浅谈兴凯湖湿地研究中心综合雷电防护

王　磊(鸡西市防雷中心,黑龙江鸡西158100)



浅谈兴凯湖湿地研究中心综合雷电防护

王磊
(鸡西市防雷中心,黑龙江鸡西158100)

1　引言

鸡西市兴凯湖湿地研究中心位于密山市兴凯湖畔，座落于兴凯湖的湖岗上，该中心由两栋二、三层木结构建筑、一栋二层砖石砼结构的别墅及一栋一层新建建筑物组成。建筑物周围土壤电阻率＞3000 Ω/m，建筑物临近大小兴凯湖，四周没有高大的建筑物，地势平坦，属雷击高概率区。按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）的规定，属于二类防雷环境。依据国际电工委员会IEC标准、中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，建筑物内的计算机、卫星线缆、有线电视、程控机房等弱电设备都必须有完整完善之防浪涌保护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，电脑网络、卫星通信设备等装置，均应有SPD防护装置保护。中心的建筑物为木结构且又紧邻湖畔，安装避雷带难度太大又破坏了建筑物的整体美观，在考虑建筑物直击雷的防护方面选择了提前放电避雷针，既能有效的大幅度降低避雷针的高度、又能提高拦截雷电效率。

建筑物所用的电源线和信号线全部为架空线路入室。电源线为三相TN—C制，信号线有有线电视传输线、电话线、网线和卫星馈线。

1.1防雷设施情况

鸡西市兴凯湖湿地研究中心的建筑没有任何防雷设施。天面上没有设置避雷带，天面上的排风管和爬梯没做接地和等电位处理，天面上有一旗杆且只有一根￠8的引下线，建筑物内的所有设备均没有良好的接地。电源线和信号线均为架空入室，在建筑物内没有保护接地系统，所有入室的电源、信号线路均没有加装任何防雷装置。

湿地研究中心的A、B两栋别墅，座落于主建筑物西侧，天面也没有设置避雷针（带），且天面上有太阳能热水器。别墅内的所有设备也没有保护的接地，电源线和信号线均为架空入室，所有入室的电源、信号线均没有加装防雷装置。

1.2历史遭受雷击情况

自2000年以来，湿地研究中心所处的位置，每个雷雨季节都不同程度的遭受到雷击。2004年距该院东侧的市广播局培训中心曾有一人被击身亡，据反映只要天空有CB云，附近建筑物内的设备就会出现放电打火现象。并直接对人员和设备造成严重的威胁。每年雷雨季节都会因雷击造成不同程度的设备损坏。雷击主要通道来自室外的架空线路。

2　设计依据

国际电工委员会标准IEC1024-1：1900；建筑物防雷技术规范（GB50057-2010）；电子设备雷击保护导则（GB7458 -87）；电子设备雷击试验导则（GB3483-83）；通信工程电源系统防雷技术规定（YD5078-98）；建筑物信息系统防雷设计规范（GB50343-20004）；通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范（YD5098-2001）；雷电电磁脉冲的防护（IEC 61312-3）

3　防雷设计内容

3.1建筑物的直击雷防护

湿地研究中心的四个建筑物分别安装32 m、22 m二支杜尔-梅森（法国）避雷针，该避雷针为提前放电式，具有超强的拦截雷电能力、拦截范围大、抗风能力强、耐腐蚀、免维护的优点，有效的保护建筑物免遭雷击。由于中心区域的土壤电阻率＞3000 Ω/m，所以在避雷针附近要改良土壤，办法是使用复合降阻剂，使得接地阻值降至规范的要求。

3.2建筑物的配电系统的防雷

IEC（国际电工委员会）和GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》定义了防雷的保护分区，根据保护分区的不同要求，需要在每个分区的交界处安装相应的电器（SPD），即第一级为B级防雷器(SPD)，第二级为C级防雷器(SPD)，第三级为D级防雷器(SPD)。其工作原理为利用分级的防雷器(SPD)层层泄放电感应的能量，逐渐减低浪涌电压，从而保护用户终端设备。

(1)在建筑物的低压配电房（柜）总配电处加装电源第一级保护装置（SPD），其浪涌保护器的波形为10/350 μs最大通流量≥80 kA，作为建筑物供配电系统第一级防护。（共八组）

(2)在建筑物的楼层配电箱处分别安装电源系统第二级保护装置，其浪涌保护器波形为8/20 μs，最大通流量≥40 kA，作为电源系统的第二级防护（共35组）

(3)在建筑物的楼层配电箱处分别安装电源系统第三级保护装置，其浪涌保护器波形为8/20 μs，最大通流量≥20 kA，作为电源系统的第三级防护（共45组）。

3.3有线电视的防雷

CCTV的电源线、信号传输线或进入监控室的金属管线遇到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线侵入设备，造成电位差使设备损坏。雷电感应：当雷击避雷针时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场,处在电磁场中传输线路会感应出较大的电动势,这现象叫电磁感应。当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷。这种感应电荷在低压架空线路上可达100 kv，信号线路上可达40－60 kv,这种现象叫静电感应。电磁感应和静电感应称为感应雷，又叫二次雷。它对设备的损害没有直击雷来的猛烈，但它要比直击雷发生的机率大得多。因此，在按照GB 50198-1994《民用闭路监控电视系统工程技术规范》做好布线施工等工作还必须对前端设备的连线接口处加装相应的电涌保护器（SPD）。

3.4程控电话的防护

架空入室的程控电话线路极易遭受感应雷击或直击雷击，为使程控电话线路免遭雷击，应在线路入室端加装一组浪涌保护器，并且就近与接地体连接，其接地电阻应＜4 Ω。

3.5卫星、网线的防护

卫星的线缆和网线在雷击环境恶劣的情况下极易遭受感应雷击或直击雷击，为了避免设备的损坏和人员的安全，应在所有线路入室端加装一组匹配的浪涌保护器，并且就近与接地体连接，其接地电阻应＜4 Ω。

3.6接地体

接地系统是所有防护的最关键的部位，没有良好的接地装置一切防护都等于虚设。因此设计中考虑周围环境的特殊因素，无法改造接地土壤性质，只能采用相对较高的接地电阻模块和降阻剂相结合的方法达到接地电阻＜4Ω的技术要求。

本设计按照国标GB50057—2010二类防护标准(图1)。保护效率达99.6%，对直径＜5 m的球型雷无防护能力。

图1　雷电防护示意图

4　小结

鸡西市兴凯湖湿地研究中心自身没有完善的防雷设施，通过分析，类似情况应注意以下几个方面：

（1）接闪器采用避雷针、避雷带（网），或两者混合的方式，还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器，但应符合规范要求。不应采用装有放射性物质的接闪器。其他形式的消雷器，只宜用于屋面上架设有高杆铁塔的建筑物上。屋面上的突出物，如卫星和共用天线接收装置、节日彩灯、航空障碍灯和屋面风冷机组等，应在防雷装置保护范围内，若按滚球法计算不在保护范围内时，应另设避雷针、带加以保护，并与屋面防雷装置相连。

（2）引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋，还宜利用建筑物的消防梯、钢柱、金属烟囱等作为引下线。当利用钢筋混凝土柱中的钢筋、钢柱作为自然引下线，并同时采用基础钢筋作为接地装置时，不设断接卡，但应在室外适当地点设若干与柱内钢筋相连的连接板，供测量、外接人工接地体和作等电位连接用。

(3)被保护建筑物内的金属物接地，是防雷电感应的主要措施。因此，建筑物内的设备外壳、管道、构架等主要金属物，应就近接到防雷接地装置或电气设备的保护接地装置上。

(4)平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮的长金属物，其净距小于100 mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30 m；交叉净距小于100 mm时，其交叉处亦应跨接。

(5)低压线路宜全线采用电缆直接埋地引入，在入户端将电缆金属外皮或保护钢管接到防雷接地装置上；若为架空线应换接50 m电缆进户，线缆换接处应装设避雷器，并将其与电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等连在一起，其冲击接地电阻不应大于10Ω。若采用架空线引入时，引入处应装设避雷器。

(6)架空和埋地的金属管道，应在进出建筑物处与防雷接地装置相连。固定在建筑物上的节日彩灯、航空障碍灯及其他用电设备的线路，应根据建筑物的重要性采取相应的防雷电波侵入的措施：无金属外壳或保护网罩的用电设备应在接闪器的保护范围内；从配电箱引出的线路应穿钢管。钢管的一端与配电箱金属外壳相连；另一端与用电设备的金属外壳、保护罩相连，并就近与屋顶防雷装置相连。钢管中间断开时应设跨接线。

作者简介：王磊（1977-），男，黑龙江省鸡西市人，黑龙江省教育学院，本科生，助理工程师.

收稿日期：2016－1－1

文章编号：1002－252X(2016)01－0035－03