黄家坝水库系统防雷工程设计思考分析范文

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摘要:本文以邵东市黄家坝水库管理所为实例，依照相关设计规范，对黄家坝水库进行防雷工程设计，通过清理、统计以往雷击损坏的水库工程设施及设备，并对雷电破坏较为严重的工程部位进行了仔细的现场勘验排查，制定了直击雷、感应雷防护和接地系统设计方案，保障了水库建筑物安全。针对改造处理的重点、难点进行了深入的探讨分析，对关键部位防雷系统进行了改造处理，大大降低了雷电灾害对水库工程设施带来的破坏损失，为水库工程设施正常运行提供了安全保障。

关键词:水库;防雷;改造处理

雷击是严重的自然灾害之一，当雷电击中建筑物时，由于雷电是具有高电压、大电流，作用时间极短的瞬变过程，通常在瞬间释放出巨大的能量，如果被击中将会造成安全事故，随着时代发展，大部分雷击事故都是雷电波入侵、雷电电磁脉冲辐射、地电位反击类型，雷电流通过建筑物本身或内部的金属构建，通过传导的方式将雷电波引入建筑物内，破坏与之相连接的电器设备、通信网络等设备［1-2］。邵东市地形为丘陵地带，查询气象资料可知，邵阳市雷暴日为57．0d/a，邵东地区闪电平均频次为5386频次，平均闪电高发期是7～8月，根据闪电密度图及闪电定位数据可得出，邵东雷电强度平均值1．00kA•次/(km2•a)，地闪密度平均值2．34次/(km2•a)，平均雷电流强度平均值40．26kA。湖南省有94座水库，保障水库库区安全及正常防汛工作，水库防雷工程建设对水库安全至关重要。

1雷电概述

雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点进入被击物体，其热效应可使雷击点四周局部金属熔化，被击物为易燃物时，能将易燃物引燃，被击物为输电线路时，可将其熔断。所以如果防护不当，就会酿成火灾，带来极大的损失和灾难。雷电机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式:(1)雷击建筑物时，在电动力作用下，建筑物内的导体之间会相互吸引或排斥，引起变形，甚至会被折断。(2)在被击物体的内部产生内压力是雷电机械效应破坏作用的表现形式［3-4］。因雷电流幅值很高作用时间很短的特点，当其击中树木或建筑构件时，其内部瞬时产生大量热量，短时间内热量来不及散发出去，致使物体内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，能够使被击树木劈裂、建筑构件崩塌［5］。

2工程概况

黄家坝水库管理所位于邵东市九龙岭山脚，处于东经111°37'34″，北纬27°6'15″，海拔280m(图1)。办公楼占地855．48平方米，建筑层数为3层，建筑总高度10．05米(室外地面到檐口的高度)。办公楼东侧有一隆起的山丘，北侧为黄家坝水库，加大了雷击的概率，查询气象资料可知其雷暴日为57．0d，根据GB50343-2012中3．1．3邵东地区属于多雷区。水库管理所办公楼接闪带图2安装不规范，不符合GB50057-2010第5．2．6条接闪导体间距规定，支撑卡与圆钢塔接形式与长度不符合规范GBT32937-2016表E．3要求。图2仪器接地等电位连接线不符合GBT32937-2016表E．3规格及GB50057-2010规定的安装工艺。

3防雷工程设计

3．1设计原则

为了保证黄家坝水库重要部位及设备的安全，防雷设计方案要符合全面规划、安全可靠、技术先进、经济合理、便于检测、便于维护的原则，进行综合设计［6］。

3．2设计措施

邵东市属于亚热带季风性湿润气候，邵东地区属于多雷区。分析黄家坝水库管理所通过计算年预计雷击次数，根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》将邵东市黄家坝水库管理所防雷设计划分为建筑防雷第二类。根据GB50343-2012中4．3，将水库管理所电子信息系统防雷设计划分为B类。

3．2．1直击雷防雷措施

邵东市黄家坝水库管理所办公楼根据GB50057-2010中第3．0．3划分，按照第二类防雷建筑物设计根据滚球法计算针高为4m，安装在监控楼顶中央位置，明敷引下线接至地网。rx=h2hr(-h)■-hx2hr-hx()■(1)h—接闪杆高度;hr—滚球半径，本次取值45m;hx—被保护物的高度，本次取值6．5m;rx—接闪杆在hx高度的水平面上的保护半径，本次取值5．8m。经过计算h的取值取整为4m高度，本水库采用2．5m的优化避雷针加1．5m的不锈钢支撑杆组成接闪器装置，其他建筑直击雷如图2所示。勘察发现建筑物北侧有7棵大树，根据GB50057-2010第4．2．5可知当树木距离建筑物很近，并且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距离需要大于等于5m。实测可知图3，树最大间距为3m，建议砍掉或者对大树做直击雷保护处理。计算在树冠安装3m接闪杆连接引下线至地网即可。

3．2．2内部防雷系统防雷措施

IEC61312定义了防雷保护分区，结合防雷保护区要求分级布置防雷保护器，在LPZOB区与LPZ1区的交界处安装一级防雷器，在LPZ1区与LPZ2区交界处安装二级防雷器，在LPZ2区设备前端安装三级防雷器，以便层层泄放雷电感应能量，逐级降低浪涌电压，本次改造处理采用三级防雷措施。依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》表5．4．3-3可知，办公楼总配电箱处位安装一级电源防雷箱，安装标称放电电流(In)≥60KA的浪涌保护器，数量为1台。标称通流容量(8/20μs):60KA/线;限制电压:≤2500V;泄漏电流:＜10uA;响应时间:≤25ns;模块式并联安装，具有工作状态指示功能。根据表5．4．3-3可知，需要在1号办公楼三楼楼梯间配电箱内(图4)安装标称放电电流(In)≥30KA的浪涌保护器，安装1台。该产品标称通流容量(8/20μs)，具有工作状态指示功能，产品通流量为40KA。将水库办公楼内金属设施全部连接至接地汇流排，如PLC电柜、配电柜、旋转爬梯等就近接地，形成等电位连接体，降低电位差。在机房内部加装第三级防雷插排，可有效减少雷电波的侵扰，同时在通信机房及值班机房内的防静电地板下用60mm×60mm编织紫铜带按照网格形敷设，与静电地板用相连，将接地电阻降到4Ω以下，增强机房内部雷电泄流能力［7-8］。

4接地系统设计

为了使邵东市黄家坝水库管理所接地电阻达到＜10Ω(如图5)，总使用材料为水平接地体镀锌扁钢115m、垂直接地体角钢50*5*2000规格21根、接地模块10块。条形地网局部可根据工程实际修改。在网络系统中，为保证其稳定可靠的工作，保护设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。接地的具体做法为把设备的金属外壳、金属机柜、金属线槽以及防雷保安器与接地汇流排之间进行良好连接，并通过标准导线引入地下。

结语

全省气象部门将以高质量发展为主题，以抓制度建设为主线，强化防雷安全监管能力和防雷安全保障能力建设，进一步发挥防雷支撑安全发展作用，继续加强防雷科普宣传教育，做好防雷安全督查巡查，严格按照要求执行雷电灾害调查和处置程序。通过这次对邵东市黄家坝防雷系统的改造处理，有效防止了建筑物的雷击灾害，确保了人员及财产的安全，其防雷效果显著，有效地改善了水库工程设施汛期运用条件，为水库工程设施正常运用提供了安全保证［9-10］。

作者：邹德培 禹承浩 刘冬梅 单位：邵阳市气象局