雷電是一種極具破壞力的自然現象, 每一次落雷都在雷擊中心1.5km～2km范圍內產生危險雷電高壓通過供電線路和信號線路損害說連接的設備。
連云港市是一個自然災害多發區, 因其特殊的地理位置, 每年該市的雷暴日都保持在40天左右, 每年因雷電災害而導致的損失上億元。而長江三角洲地區是現代化發展最快的地區, 各行各業都擁有大批電子、通訊、計算機、衛星接收等先進儀器設備, 在雷電災害發生時, 雷電的強大能量, 雷電造成的電磁脈沖對電子設備危害極大, 輕則損壞設備, 重則危及生命。
1 現場勘測的基本情況
1.1 地理環境
工程所在的該區位于連云港市東?？h西雙湖邊;東海境內有羽山、磨山、牛山等山脈;水源充足, 有主要擁有新沭河、淮沭新河、薔薇河、魯蘭河、石安河、龍梁河等16條干支河流。
1.2 氣象環境
正負閃頻數的日變化不一致。負閃07～12時雷電幾乎全部在南嶺以南地區;13～18時, 分布范圍擴大且密度迅速增長, 達到全天的最大值期;此后雷電頻數和分布范圍劇減, 但在00～06時又有明顯的增強且成為全天中的第二個高值期。雷電強度日變化雖然不大, 但正負閃間的差別仍然比較明顯。負閃的量值總是大于正閃, 這和北方的分析結果一致。該地區的雷暴活動比較劇烈是造成其雷電強度大于北方地區可能的原因。雷電活動的電流一般集中在40kA～90kA。負閃雷電電流頻發值內發生的雷電占總體雷電的26%之多, 且回擊數的概率分布呈現指數的遞減。僅包含一次回擊過程的雷電活動占總體雷電的43%。
1.3 土壤結構
工程所處地段地質構造比較穩定, 冬季無凍土, 全年土壤電阻率比較穩定。用文納四極法測得該地區土壤電阻率為ρ=40Ωm。
2 設計方案
防雷系統的設計應滿足如下, (1) 保護器件不應影響到被保護設備的正常工作; (2) 雷擊發生時, 所采用的保護器件應又較低的阻抗, 將沖擊電流直接導入大地而不產生危害的沖擊對地電位差; (3) 保護器件應有較高的承受沖擊能量的能力, 并有規范的接地系統; (4) 保護器件應有劣化顯示和故障自動切除功能, 外封裝材料應為阻燃性材料[1～3]。
2.1 直擊雷防護方案[4～6]
建筑物年預計雷擊次數應按下式確定:N=KNgAe
其中Ng=0.024Td1.3=0.024×29.61.3≈1.963次/ (km2·a) (圖1)
由現場測得R為18m, 共14層, 每層為3.7m H為51.8m。 (圖2)
因此依GB50057-1994將該建筑物劃歸為第二類防雷建筑物所進行, 所以布置接閃器采用45m的滾球保護半徑。
安裝的避雷帶采用熱鍍鋅圓鋼Φ10由間距為1.0m, 拐彎處0.5m支持卡固定于屋面, 墻壁上, 同時在屋頂中心處加設Φ20, 高5m的避雷針, 并在一層至五層樓、消防泵房、辦公室天面加設10m×10m或12m×8m的避雷網格以達到良好的防雷要求所安裝的避雷網應與天面避雷帶作可靠的電氣連接。
不同安裝高度的避雷帶利用結構柱筋或采用Φ10熱鍍鋅圓鋼連接。
避雷針的安裝參考全國通用電氣裝置標準圖集執行 (D562, D565) , 如圖3所示。
建筑物上的避雷針和建筑物頂部的其他金屬物應連接成一個整體, 并不得在避雷針構架上架設低壓線路或通訊線路。裝有避雷針的構架上的照明燈電源線, 必須采用直埋于地下的鎧裝電纜或穿金屬管道的導線。避雷針及其接地裝置, 應采取自下而上的施工程序。先安裝集中接地裝置, 后安裝引下線, 最后安裝接閃器。
引下線安如下方案布置:利用一層至五層樓、消防泵房、辦公室等建筑物自身內部鋼筋作引下線, 由于建筑物鋼筋是從上而下連接一體的, 因此不能設置斷接卡子測試接地電阻值, 需在柱內作為引下線的鋼筋上, 另焊一根圓鋼引至柱外側的墻體上, 在距散水坡1.8m處, 設置接地電阻測試箱。在建筑結構完成后, 必須通過測試點測試接地電阻, 若達不到設計要求, 可在柱外距地面0.8m～1.0m預留導體處加接外附人工接地體。
接地裝置安如下方案設計:鑒于該工程基礎采用硅酸鹽水泥, 其周圍土壤的含水量不低于4%, 基礎的外表面無防腐層, 本方案利用一層至五層樓、消防泵房、辦公室基礎內的鋼筋作為接地裝置。利用基礎內鋼筋網作為接地體時, 在周圍地面以下距地面不小于0.5m, 每根引下線說連接的鋼筋表面積總和應符合下列表達式的要求:
式中S為鋼筋表面積總和 (m2) , kc為流入該引下線所連接的接地體的分流系數。
2.2 建筑內電源、信息系統防雷方案
2.2.1 電源線處安裝電源避雷器
在總低壓開關端一路電源處安裝一套QSD150/4P防過電壓浪涌的三相電源避雷器, 衰減從電源線引入的強雷電流和高電壓, 把雷電流脈沖降低到設備能承受的水平。其最大承受雷電流Im a x=1 0 0 k A (1 0/350) , 響應時間tA≤100ns。安裝:安裝于總配電箱處, 屬第一級 (A級) 電源保護, 防直接雷擊。
在一層至五層樓、消防泵房、辦公室每處入線電源總控制開關處各安裝一套QSD120/4P防過電壓浪涌的三相電源避雷器, 衰減從電源線引入的強雷電流和高電壓, 把雷電脈沖降低到設備能承受的水平。其最大承受雷擊電流Ima x=40kA (8/20) , 響應時間tA≤25ns。
2.2.2 信號線處加裝信號避雷器
在辦公區電腦上網專線上安裝QPRJ45-5/10或QPRJ45-5/100網絡專線防雷器。
3 注意事項
(1) 天面金屬爬梯、設備金屬外殼、金屬航管道等金屬物應就近與天面防雷設施可靠等電位連接。 (2) 防雷設施之間互相焊接連通, 鋼筋之間采用雙面焊接, 焊接長度≥6D (D為鋼筋直徑) ;若鋼筋之間采用雙面焊接有困難時, 可采用單面焊接的方式, 但其焊接長度須≥12D。 (3) 所有焊接外觀良好, 外露焊口需刷兩道防銹紅丹外刷兩道銀油進行保護。 (4) 所有架空或埋地進出建筑物的金屬管道 (如水管、消防管、煤氣管等金屬管道) 應就近與防雷接地裝置可靠連接。
摘要：文章重點介紹了雙湖水晶塔的綜合防雷設計方案。針對湖邊建筑的特點, 除對該建筑采用必要的監控、測試用的計算機輔助等的現有的雷電防護技術手段加以改進外, 還重點分析了避雷針的設計、塔內辦公室內重點敏感電子設備的雷電電磁脈沖防護、供電系統的直擊雷與感應雷防護。所設計的綜合防雷方案, 取得了良好的應用效果。
關鍵詞：勘察,直擊雷防御系統設計,電源防御系統設計
參考文獻
[1] 趙智大.高電壓技術[M].北京:中國電力出版社, 1999.
[2] 馮金柱.電氣化鐵路基本知識[M].北京:中國鐵道出版社, 2000.
[3] 董振亞.電力系統的過電壓保護[M].北京:中國電力出版社, 1997.
[4] 徐喜佑.張嘉祥, 周惠娟.實用高電壓技術問答[M].北京:水力電力出版社, 1991.
[5] 王惠忱.雷電繞擊機理分析高電壓技術[M].北京:中國電力出版社, 1999.
[6] 梅衛群, 江燕如.建筑防雷工程與設計[M].北京:氣象出版社, 2006.