黃家壩水庫系統防雷工程設計探討

鄒德培　禹承浩　劉冬梅

關鍵詞：水庫;防雷;改造處理

雷擊是嚴重的自然災害之一，當雷電擊中建筑物時，由于雷電是具有高電壓、大電流，作用時間極短的瞬變過程，通常在瞬間釋放出巨大的能量，如果被擊中將會造成安全事故，隨著時代發展，大部分雷擊事故都是雷電波入侵、雷電電磁脈沖輻射、地電位反擊類型，雷電流通過建筑物本身或內部的金屬構建，通過傳導的方式將雷電波引入建筑物內，破壞與之相連接的電器設備、通信網絡等設備。邵東市地形為丘陵地帶，查詢氣象資料可知，邵陽市雷暴日為57.0d/a，邵東地區閃電平均頻次為5386頻次，平均閃電高發期是7～8月，根據閃電密度圖及閃電定位數據可得出，邵東雷電強度平均值1.OOkA.次/（km·a），地閃密度平均值2. 34次/（km·a），平均雷電流強度平均值40.26kA。湖南省有94座水庫，保障水庫庫區安全及正常防汛工作，水庫防雷工程建設對水庫安全至關重要。

1雷電概述

雷云對地放電時，強大的雷電流從雷擊點進入被擊物體，其熱效應可使雷擊點四周局部金屬熔化，被擊物為易燃物時，能將易燃物引燃，被擊物為輸電線路時，可將其熔斷。所以如果防護不當，就會釀成火災，帶來極大的損失和災難。

雷電機械效應所產生的破壞作用主要表現為兩種形式：（1）雷擊建筑物時，在電動力作用下，建筑物內的導體之間會相互吸引或排斥，引起變形，甚至會被折斷。（2）在被擊物體的內部產生內壓力是雷電機械效應破壞作用的表現形式。因雷電流幅值很高作用時間很短的特點，當其擊中樹木或建筑構件時，其內部瞬時產生大量熱量，短時間內熱量來不及散發出去，致使物體內部的水分被大量蒸發成水蒸氣，并迅速膨脹，產生巨大的爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂、建筑構件崩塌。

2工程概況

黃家壩水庫管理所位于邵東市九龍嶺山腳，處于東經111°37′34″，北緯27°6′15″，海拔280m（圖1）。辦公樓占地855.48平方米，建筑層數為3層，建筑總高度10.05米（室外地面到檐口的高度）。辦公樓東側有一隆起的山丘，北側為黃家壩水庫，加大了雷擊的概率，查詢氣象資料可知其雷暴日為57.0d，根據GB50343-2012中3.1.3邵東地區屬于多雷區。水庫管理所辦公樓接閃帶圖2安裝不規范，不符合GB50057-2010第5.2.6條接閃導體間距規定，支撐卡與圓鋼塔接形式與長度不符合規范GBT32937-2016表E.3要求。圖2儀器接地等電位連接線不符合GBT32937-2016表E.3規格及GB50057-2010規定的安裝工藝。

3防雷工程設計

3.1設計原則

為了保證黃家壩水庫重要部位及設備的安全，防雷設計方案要符合全面規劃、安全可靠、技術先進、經濟合理、便于檢測、便于維護的原則，進行綜合設計。

3.2設計措施

邵東市屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，邵東地區屬于多雷區。分析黃家壩水庫管理所通過計算年預計雷擊次數，根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》將邵東市黃家壩水庫管理所防雷設計劃分為建筑防雷第二類。根據GB50343-2012中4.3，將水庫管理所電子信息系統防雷設計劃分為B類。

3.2.1直擊雷防雷措施

邵東市黃家壩水庫管理所辦公樓根據GB50057-2010中第3.0.3劃分，按照第二類防雷建筑物設計根據滾球法計算針高為4m，安裝在監控樓頂中央位置，明敷引下線接至地網。

h—接閃桿高度;

h—滾球半徑，本次取值45m;

h—被保護物的高度，本次取值6. Sm;

r—接閃桿在h高度的水平面上的保護半徑，本次取值5. 8m。

經過計算h的取值取整為4m高度，本水庫采用2.5m的優化避雷針加1. 5m的不銹鋼支撐桿組成接閃器裝置，其他建筑直擊雷如圖2所示。

勘察發現建筑物北側有7棵大樹，根據GB50057-2010第4.2.5可知當樹木距離建筑物很近，并且不在接閃器保護范圍之內時，樹木與建筑物之間的凈距離需要大于等于Sm。實測可知圖3，樹最大間距為3m，建議砍掉或者對大樹做直擊雷保護處理。計算在樹冠安裝3m接閃桿連接引下線至地網即可。

3.2.2內部防雷系統防雷措施

IEC61312定義了防雷保護分區，結合防雷保護區要求分級布置防雷保護器，在LPZOB區與LPZ1區的交界處安裝一級防雷器，在LPZ1區與LP22區交界處安裝二級防雷器，在LP22區設備前端安裝三級防雷器，以便層層泄放雷電感應能量，逐級降低浪涌電壓，本次改造處理采用三級防雷措施。

依據GB50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》表5.4. 3-3可知，辦公樓總配電箱處位安裝一級電源防雷箱，安裝標稱放電電流（In）≥60KA的浪涌保護器，數量為1臺。標稱通流容量（ 8/20μs）：60KA/線;限制電壓：≤2500V;泄漏電流：

根據表5.4. 3-3可知，需要在1號辦公樓三樓樓梯間配電箱內（圖4）安裝標稱放電電流（In）≥30KA的浪涌保護器，安裝1臺。該產品標稱通流容量（8/20μs），具有工作狀態指示功能，產品通流量為40KA。

將水庫辦公樓內金屬設施全部連接至接地匯流排，如PLC電柜、配電柜、旋轉爬梯等就近接地，形成等電位連接體，降低電位差。

在機房內部加裝第三級防雷插排，可有效減少雷電波的侵擾，同時在通信機房及值班機房內的防靜電地板下用60mm×60mm編織紫銅帶按照網格形敷設，與靜電地板用相連，將接地電阻降到4Ω以下，增強機房內部雷電泄流能力。

4接地系統設計

為了使邵東市黃家壩水庫管理所接地電阻達到<10Ω（如圖5），總使用材料為水平接地體鍍鋅扁鋼115m、垂直接地體角鋼50*5*2000規格21根、接地模塊10塊。條形地網局部可根據工程實際修改。在網絡系統中，為保證其穩定可靠的工作，保護設備和人身安全，解決環境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統。接地的具體做法為把設備的金屬外殼、金屬機柜、金屬線槽以及防雷保安器與接地匯流排之間進行良好連接，并通過標準導線引入地下。

結語

全省氣象部門將以高質量發展為主題，以抓制度建設為主線，強化防雷安全監管能力和防雷安全保障能力建設，進一步發揮防雷支撐安全發展作用，繼續加強防雷科普宣傳教育，做好防雷安全督查巡查，嚴格按照要求執行雷電災害調查和處置程序。通過這次對邵東市黃家壩防雷系統的改造處理，有效防止了建筑物的雷擊災害，確保了人員及財產的安全，其防雷效果顯著，有效地改善了水庫工程設施汛期運用條件，為水庫工程設施正常運用提供了安全保證。

作者簡介：鄒德培（1992— ），男，本科，初級工程師，研究方向：雷電防護科學與技術。