水泥廠建筑物的防雷應用

顏 妍程曉東

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2開封新楓華置業有限公司（475000）

水泥廠建筑物的防雷應用

顏 妍1程曉東2

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2開封新楓華置業有限公司（475000）

在水泥廠建筑物中，雷電防護的設計是必不可少的；按照雷擊效應及其危害后果，建筑物的防雷應考慮防直擊雷等外部防雷措施及防止雷擊電磁脈沖對信息設備的干擾等內部防雷措施。

建筑物；年預計雷擊次數；引下線；避雷帶

0 概述

根據建筑物的重要性、雷擊后果的嚴重性以及遭受雷擊概率等因數綜合考慮，我國防雷標準將建筑物劃分為三類不同的防雷類別：1＞年預計雷擊次數0.3≥N≥0.06的一般性民用建筑物，如住宅、辦公樓；年預計雷擊次數N≥0.06的一般性工業建筑物；高度在15 m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。水泥廠建筑物大部分為三類防雷。

接閃器：避雷網和避雷帶優先采用圓鋼。

引下線：明裝引下線優先采用圓鋼。引下線應沿建筑物外墻敷設，并經最短路徑接地。金屬構件如消防梯、鋼柱等可作為引下線，但其各部件之間均應連成電氣通路。采用多根引下線時，為了便于測量接地電阻以及檢查引下線的連接狀況，宜在各引下線距地面0.3～1.8 m設置斷接卡。

接地裝置：垂直埋設的人工接地體優先采用角鋼，水平埋設的人工接地體優先采用扁鋼。人工垂直接地體的長度一般采用2.5 m。為減小相鄰接地體的屏蔽效應，人工垂直接地體及水平接地體間的距離一般為5 m。人工接地體的埋深不應小于0.5 m。為降低跨步電壓，防直擊雷的人工接地裝置距建筑物出入口及人行道不應小于3 m。

1 過電壓保護

在工程建設的初期階段還不明確電子系統具體位置的情況下，只需要花少量的工作及費用即能滿足防雷擊電磁脈沖的要求。在設計時應將建筑物的金屬框架、鋼筋混凝土構件內鋼筋、金屬管道等自然屏蔽體作好等電位聯結，并與電氣設備保護接地系統、建筑物防雷裝置相連通，組成共用接地系統。并應在一些合適的地方預埋等電位聯結板，以供將來設置和完善防雷措施之用。

為降低閃電電磁脈沖對電子系統的感應干擾，宜采用以下基本措施：對建筑物和房間根據不同防雷區(LPZ)的電磁環境要求在其外部設置屏蔽措施，以合適的路徑敷設線路及線路屏蔽措施，建筑物及系統內部等電位聯結及接地措施，裝設電涌保護器（SPD）以限制過電壓等。

在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用或相連的情況下，應在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設試驗的電涌保護器。電涌保護器的電壓保護水平值應小于或等于2.5 kV。每一保護模式的沖擊電流值，當無法確定時應取等于或大于12.5 kV。

2 SPD的分類

電壓開關型：當無電涌時，SPD呈高阻狀態；當電涌電壓達到一定值時，SPD突然變為低阻抗。

限壓型：當無電涌時，SPD呈高阻狀態；隨著電涌電壓和電流的升高，其阻抗持續下降，呈低阻導通狀態。

混合型：將電壓開關型元件和限壓型元件組合在一起的一種SPD。

在建筑物進線處或其他防雷區界面處的最大電涌電壓應與所屬系統及設備的絕緣水平相配合，因此SPD的電壓保護水平Up加上其兩端引線的感應電壓之和，應小于所在系統和設備的絕緣耐沖擊電壓值，不宜大于被保護設備耐壓水平的80%。

SPD必須能承受預期通過它們的電涌電流，并有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。

SPD的最大持續工作電壓Uc應不低于系統中可能出現的最大持續運行電壓，此時應考慮系統最大電壓偏差值及短時過電壓。對于220/380 V三相系統中的SPD，其最大持續工作電壓Uc應符合《工業與民用配電設計手冊》的規定。

SPD的性能退化或壽命終止后可能產生的短路故障，對系統運行的影響，因此應在SPD前裝設過流保護器F。

通過SPD的正常泄露電流要小，且不影響系統的正常運行。

3 實際應用舉例

3.1 某廠內一篩分車間，長L=22 m，寬W=6.7 m，高H=15.34 m，要求做防雷設計

首先，按照《工業與民用配電設計手冊》第四版第783頁的公式

N=k×Ng×Ae=k×0.1×Td×Ae

Ae=[L×W+2×(L+W)×√H×(200-H)+3.14×H× (200-H)×10-6]

其中：N為建筑物年預計雷擊次數

k為校正系數,一般情況為1。位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物以及特別潮濕的建筑物取1.5,金屬屋面沒有接地的磚木結構建筑物取1.7，位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2。

Ng為建筑物所在處地區雷擊大地的年平均密度（次/km2/a)，Ng=0.1×Td

Td為年平均雷暴日，根據當地氣象臺、站資料確定（d/a)。

Ae為與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2)

根據建筑物長寬高代入公式得到Ae=0.012，因為該廠靠近湖北省黃石市，按照《工業與民用配電設計手冊》第四版續表16-33中查得Td=50.4。結合廠址位置k取1，代入公式得到N=0.061＞0.06。可知篩分車間按三類防雷規范設計。根據《工業與民用配電設計手冊》第四版第789頁的防雷措施可知，頂層平面敷設一圈避雷帶（Φ12圓鋼），因為引下線的平均間距不大于25 m,則應敷設3根引下線（Φ12圓鋼），接地電阻不應大于30 Ω。

3.2 濮陽市一某廠內辦公樓，長L=34.8 m，寬W= 7.3 m，高H=11.1 m，要求做防雷設計

首先，按照上例中的公式，得到Ae=0.011。按照《工業與民用配電設計手冊》第四版續表16-33中查得Td=26.6，結合廠址位置k取1.5，代入公式得到N=0.043＜0.06。可知，此辦公樓不需要防雷設計。

3 補充說明

對于高度超過60 m的建筑物應采取防側擊和等電位的保護措施，即從60 m起，每隔不大于6 m沿建筑物四周敷設水平避雷帶（均壓環）并與引下線相連，并應將60 m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置相連。

對于避雷針的保護范圍，《工業與民用配電設計手冊》第四版第798頁有詳細的說明。布置接閃器時，應采用滾球法對避雷針進行保護范圍計算。滾球法是以hr為半徑的一個球體,沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器或接閃器和地面，而不觸及需要保護的部位時或者避雷網的網格不大于相應的尺寸時，則該部分就得到接閃器的保護。對于三類防雷建筑物hr=60 m，避雷網的網孔尺寸為20 m×20 m或24 m×16 m。

防雷裝置的設計耐雷水平，是綜合考慮雷擊概率、損失后果及經濟性的結果，因此防雷安全度不是100%的。防雷裝置的設計耐雷水平與確定的雷電流參數有關。

[1]GB 50057-2010,建筑物防雷設計規范[S].

[2]GB 50054—2011,低壓配電設計規范[S].