庆元县行政审批中心综合大楼防雷工程设计

摘 要：针对庆元县行政审批中心综合大楼防雷工程的实地进行了地质勘测，气象资料收集和基站的各种设备情况的记录，结合电子信息系统在基站的大量应用及其易遭雷击的特点，通过科学有效的设计方法，依据国家标准，针对行政审批中心综合大楼防雷工程进行了直击雷、雷电波的入侵全面的防护设计，从外部防雷到内部的信息系统的防雷，包括接闪器的布置、引下线的材料的选择、等电位连接、接地系统的安装和内部信息系统的电源，信号系统，SPD的选择和安装等，从而完成了对基站雷电综合防护。

关键词：庆元行政审批中心；防雷工程综合大楼 等电位连接； 雷电综合防护；

引言

进入二十一世纪，电子信息技术正迅速地向人们生活的各个领域渗透，特别是行政审批中心防雷工程综合大楼离不开电子信息技术。该综合楼中有大量电子仪器传统的建筑防雷设计不再能满足建筑本身对雷电安全的需要。雷电防护已经不仅仅是对建筑本体的防护，更应当侧重于对建筑内人身和电气设备的安全的防护。防雷工作要从以传统的防真击雷为主向防雷电感应过电压对通讯、安防、自动控制等系统设备的损害而转变。因雷电导致的系统瘫痪以及设备损坏比比皆是，造成不计其数的人力和物力损失，雷电灾害和防雷又成为社会各界关注的重点。地球上平均每秒就会发生100次左右的闪电，其放电电流可高达数十千安培，甚至数百千安培，放电瞬间，巨大的雷电流可产生极大的破坏力和很强的电磁干扰。雷电造成的人员伤亡，财产损失触目惊心。据相关资料记载，全世界每年因雷击造成的经济损失达10亿美元以上，人员伤亡也相当严重，全国平均每年因雷击伤亡人数达3000人左右。

为保障庆元县行政审批中心防雷工程综合大楼的财产和工作人员人身安全确保工作能够正常运行，避免和减轻雷击灾害损失，现按照国际国内标准规范的要求，针对庆元的地理位置，地质情况，所处地区的气候特点，雷暴特征等对基站进行了全面设计，以提高综合楼的雷电灾害综合防御能力，切实消除安全隐患，保证日后日常工作的顺利开展。本文在外部防雷中主要采用的方法架设避雷针，同时建立有效的防雷接地系统。由于土壤电阻率高（经实地测量，土壤层平均厚度约50㎝，该层土壤电阻率为500Ωm），给防雷设计施工带来很大麻烦，所以该设计中采用多种降阻处理。该综合楼在楼宇内部消防、安防、计算机网络等系统都运用了大量的微电子设备，这些设备大幅度提高自动化程度，但微电子元器件的耐过压、过流能力也相较弱，对雷电干扰的防护能力较低，致使雷电灾害在逐年得到控制的情况下，社会经济损失却呈现逐年增大的趋势。因此在防雷设计中对各电子系统采用多种防雷方法，例如等电位连接，线路屏蔽，在重要设备前端加装要SPD等。

1 工程概况

庆元县位于浙江省西南部，地处东经118°50′～119°30′，北纬27°25′～27°51′之间。东、南、西三面与福建寿宁、政和、松溪三县交界，北与浙江省龙泉市、景宁畲族自治县接壤。南北长49千米，东西宽67千米，总面积1898平方千米。县人民政府驻地松源镇距丽水市210千米，距杭州市532千米。三江之源，属于亚热带季风湿润气候带，水热资源丰富，地表土壤层一般由弱膨胀的第四纪晚更新世粘性土组成，电阻率较高。主要的气候特点是：气候温暖湿润，季风显著，四季分明，气温适中，日照充足，雨量丰沛，光温基本同步，气候资源配制多样，气象灾害繁多。一年四季具有冬夏长、春秋短、冬冷夏热的特点。由于位于中、低纬度的过渡地带，同时受西风带和东风带天气系统的双重影响，各种气象灾害频繁，时有发生。年平均雷暴日数60.7天，最多年份达89天，属强雷区。

2 接闪器

接闪器（避雷针）选用Ø25㎜×400㎜的热镀锌圆钢制作而成，由于接闪器安装在综合楼的顶楼接闪器和天线大幅度、高频率摇摆，所以设计安装要达到所需的机械强度和热稳定性，同时满足长期抗腐蚀性能的要求。为了减少雷击时避雷针杆对天线工作的影响，避雷针杆在天线仰角零度下边缘以上使用一段高强度玻璃钢管代替金属杆，在内部使用截面积不少于50mm2多股铜芯线实现接闪器与金属支撑杆的电气连接，利用天线的金属支撑件、综合楼体作为引下线，并与综合楼基础中预埋件和钢筋形成的自然接地网以及地基外围的人工接地体共同构成直击雷防护系统

另外，在靠近大楼位置处用5×50㎜镀锌扁钢焊接并引出不少于两根且间隔为8m的引线，以便与大楼接地体系统进行等电位连接。当水平接地体安装就位后，再在接地体上均匀铺3吨左右长效降阻剂，与下面的降阻剂一起将接地体包裹起来（注意：1）.接地体和引线的焊接，要多侧面双面焊接，搭接长度不低于扁钢宽度的5倍，尽量避免垂直搭接，搭接长度不低于扁钢宽度的5倍，尽量避免垂直搭接；2）.接地体和引下线的防腐，接地体和引线要采用热镀锌工艺，焊接处涂刷3-4遍防犭漆进行防腐处理。3）.预留的塔脚引线要足够长，后期可以以螺栓连接方式或直接焊接方式或铁塔脚连接：4）.水平环行接地体与铁塔脚间的引线可以裸露在外面）。最后进行坑道粘土回填，灌水殷实，表面可以用适当大小的石块铺平，防止粘土流失，而不必用混凝土覆盖。这样粘土可以在雨季吸收充足的雨水，有利于降低土壤电阻率。

综合楼在顶楼接闪器保护范围内，正常情况下很少受到直接雷击。但由于该综合楼建立在该四周高楼大厦旁边。有可能受直击雷，侧击雷、球形雷的危害。因此不可忽视直击雷的防护。

在综合楼屋脊及屋面四周边缘安装避雷带（直径为10㎜热镀锌圆钢），利用建筑造柱内靠外且对角的两根主筋（满足大于直径16㎜的要求）作为引下线并与大楼的基础圈染风靠外且对角的两根作为水平均压环的主筋焊接；采用类似铁塔接地系统的做法，在综合楼四周安装环形水平接地体（其沟道开挖的深度和宽度减少至一米左右，其降阻方法可以只采用换土，而不放置降阻剂的方式解决，以降低成本），此水平接地体在每根引下线外用5×50㎜热度锌扁钢与综合楼的引下线及基础圈梁可靠焊热门连通。再将避雷带、引下线按规范要求焊接连通，从而形成直击雷防护系统。没有用5×50㎜热镀锌扁钢与综合楼的水平接地体焊接（尽量远离直击雷引下线）并引入设备机房，按有关规范要求住机房合适位置安装接地端子。

在综合楼水平地体靠近电视塔一侧用5×50㎜热镀锌扁钢（简隔约8m）分别引出两根联合接地线并与电视发射塔接地系统预留的对应接地引出线可靠连接，从而使楼顶的接地系统与综合楼的接地系统形成联合接地系统。（注：为防止跨步电压伤及人身安全，此两根联合接地线应穿绝缘PVC管并埋设在地面50㎝以下位置）。

3 电源系统霄电防护设计

由综合楼的基本情况可知，大楼内的电气系统采用TN-C-T系统，该电气系统的防护等级应为B级，宜在低压配电系统中采用2到3级SPD进行保护。同时根据GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条规定“电涌保护器必须能承通预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大箝压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。”在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压，即电涌保护器的最大箝压加上其两端引线的感应电压（U）应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大涌电压协调一致。为使最大电涌电压足够低中，其两端的引线应做到最短。在不同界面上的各电涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致。该工程中采用三级保护（如图）。

第一级电源浪涌保护器（B级），选用OBOMC50-B-VDE电涌保护器（三相火线及零线分别对地保护）装于建筑物的总配电箱内，与供给机房电力回路总开关输出端除PE线外并接，用于防止电力线在传输途中遭直击雷或由于周围电磁感应产生过电压沿电力线进入机房，将数万至十万伏的浪涌电压限制到1500V左右。此款PSD为密闭式火花间隙，动作时不会喷出气体火花，不会对周围的物体和人身造成的危害，其雷电流能力高达100KA（10/350US），能够很好释放雷电流能量，且电压保护水平<1.5KV，起到第一级保护泄流的目的。并在SPD前安装熔断器（或空气开关），以便在电涌保护器发生故障时及时将保护线路从主线路中断开，防止因SPD老化出现续流过大，绝缘损坏，而引起的线路短路和起火现象。在熔断器的选择上应当参照电涌保护器说明书中的规定值。

第二级电源浪涌保护器（C级）选用OBOV25-C-385作为第二级电源SPD，安装在办公楼的总表箱处。因为该工程中供电系统采用TN-C-S制式，所以该级SPD选用三相对地保护模式。由于过电压在第一级时已经得到大部分的释放，第二级防护是对电源第一级的SPD过滤后剩余的雷电流威胁以及电力网自身的波动浪涌和人为操作等引起的过电压沿电力线侵入机房进行保护。这时对SPD的要求关键在于反应时间，通流容量可以适当的减少。因此选用SPD的核心元件是压敏电阻，要求灵敏度很高，而且残压要低。

4 综合大楼中机房的LEMP防护

计算机机房网络通信系统雷电防护包括广域网雷电防护、局域网雷电防护、无线通信系统雷电防护、光缆通信雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护等。

在局域网络的两端安装避雷器，可有效地防止各种过电压对设备造成的破坏。局域网的网口应该采取雷电防护措施，服务器、网络交换机、集线器等端口应加设计专用防雷器。出户的局域网线及BNC远程局域网也须安装防雷器，匹配原则应参照防雷标准和计算机通信协议。

4.1 机房的网络和通讯系统的各种防护 将建筑物内部的电气和电子设备的金属外壳、机柜、金属管、糟、屏蔽线缆外层、防静电地板、金属吊顶、金属门窗、信息设备防静电接地、安全保护地、SPD接地端等以最短距离就近与机房接地网连接，接地线的材料选用不小于6㎜2的铜线。这样就可以达到防止电位差反击的目的。

机房内部的电子设备的安装位置也需要合理的选择，才能达到正常安全的电磁环境。该工程中机房的门窗虽然在施工时就近与建筑的防雷接地系统相连，但还应尽量远离作为防雷引下线的柱子，同时保持设备和门窗相距1m左右。

在机房设备的信号传输线中尽量使用光纤传输，以光信号传递信息。光纤主要由玻璃纤维组成，当有雷电电磁脉冲时不会发生电磁感应作用，只需将金属加强芯在埋地的两端就近接地，另外光缆的金属加强芯还要在入户和入户设施接地母排相连（接地线的截面积不小于35㎜）

在机房布线时应尽量减少信号线和电源线两者所构成的回路面积，必要时可以将两线绞合在一起，形式上和双绞线相似。这样的布线方式可以有效地减小回路面积，避免了长距离的平行布线，从而避免雷击时出现雷电电磁脉冲穿过回路感应出较高的暂态过电压危及与线路端连接的机房设备。

天馈系统的外部接地和SPD的选择

该综合大楼有电视发射机5台，调频发射机2台，它们通过SD-50-40馈线将信号传输出去，因此在防雷工程设计中是不可忽视的一环，该工程中馈线的接口形式为直径40㎜的法兰盘连接，在馈线末端安装专用天馈SPD时，需要通过接口转换器（OBO厂家可以提供各种接口）进行匹配。该工程中我们选用OBO-DS-BNC系列专用天馈SPD，其特点插入损耗低，高雷电流通流能力，适用性强。

摄像头大部分设在办公大楼内部，工作电压为12V；但有一部分分布在停车场、各主要道路出入口及基站周边位置，因此如果安装在室内，一般不会遭受直击雷击，但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害，而室外的设备则同时需考虑防止直击雷击。

4.2 直击雷的防护 前端设备（摄像头等）应置于接（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，避雷针最好距摄像机3-4m的距离，但该工程有困难，所以避雷针架在摄像机的支撑杆上，引下线直接利用金属杆（Φ大于80mm的镀锌钢管）。接地体使用镀锌角钢垂直打入地下2m并用镀锌扁钢与摄像机的金属杆做可靠的电气连接，采用的搭接长度为扁钢宽度的2倍，三面焊接。摄像机的电源和信号线应穿金属管屏蔽（也可以在金属杆内线），以达到防止电磁感应效果。室外的前端设备应有良好的接地，接地电阻小于4Ω，但由于该工程为高土壤电阻率地区可放宽至<10Ω。

4.3 瞬态过电压的防护 在前端设备的每条线路上加装合适的避雷器，如电源线（DC12V）、视频线、信号线和云台控制线。摄像机的工作电压为12V，由直流变压器供电，单相电源避雷器并联在直流变压器的前端，选用专用避雷器。因为信号线传输距离长，耐压水平低，极易感应雷电流而损坏设备。为了将雷电流从信号传输从信号传输线传导入地，信号过电压保护器需快速响应。

4.4 传输线路的防护 视频监控系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源从监视点附近的电源引入。电缆全程穿金属管有困难，因此在电缆进入终端前和前端设备前穿金属管理地引入，但埋地长度不得小于15m，在入户端将电缆金属外皮（或钢管）与防雷接地装置相连。控制信号传输线和报警信号传输线选用铜芯屏蔽软线，架设在前端与终端之间。架空线传输时，在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。架空线传输时，应在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。

参考文献

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[2] 谢周，李君灿，周烨堃. 基层气象部门发展防雷业务的对策研究[J]. 产业与科技论坛，2013，17：138-139.

[3] 杨泓. 防雷减灾管理及综合防雷减灾技术的应用和发展研究[D].重庆大学，2004.

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