弱電系統防雷分析與設計

程敏

（湖北省蘄春縣氣象局 湖北黃岡 435300）

1 前言

雷電發生在因強對流而形成的雷雨云中，是一種云地之間強烈瞬間放電現象。目前我國雷電發生的頻率特征是：陸地多于海洋，夏季多于春秋季。雷電產生的電壓可高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培[1～2]。因此，一次雷電發生的時間雖然非常短，但其卻能釋放出威力巨大的能量。雷擊分為直接雷擊和感應雷擊兩類。直接雷擊聲光并發，電閃雷鳴，它是直接擊在大地、建筑物、防雷裝置或其它物體上，產生顯著的電效應、熱效應和機械力，造成被擊中物體的破壞和傷亡，尤其對建筑物、輸電線、人、畜等影響巨大。而感應雷擊則不能被人直觀察覺，但后果嚴重，它是由于雷雨云放電時的電磁感應作用或靜電感應，使建筑物上的金屬物件，如管道、鋼筋、電線等感應出與雷雨云電荷相反的電荷，造成金屬部件間的放電現象，其主要通過電源線、信號線、天饋線或地電位反擊等方式進入室內造成用電設備的損壞或工作人員的傷亡[3]。本文對雷電產生破壞的原理和造成危害的主要途徑進行了分析。結合當地氣候、地形、環境和弱電系統防雷現狀等多種因素對蘄春縣水利大樓做了一個完整的防雷設計，給出了最佳的設計方案。

2 弱電系統防雷設計現狀

2.1 弱電系統防雷設計的重要意義

隨著城市化的發展，高層建筑和電器設備的增多，弱電系統往往受到能量巨大的雷電侵襲時損失巨大，所以弱電系統防雷受到越來越多的關注[4]。特別是蘄春地區雷雨頻繁，且蘄春縣水利大樓四周空曠，地勢相對較高，進戶電源、信號線路未做任何屏蔽、接地措施，所以很容易造成網絡系統、消防系統、監控系統等遭受雷擊損壞，蘄春縣水利大樓每年都會因為雷擊事故造成一些損失，所以對弱電系統做好防雷設計有非常重要的意義。

2.2 弱電系統的設計要點

2.2.1 直擊雷的防護

直擊雷的防護是保護建筑物或者其他物體本身不受到雷電的損害，將強大的雷電流沿著防雷設備或者建筑物框架泄入大地。防直擊雷主要采用避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線等傳統避雷裝置，只要按照規范要求設計施工，就能對直擊雷進行有效的防御。

2.2.2 感應雷防護

據統計，儀器設備遭受雷擊傷害的60～80%是由雷電波侵入電源線竄入設備而引起的，因此，對電子儀器設備的供電系統進行防雷保護顯得十分重要。國標GB50057-94（2000年版）規定，當電源采用TN系統時，從建筑物內總配電盤（箱）開始引出的配電線路和分支線必須采用TN-S系統[5]。行業標準中也規定當供電為TN-C系統時，應將TN-C系統改造為TN-C-S系統，低壓供電系統入戶后，N線和PE線必須分開。

在供電系統變壓器的低壓電進入分配電柜前端以及重要設備前端安裝相應的浪涌保護器，能有效預防雷電波從電源系統侵入，從而保護供電、用電設備。第2、3…N級同時還能有效的抑制感性負載的操作過電壓，起到一定的電源凈化作用，這對于設備的安全運行和延緩設備老化有著積極的意義。

3 現場勘察及雷擊環境分析

歷史氣象資料統計表明：蘄春縣屬于濕度較大地區，年雷暴日為47天，屬于雷電多發地帶，為多雷區（GB50343-2004定義）。

蘄春縣水利大樓位于蘄春縣漕河鎮，最高八層?，F從蘄春縣水利大樓地理位置、供電系統、直擊雷保護環境來分析：①建筑物四周空曠，相對較高，且建筑物設避雷帶進行直擊雷防護，進戶電源、信號線路未做任何屏蔽、接地措施，所以總進線控制柜遭受多次雷擊是必然的；②沒有在供電線路總線使用電涌保護器進行防護；③辦公用局域網的服務器、網絡交換機、集線器等沒有電涌保護措施和等電位連接措施；④監控系統未做接地措施，未安裝電涌保護器，且曾受過雷擊損壞。

4 防雷的保護措施

根據蘄春縣水利大樓所處的氣候、地形、周圍環境以及地質結構等因素進行綜合分析，辦公樓位于城市主干道地段，建造在多雷地區（年雷暴日≥40d/a）。應在其屋頂女兒墻上安裝避雷帶進行接閃。利用截面積為80mm2扁鋼作引下線，盡可能多的布置引下線（平均間距不大于25m），均勻布置在辦公樓四周，使雷電流分多路引導泄入大地，降低雷電在附近導體或電線、電纜上的感應電勢或電流，同時與接地網進行良好的焊接。整棟樓的接地，包括避雷帶接地、浪涌保護器、防靜電接地等宜共用接地網，其接地電阻值不大于4Ω。接地網應在大樓四周作環形閉合接地處理，在每根引下線處，布置2～3根垂直接地極，垂直接地極長2.5m，埋深0.5m以下，作用是降低沖擊接地電阻及固定環形閉合裝置[6]。

根據現場勘測情況，遵循防雷設計的規范、標準，結合防雷工程經驗，若要切實有效地實現水利大樓的防雷保護，減少雷擊災害的損失，以下幾點是尤其應該予以重視的：在水利大樓低壓總配電箱出線端安裝第一級電源避雷器，用于整個水利大樓所有用電設備的第一級電源防護。在辦公機房電源配電箱內或辦公機房電源配電箱外的附加配電箱內安裝第二級電源避雷器，用于辦公機房內所有用電設備的第二級電源防護。在精密設備的電源插座處使用插座式電源避雷器。對監控系統安裝相對應的電源、信號避雷器。

5 計算機中心機房等電位連接

由于蘄春縣水利大樓的建筑物為鋼筋框架結構，根據《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94）對屏蔽、接地和等電位連接的要求，直接利用建筑物自然接地體（建筑物主梁鋼筋）作為計算機中心機房雷電過電壓防護裝置的泄流通道。為了防止地電位反擊現象，在計算機中心機房的靜電地板底下做接地均壓環，使用銅排在機房特定的地方做成田字網格，至少兩點與大梁主鋼筋相連，也可以利用等電位匯流排把所有系統的接地全部就近連接到均壓環上或匯流排上，消除地電位反擊現象的發生。要求接地電阻值R≤4Ω，對整個機房進行屏蔽，采用不銹鋼材料組成1m×1m網格。

6 小結

防雷工作不再是簡單的避雷帶和電源避雷器的施工安裝，而是一項對方方面面有著高要求的系統工程，應本著高標準、嚴要求、高可靠性同時兼顧經濟、實用的原則，在遵照執行國家有關的防雷規范標準和行業標準的基礎上，還需結合建筑物所在地的氣候、地形、環境等多種因素，設計出效果最佳的防雷系統，對建筑物起到有效的防雷保護。在弱電系統防雷設計中，必須緊密結合當地的實際情況，不斷收集和積累各項數據和資料，經常總結防雷防護工作中的經驗教訓，提出新的更加有效的保護技術措施，以滿足不斷發展的弱電系統防雷的需要。