余庆县黔地水乡大酒店1号楼防雷工程设计

涂仁忠，冉国辉，杨 明

(1.贵州省余庆县气象局，贵州 余庆 564400;2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300;3.贵州省玉屏县气象局，贵州 玉屏 554000)

1 现场勘测

1.1 地理位置及地形地貌

余庆黔地水乡大酒店位于 107°52'8″E，27°14'26″N，地处余庆县石羊湖新城，东临石羊湖。

拟建场地整体北侧高，南侧低。场地由于平场开挖将在场地东侧、北侧、西侧形成高2.2～11.8 m左右的岩土混合边坡。场地所处地貌单元为风化残丘地貌。

1.2 雷电活动规律

根据余庆县气象局60 a气象观测数据分析，余庆县的年平均雷暴日数为47.8 d，雷电主要发生在4—8月，月平均雷暴日数超过10 d，最多超过8 d，雷暴日数最多的年份为1961年(72 d);雷暴日数最少年份为2009年(20 d)。11—次年2月少有雷电发生。此外，余庆县每年的雷电活动呈现双峰特性，4、5月和7、8月为每年雷电活动频繁月，其中8月最强，最多时当月雷暴日数高达20 d。

根据贵州省雷电监测网数据绘制的黔地水乡大酒店(以项目中心位置5 km半径)区域范围内雷电流年平均地闪次数375次，地闪密度约为4.78次/km2·a。

根据黔地水乡大酒店工程(以项目中心位置5 km半径)所处地域近4 a地闪数据绘制的日均分布图(图略)，可知:该地域地闪主要活跃在13－02时，96%的地闪都发生在这个时段，03－12时地闪相对较少，约4%的地闪发生在这个时段。

1.3 土壤电阻率

本文采用双钳型接地电阻测试仪HT－TERR－234E测量土壤电阻率，数值来源于2012年2月24日在余庆黔地水乡大酒店工程所在位置处现场采集的数据，采集当日天气为阴天，所测量项目区域内平均土壤电阻率为166Ω·m。

1.4 建筑条件

拟建余庆黔地水乡大酒店一号(四星级酒店)楼，建筑面积为 36 800m2，长 46 m，宽 40 m，高99.1 m;顶面的长为40m，宽40m;酒店负1层为地下停车场及设备间，其建筑面积为2 400 m2，其中长60 m，宽40 m;负2层、地上5层为酒店配套娱乐设施。

1.4.1 顶部设施 屋面没有其他设施，仅在顶4个角装有红色中强光B型闪光航空障碍灯。

1.4.2 内部设施 包括通信网络、网络中心、视频监控、火警自动报警系统等。

另外，酒店内设有3个低压供电系统。进入大楼的设施外部管线主要有自来水管、电话线路、电源线。

2 防雷等级确定

2.1 建筑物防雷等级确定

经计算，该建筑的预计雷击次数＞0.06次/a，且小于或等于0.3次/a，为人员密集的公共建筑物。根据GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》，该建筑物应该划为第二类防雷建筑物。

2.2 弱电信息系统防护等级确定

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343－2009，四星级宾馆的信息系统防雷应按A级设计，故将此楼信息系统防雷按A级设计。

3 设计方案

3.1 外部防雷

3.1.1 接闪器设计 根据实际情况，考虑到整体美观，且屋面有要保护的航空障碍灯所以宜采用避雷针和避雷带形成的接闪器系统。

对于避雷针，由于屋顶的面积大，考虑到经济问题，采用4根独立的短避雷针分别对4个航空障碍灯进行保护。将避雷针安装在航空障碍灯的固托板上，下面用长为1.5 m的金属钢管作为立柱，在离障碍灯0.5 m的地方安装1根避雷针，则一共4根针，这样可以更好的减少雷击危害的几率。避雷针与障碍灯的距离为0.5 m，符合《建筑物防雷设计规范》(GB 50057－2010)对独立避雷针距被保护物距离的要求，大大的减轻了反击发生的概率。

根据实际情况按照单针的保护范围计算出避雷针高度。用滚球法计算避雷针高度为0.6 m。因此，设计避雷针的高度为1 m。根据避雷针生产厂家有关产品数据1 m高避雷针自身抗风强度可以满足余庆县的最大风速。

屋顶边缘明装避雷带，沿着四周墙体设置，由于该酒店属于第二类防雷建筑，要求避雷网格的尺寸≤10 m×10 m或者8 m×12 m;且屋面为40 m×40 m的正方形，为了美观且经济，所以使避雷带在屋面组成10 m×10 m的网格。此避雷带采用镀锌圆钢Φ12mm，间距为1.0 m，高为0.15 m的定制支持码固定于屋面、屋脊、屋檐等容易受雷击的部位。突出屋面的所有金属构件，航空障碍灯的金属配管，金属屋架及建筑物的排水管、栏杆等采用40 mm×4 mm镀锌扁钢做等电位连接，其连接点不应＜2处。

3.1.2 引下线设计 由于该建筑属于第二类防雷建筑，其引下线间距不＞18 m，而且该主钢筋Φ20 mm，从经济角度考虑，选择利用混凝土柱子外侧主钢筋作为引下线。利用混凝土柱子外侧两根主钢筋作为引下线，将引下线自下而上通长焊接连通，下部与独立基础底部钢筋焊接连通，上部与楼屋面水平圈梁主钢筋及避雷带焊接连通，要求用作引下线的钢筋每层至少有一个箍筋与柱所有钢筋相焊接，这样可以使引下线柱钢筋间的电位均衡，并增加引下线的泄流能力。但此酒店的弱电机房位于最底层，所以各引下线与弱电机房的接地点之间的距离应≥10 m，根据建筑物的条件，引下线在水平方向上每隔10 m设置一根，侧面每隔10 m设置一根，避开弱电机房接地点，则总条数为16条。

3.1.3 接地网设计 对于本建筑接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置;每根引下线的冲击接地电阻不应＞10Ω，并与埋地金属管道相连;利用建筑物绝大多数柱子基础的钢筋作为接地体，保证地面电位分布均匀，即优先采用自然接地。该建筑物的基础接地电阻值R估算为0.011Ω，符合规范对第二类防雷建筑物接地电阻的要求，所以将大楼的基础钢筋作为自然接地体，无需外引接地体。

此外，接地端子的设计应采用40 mm×4 mm扁钢从就近的结构柱或圈梁内主钢筋焊接引出，以便设备就近接地。而对配电箱、等电位箱、给排水、消防管道、卫生间、电梯机房等应该设置预留接地端子。

3.1.4 均压环设计 由于此建筑属于二类建筑，按照规范规定的滚球法计算应超过45 m才考虑防侧击雷，但是考虑到此楼高991 m，受到侧击雷的概率比较大，所以在超过30 m以上的部分均实施均压处理。30 m及以上外墙上的栏杆、扶手、门窗、金属外挂件等较大的金属物与防雷装置相连，且预埋件的焊接点不应＜2处;竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和低端应与防雷装置连接，且每3层与均压环连接一次，作引下线的钢筋每层至少有一个箍筋与柱所有钢筋相焊接。

3.1.5 防止跨步电压 跨步电压的大小决定于人体离接地点的距离，距离越远，跨步电压数值越小，在远离接地点20 m以外处，电位近似于零。然而高压跨步电压可能造成人触电。所以酒店大门口处的接地装置应埋深至1 m以下，且在酒店的四周上面铺设宽度为3 m、厚90 mm的沥青层。

3.2 内部防雷

3.2.1 屏蔽措施 该建筑内设一个网络中心、一个弱电机房、一个空调机房、电梯机房、一个视频监控室，其网格宽度分别为 18 m、4 m、3 m、3 m、3 m，在未装设屏蔽网格前，该建筑本身的金属框架作为初级屏蔽网格，在该屏蔽网格保护下机房内部的磁场强度达1.426 GS。建筑物的初级屏蔽是不够的，仍需采取一定措施。将建筑屋顶金属、外墙立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架做等电位连接，并与防雷装置相连。此外，还需加密屏蔽网格，形成第2级屏蔽。用直径6 mm的钢筋作为屏蔽材料，其屏蔽网格的网格宽度为0.2 m。

依照计算结果，此时的磁场强度不会对弱电机房、空调机房、视频监控室的电子设备有影响，所以应对弱电机房、空调机房、视频监控采取室加密屏蔽网格的措施以实现对设备的保护。

对网络中心采取第3次屏蔽，同样再采取直径6mm的钢筋作为屏蔽材料，其屏蔽网格的网格宽度为0.2 m。依照计算结果，此时的磁场强度不会对网络中心的电子设备的有影响，所以应对网络中心采取2次加密屏蔽网格的措施即3次屏蔽以实现对设备的保护。

对于酒店的设备的电源线和控制线要穿金属管屏蔽或采用金属桥架屏蔽［3］。

信号线应穿金属管埋地进入建筑物，埋地长度也不应＜26 m;在入户端应将金属管电缆金属外皮和金属设备外壳与预留接地端子相连;垂直敷设的金属管线的主干线以集中于酒店中心部位为宜，尽可能远离引下线。

3.2.2 防静电措施 机房内采用PVC导静电防火阻燃地板，由于贴面夹层中含有分布均匀的导电材料，所以贴面具有永久的导电性能，而且PVC贴面保持零伏的静电压，不会产生静电对灰尘的吸附作用，所以清洁房间中不必对灰尘进行清理。其系统电阻值为105Ω，符合现行国家标准《计算机机房用活动地板接地技术条件》的规定。另外采用导电胶让地板与地面粘牢，其接触面积不＜10 cm2。机房内的导体必须与大地作可靠连接，严禁裸露金属部分，不得有对地绝缘的孤立导体。导静电地面、活动地板、工作台面和座椅垫套必须进行静电接地。静电接地可经限流电阻及自己的连接线与接地装置相连，限流电阻的电阻值应为1 mΩ。静电接地的连接线应有足够的机械强度和化学稳定性。

3.2.3 等电位连接 本建筑电气设备的保护接地，工作接地与建筑物的防雷接地采用共同接地装置的联合接地方式。总接地电阻值不＞1.0Ω。

在设置引下线和接地时，已将外墙上的门窗、表面装饰物等较大的金属物与防雷装置连接;垂直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端也与防雷装置连接，这些都属于等电位连接。在此，对其进行进一步完善的等电位连接。

①对整个酒店进行总等电位连接，总等电位端子箱(MEB箱)设置在酒店的地下室，通过进线配电箱近旁的接地母排(总等电位连接端子板)将进线配电箱的PE母排，公用设施的进户金属管道，金属暖气片、空调管，电梯导轨，建筑物金属结构，接地极引线等可导电部分互相连通。

②对酒店的各个有用电设备房间进行局部等电位连接。如:网络中心，弱电机房，空调机房，电梯机房，视频监控室，酒店各个客房，前台及各个工作人员的办公室等。

③对于网络中心，采用M型等电位连接网络，使用截面积60 mm2、厚度为10 mm的扁铜，在机房防静电地板下沿四周暗敷，根据设备数量及布置情况决定等电位连接网络敷设成3 m×3 m的网状。机房内各接地用截面积不＜6 mm2的绝缘铜导线，就近连接到等电位连接端子板上。将进入网络中心的各类水管、空调管道和电缆的金属外壳在进入建筑物处应做等电位连接，网络中心内系统设备和装置外露可导电部分电气联结。

④对于空调机房，电梯机房和视频监控室，采用S型等电位连接网络，应在房内适当位置明装等电位连接端子板。其中等电位连接端子板应采用截面积为55 mm2，厚度为5 mm铜质材料。并且将进入房间的各类水管、空调管道和电缆的金属外壳在进入建筑物处应做等电位连接，房间内系统设备和装置外露可导电部分必须电气联结。

⑤对酒店的所有客房以及其它有电子设备都应做局部等电位联结，同样先将进入房间的各类水管、空调管道和电缆的金属外壳在进入建筑物处应做等电位连接，房间内系统设备和装置外露可导电部分电气联结，在各个房间内下水管、电子设备以及所有导体通过等电位联结线与局部等电位端子板连接。

⑥低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地。对于室内的水管、供热管以及通讯、信号、电源等电缆金属护套都要进行等电位连接。

金属构件必须在每一穿过界面的点做等电位连接。

3.2.4 SPD的安装

①电源SPD的安装。对于此建筑，由于酒店的信息系统防雷按A级设计，电源线路采取4级防雷措施，即采取四级防雷措施。

第1级电源SPD:在酒店的配电房总配电箱空气开关处并接三相电压开关型SPD，初步衰减从电源线引入的强雷电流和高电压，把雷电流脉冲降低到设备能承受的水平，其最大放电电流为100 kA。且此建筑物的电源线路进入建筑物之前，已由30 m外的配电房埋地引入，所以将埋地管道的金属屏蔽层就近接在等电位连接排上，并安装第1级SPD保护。

第2级电源SPD:在各分配电箱楼层配电箱空气开关处并接限压型SPD，其最大放电电流为80 kA。并在其前端加装熔断器，防止当较大雷电流进入时，经过第1级防雷器而剩余的雷电高残压损坏线路。

第3级电源SPD:在各个电气设备房间的配电箱空气开关处并接限压型SPD，其最大放电电流为40 kA。并在其前端加装熔断器，同样是防止当较大雷电流进入时，经过第2级防雷器而剩余的雷电高残压损坏线路。

第4级电源SPD:在各主要电气设备电源插座处分别安装第4级电源插座保护器，其前端也应加装熔断器，实现精细保护级别，其最大放电电流为20 kA，并尽量靠近设备。如果浪涌保护器距被保护设备的距离过大，雷电波的反射效应会在被保护设备上引起振荡，使设备上的电压超过保护器的残压而损坏设备各级电涌保护器。

②机房的防浪涌保护

考虑机房的重要性，在主交换机接口处安装网络线SPD，然后在通讯信号线路上分别串联RJ 45－ADSL/4信号防雷器，接口形式为RJ 45。

针对机房网线，采用2级信号浪涌保护器。信号SPD安装在交换机处光电转换端口后端。第1级采用气体放电管泄放雷电流，第2级采用暂态抑制二极管，且第1级与第2级之间采用退耦元件。

③有线电视的浪涌保护。

第1级SPD:在酒店线路的总接口处安装KBT－380B/60三相电源避雷器。

第2级SPD:在酒店的各个楼层的线路分接口处安装KBT－380B/40三相电源避雷器。

第3级SPD:在各个房间的有线接口处安装KBT－380B/20三相电源避雷器

④视频的防浪涌保护。

本建筑的摄像头安装于楼梯口，每层楼的走廊尽头以及电梯内部，处于楼顶接闪器的保护范围内，所以不必再设置接闪设施。摄像头的电源线和信号线应穿金属管屏蔽，在设备前的每条线路上加装合适的避雷器。视频线避雷器选用 BYT－BNC，工作频率0－10 MHZ、浪涌电压3 kA、插入损耗＜0.3 db。信号云台控制线避雷器选用BYX－JZ/GF6，网络标称电压24 V、浪涌电流5 kA、插入损耗＜0.5 db。上述2种避雷器响应时间均≤25 ns。

⑤电梯机房的SPD。

第1级SPD:在控制柜内信号处理通讯板输入输出IO控制线路安装AOTEM SPD AT KZ。该避雷器的最大防雷能力为:5 kA(8/20)，响应时间＜1 ns，贴片式防雷生产技术。

第2级SPD:在控制柜内继电器板各低压回路的汇总板线路处安装AOTEM SPD AT 24V。

第3级SPD:由于此电梯对讲系统为总线式设计，所以在对讲主机电源线路及4芯信号处分别安装AOTEM SPD ATB140－2－D10和AT 170V/4避雷器。

⑥火警自动报警系统的SPD。

第1级SPD:在消防的主机房的总接口处安装KBT－380B/60三相电源避雷器。

第2级SPD:在消防的各个楼层的分接口处安装KBT－380B/40三相电源避雷器。

第3级SPD:在各个房间的接口处安装KBT－380B/20三相电源避雷器

4 结论

本文综合考虑余庆县雷暴活动特点、黔地水乡酒店1号楼特点及内部信息系统的重要性等因素，对建筑物雷电防护等级划分、外部防雷措施和内部防雷措施等技术和方法进行了研究。针对该酒店大楼设计了一套综合防雷的方案，在采用完善的直击雷防护措施的前提下，着重考虑雷击电磁脉冲对建筑内部的信息系统的影响，提出采用屏蔽、防静电、等电位连接、加装浪涌保护器等综合技术。实施该方案可使建筑物的雷击损害降到最低程度，为大楼内部的人员及信息系统安全可靠运行提供保障。

［1］陈渭民.雷电学原理［M］.北京:气象出版社.

［2］郭明利.智能建筑中弱电系统的防雷设计与应用［J］.低压电器，2009，(16):11.

［3］潘家利，侯安校，李敏，等.电位连接网络在信息系统防雷接地工程中的应用［J］.气象研究与应用，2008，(9):52.