上架設有高桿鐵塔的建筑物上。屋面上的突出物，如衛星和共用天線接收裝置、節日彩燈、航空障礙燈和屋面風冷機組等，應在防雷裝置保護范圍內，若按滾球法計算不在保護范圍內時，應另設避雷針、帶加以保護，并與屋面防雷裝置相連。

（2）引下線應優先利用建筑物鋼筋混凝土柱或剪力墻中的主鋼筋，還宜利用建筑物的消防梯、鋼柱、金屬煙囪等作為引下線。當利用鋼筋混凝土柱中的鋼筋、鋼柱作為自然引下線，并同時采用基礎鋼筋作為接地裝置時，不設斷接卡，但應在室外適當地點設若干與柱內鋼筋相連的連接板，供測量、外接人工接地體和作等電位連接用。

(3)被保護建筑物內的金屬物接地，是防雷電感應的主要措施。因此，建筑物內的設備外殼、管道、構架等主要金屬物，應就近接到防雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上。

(4)平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮的長金屬物，其凈距小于100 mm時應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30 m；交叉凈距小于100 mm時，其交叉處亦應跨接。

(5)低壓線路宜全線采用電纜直接埋地引入，在入戶端將電纜金屬外皮或保護鋼管接到防雷接地裝置上；若為架空線應換接50 m電纜進戶，線纜換接處應裝設避雷器，并將其與電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等連在一起，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。若采用架空線引入時，引入處應裝設避雷器。

(6)架空和埋地的金屬管道，應在進出建筑物處與防雷接地裝置相連。固定在建筑物上的節日彩燈、航空障礙燈及其他用電設備的線路，應根據建筑物的重要性采取相應的防雷電波侵入的措施：無金屬外殼或保護網罩的用電設備應在接閃器的保護范圍內；從配電箱引出的線路應穿鋼管。鋼管的一端與配電箱金屬外殼相連；另一端與用電設備的金屬外殼、保護罩相連，并就近與屋頂防雷裝置相連。鋼管中間斷開時應設跨接線。

作者簡介：王磊（1977-），男，黑龍江省雞西市人，黑龍江省教育學院，本科生，助理工程師.

收稿日期：2016－1－1

文章編號：1002－252X(2016)01－0035－03