徐闻县气象局 广东湛江 524000
摘要：本文主要针对综合楼防雷设计的方案展开了分析，通过结合具体的工程实例，对防雷的设计方面作了详细的论述，并对设计方案作了系统的探讨，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：综合楼；防雷设计；方案
1 引言
随着社会经济的快速发展，城市建筑日渐增多，建筑遭受雷击的事件也越来越多，这使得施工单位对防雷的组织设计施工有了高度的重视。而综合楼建筑的防雷工程是一项复杂的系统工程，为了保障综合楼建筑的安全，就需要制定出一套整体防雷设计方案，以达到防止和减少雷电对建筑物 及电子信息系统造成的危害。
2 防雷环境分析
某建筑物主体结构为钢筋混凝土，共5层，附近有其他建筑物。地周围土壤电阻率ρ=100（Ω.m），大楼正面长度为22.5米，侧面长度为15.8米，楼层标高为15.0米，女儿墙高出屋面1米，楼顶有一正方形水塔，塔长2米，宽2米，高出屋面2.2米，均无防雷措施对其进行防护。
底层有一中心配电房，网络主机房设置在综合楼第三层。网络线路由光纤引入，通过一台中心交换机用光纤接到二级交换机（三台），其中两台直接与工作站连接，另一台通过双绞线连接到集线器（两个）后再与工作站连接。电源和信号线均由架空引入，所有机房供电采用TN-C-S供电机制 ，机房内设备有UPS和各类机架共4个，进出机房信号缆线为光缆和X.25数据通信，网络线路在楼内布设。
3 雷电和雷电电磁脉冲损害设备的途径
雷电和雷电电磁脉冲主要通过两种形式：一种是通过金属管线或地线直接传导雷电损害设备；另一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌损害设备，绝大部分雷电损害由这种感应引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的 雷电电磁脉冲的耦合能量，本综合楼雷电和雷电电磁脉冲损害设备主要是通过以下两个途径造成的：
电源线，该综合楼低压配电系统由室外变压器架空线直接引入底层配电房，后由总配电箱分到各个楼层分配电箱，再由分配电箱到相应的电子设备端。
信号线，包括光缆、X.25数据线、电话线，这些线均由室外架空引入，雷电波极容易沿这些线路侵入而造成端口设备损坏。
4 主机房防雷区域
该综合楼为三类防雷建筑物，根据GB50057–94（2010）第3.4.7条“引下线不应少于两根，但周长不超过25m且高度不超过40m的建筑物可只设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下 线，但引下线的平均间距不应大于25m”。可知该大楼是利用建筑物四周的钢柱作引下线的，按照跨度设制的，它的引下线条数为6根，安全距离的估算，按照规范要求：防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，当金属物或电气线路与防雷的接地装 置之间不相连时，其与引下线之间的安全距离应符合下式要求：
当lx＜5Ri时，Sa3≥0.2kc（Ri+0.1lx）
当lx≥5Ri时，Sa3≥0.05kc（Ri+lx）
式中Sa3——空气中距离（m）；
Ri——引下线的冲击接地电阻（Ω）；
lx——引下线计算点到地面的长度（m），取16米；
经计算，分流系数kc为0.17；Ri=R/A（ρ=100Ω·m，取A为1）故Ri=R=2.8
本文lx为16≥5ⅹ2.8=14，所以Sa3≥0.05kc（Ri+lx）
≥0.05ⅹ0.17（2.8+16）
≥0.24（m）
依照中华人民共和国国家标准GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中第6.3.2条“在建筑物或房间的大空间屏蔽是由诸如金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件组成时，这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽，穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连 接。”
当对屏蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度的衰减应按下列方法计算。
5 确定防护要点
根据GB50057，GB50343以及现场的勘察资料和建筑物的重要性、使用性质、和特点来确定雷电防护的重点。
综合楼楼体的直击雷防护；
综合楼内电子信息系统对雷电电磁脉冲的防护；
综合考虑部分：建筑物内整个供电系统电源线路的防雷电感应措施；信号线路的防雷电感应措施；等电位连接、接地系统、过电压及其它防雷措施；
6 防雷具体设计方案
6.1 外部防雷
6.1.1 直击雷防护
由于该综合楼属于第三类防雷建筑物，整个屋面采用避雷带和避雷网混合组成的接闪方式对其屋面进行保护。采用Ф12mm热镀锌圆钢沿建筑物四周女儿墙及水塔沿边敷设，避雷带支持卡间距为120cm，高15cm，转角处悬空段不大于1米，同时屋面采用热镀锌圆钢组成15×8米避雷网格。避雷 网格沿屋面敷设，所有高出屋面的各种金属构件均需与避雷带焊接相连，并与大楼主钢筋进行可靠焊接连通。屋面防雷平面图如下图所示：
图1 综合楼屋面防雷平面图.png)
注意：
（1）在接闪器保护范围内不是没有雷击，只是雷击能量较小，滚球半径R越小，进入保护范围的雷击能量也越小，也就是说接闪器的防雷效果越好；
（2）接闪器也并非越高越好，超过60米的接闪器在技术上是没有多大意义的；
（3）注意接闪器与系统外置部分的保护角与防闪络安全距离，必要时进行搭接处理；
（4）理论上任何良好地的金属物体都可以作为接闪器。
6.1.2 引下线
本综合楼引下线是利用建筑物混凝土中的柱内对角两根主钢筋Ф16mm（Ф≥12mm，可靠连接）作为自然引下线，引下线沿建筑物四周屋角布置，可以有效的抑制雷电电磁脉冲的危害，有效的对其泄流，其平均间距12.8米。同时引下线的良好布置，也对内部电子信息系统的设备起到了初级屏 蔽的作用。其分布图如下所示：
图2 引下线位置分布图.png)
6.1.3 接地装置
本方案防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，接地装置的接地电阻值按接入设备中要求的最小值确定，小于等于4.0欧姆。接地装置利用建筑物的自然接地体，经检测，该自然接地体的接地电阻值为2.8欧姆，达到标准要求，不需要增加人工接地体。
6.2 建筑物内部雷电防护
6.2.1 屏蔽
机房的屏蔽：主要是内屏蔽和外屏蔽，适当的运用局部屏蔽的方法来有效的消除电磁干扰，雷电危害。对于普通的办公室，由于大楼楼体本身就是一个很好的“法拉第屏蔽笼”，起到初级屏蔽的作用，设备的机箱又可以起到次级的屏蔽作用，对于一般的小型机房和对设备要求不是很高的条 件下的场所，不需要再做屏蔽措施，就可以保证设备正常工作，不受雷电损害。对于重要的机房，如中心机房和营业部的机房，我们要将室内用六面金属网屏蔽起来，做到良好的次级屏蔽，则满足规范要求。
6.2.2 接地与等电位
为了保证综合楼内部信息系统电子设备和操作人员的安全，所有各类电气、电子信息设备均应进行等电位连接、良好的接地处理，使得所有雷电流顺利泄入大地。各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，再将各个交界处的电位都通过母线排连接起来。
为防止闪络和过电压，在国际GB50057-94中提出了等电位连接的要求。共地的基本目的是希望达到全面地电位等电位，抵御雷电的高压反击。如果强行等电位，必将造成不愉快的后果，IEC61312标准明确指示：当共地无法实现时，采用电压瞬间导通的SPD元件，实现雷电来临时，达到瞬间 共地。
大楼内各弱电系统的具体等点位措施：外墙上所有金属栏杆、门窗均与避雷带可靠连接，避雷带再与引下线可靠连接。竖直敷设的金属管道及金属物两端连接使其与引下线形成并联线路，使雷电流更迅速的入地。进入大楼的光缆，在入户处将光缆中的加强钢筋作接地处理，接地线就近接至 均压环或接地汇集排。
楼内语音线路采用的三类大对数电缆，有条件最好敷设在屏蔽槽（管）内，并将电缆的金属屏蔽层在进入机房前和另一端做接地处理，接地线就近接地。
机房的接地（等电位联结），对于机房的接地，根据机房的占地面积、使用性质、重要性和自身特点，结合建筑物防雷规范GB50343-2004计算机机房的相关规定，采取一点接地的方法对其进行保护，如图3所示
图3 计算机全方位防雷接地逻辑图.png)
关于图4的几点说明：
（1）机房的逻辑地线、保护地地线选用35m㎡多股铜线至各配电柜和空调配电柜。
（2）计算机机房内敷设接地母线采用4mm×40mm的铜排，如图，安装于静电地板之下。
（3）将计算机机房内各种金属管道、屏蔽外壳、金属门窗、静电地板支架、各种设备、机柜外壳均采用6mm2多股铜芯线就近接地于接地母排上。
大楼的计算机房的六面屏蔽网应与机房内环形接地母线、防静电地板均匀多点连。
通过星型（S型结构）或网型（M型结构）把设备直流地以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。一般的办公室机房选S型，营业厅和在三楼的中心机房由于计算机设备较多，选M型结构。具体联结如下：
在机房内用铜条设环形接地母线排，将机房内所有接地及金属物、门窗与母线排连接，如保护接地线、电源PE线、进出机房和各种电缆的金属保护层、金属套管（槽）、设备的接地线、防静电接地、各种金属管道、金属吊顶等，母线排还应与同楼层的建筑物钢筋连接，连接导线采用25mm2 以上多股铜芯线。
按照《接地系统标准施工图》进行接地连接，焊接时搭接长度符合规范规定，圆钢搭接长度≥6D（D为圆钢直径），双面焊；扁钢搭接长度≥2b（b为扁钢宽度），三面焊，严禁“T”型搭接和直接对接；圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。焊缝应平整、饱满、不得有咬肉、焊瘤等 现象，焊缝严禁用砂轮机打磨，螺柱连接时，应紧固有防松（弹簧垫）措施。
6.2.3 合理布线
通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。
通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或衡梁并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。
计算机机房的设备尽量采用光缆，但采用光缆应注意将金属加强筋进行接地连接；适当地增加引入线长度，或设置成电感形式以增大匝间电容和对地电容，可抑制雷电波头陡度。
6.3 电源线路的防护
电力传输线是涉及范围最为广泛的传输线，事实证明80﹪以上的雷电入侵波来自于电力传输线，对于该信用社的网络数据线及语音、安全防范等系统内的电源线的防雷应采取“多重保护、层层设防”的原则，根据设备的重要程度和地理位置进行有重点，有层次的多级保护，从而逐步根据现 场考察资料。该信用社采用的是TN-C-S的供电机制，根据ICE和GB的有关标准的规定，对电源系统应实施三级防护，由于人户为架空电缆引入，所以在总配电柜应安装开关型SPD作为第一级保护；分配电柜线路输入端应安装限压型SPD作为第二级保护；在电子信息设备电源进线端应安装限压 型SPD三级保护。
每一级的通流容量按照规范GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中表5.4.1-2的参数：第一级使用通流容量不少于60kA的电源避雷器（对雷电进行90%的吸收），第二级使用不少于20kA的电源避雷器（第一级避雷器吸收雷电后，对残余感应雷电进行吸收，使雷电的能量基本吸 收完毕）第三极使用通流容量不少于20kA的电源避雷器（对残余的雷电杂波及其它操作过电压、容性负载感性负载引起的浪涌的吸收）。若第一线防雷器件与第二级防雷器件之间拉开直线距离10米以上，第二级与第三级之间拉开直线距离5米以上，利用将入侵雷电波的过电压、过电流降到 设备可以承受的水平。
6.4 信号线路的防感应雷保护
由于信号系统，尤其是与信号传输线相连接的设备接口工作电压较低，而且耐压水平也很低，对于由信号传输线引入的感应雷电波特别敏感，极易损坏。为了有效的传输数据和正确地进行通讯，防止雷击浪涌过电压的危害，在网络数据及语音、安全防范等系统设备的信号接口处安装相应的 信号避雷器是非常必要的。需要对监控系统、计算机网络系统和大屏幕显示系统等加装SPD，有效进行雷电防护。
7 结语
综上所述，本文就综合楼防雷设计的方案进行了分析，通过结合具体的工程实例，对防雷设计的方案及组织施工方面作了系统的论述，相信对类似的防雷施工能起到一定的帮助作用。
参考文献：
[1]陈少锋、韩业滨、冯锡煊.高层建筑防雷设计方案[J].广东建材.2005（10）.
[2]李全景.中医医院新建综合楼防雷设计要点浅析[J].科技资讯.2011（26）.
论文作者:李斌,蔡国桥
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/9/1
标签：雷电论文; 防雷论文; 建筑物论文; 机房论文; 综合楼论文; 屏蔽论文; 金属论文; 《基层建设》2016年15期论文;