沧县气象局 河北沧州 061001
摘要：本文综合考虑了沧州市开发区车辆运管所办公楼建筑的自身性质、所在地的气候条件、土壤类型、雷暴特征等综合因
素和相关的防雷规范，并结合实地勘察所获取的相关数据资料，对该办公楼进行了全面、系统的防雷工程设计。
关键词：机房；防雷工程设计；等电位；接地
1工程勘察
1.1沧州气候环境及建筑地理特征
沧州市地处东北中部松嫩平原，属中温带大陆性季风气候区，年降水量多集中在7-8月，降水量约占全年降水量的1/3，雷暴活动主要集中在7-8月。当地土壤类型为富含腐殖质的黑土，土质较好，电阻率为100Ω·m，车检所位于沧州市区东北部松花江畔，地势平坦，起伏不大，办公楼位于车检所中部，附近无高大建筑，据气象机构资料可知，当地年平均雷暴日为21.5d/a。
1.2建筑结构和性质
车检所办公楼为钢筋混凝土结构，屋顶无天馈设施，为平面顶结构，建筑长30m、宽17m、高17m，共六层。电源线从建筑物外部配电房引入，分配电箱、机房主控室位于二楼，其余楼层均为办公室。自来水管、电话线路、暖气管，电源线由距建筑物30m处配电房埋地引入，网络信号通过光纤引入。分配电箱、机房位于二楼，配电制式为TN-S。机房主控室位于二楼，地面铺设抗静电地板，内部网络结构为星型，100Mb/s以太交换网，通过路由器与外部连接成互联网，共有15个调制解调器，接口均为RJ-45。网络布设由光纤引入，再在机房经由交换机分别用非屏蔽双绞线引至各终端计算机处。电话线埋地引入各设备间，再由设备间引至各个信息点；监控线路直接由摄像头引入监控室。
2建筑防雷分类确定
2.1雷击大地年平均密度
[次/(km2·a)]
其中：
Td——年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定。
2.2雷击大地等效截收面积
==59.75（m）
=[30×17+3.14×17(200-17)+(30+17) × ] = 0.15（）
2.3预计雷击次数
该建筑预计雷击次数为0.06～0.3，且为一般性民用建筑。根据GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》，车管所办公楼划为第三类防雷建筑物。
2.4信息系统雷电防护等级
根据公式：可接受的最大年平均雷击次数NC的计算： NC=5.8×10–1.5/C
各类因子：C＝C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6
取C11.0、C22.5、C30.5、C41.0、C51.0、C60.8，
则C＝6.8
机房所在楼层内设有配电柜和UPS电源，电源供电制式为TN-S，电源线为高压埋地电缆入户，信号线缆为埋地入户，线路长均为200m。
根据GB50343-2004可知：
N2＝1.30·[ (0.1×100×200×10-6) + (2×100×200×10-6)]＝0.0546
则N＝0.2096
E＝1-(NC/N)
经计算：E=0.81
由于E值大于0.80小于0.90，根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，此建筑物机房的雷电防护等级为C级。
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2.5雷击风险评估
根据风险评估有关数据和特性，就实地勘测情况，依据标准IEC 62305-2《风险管理》，该建筑物需要考虑的损失类型主要有第一类损失——人员生命损失。其中在第一类损失风险中，因无户外人员，故只对户内评估。
第一类损失：R1=6.5897×10-5。
R1＞RT（10-5次/a），要进行防雷保护，可采取措施主要有：
①用符合要求的保护级别的LPS对建筑物保护；
②建筑物按二类防雷建筑物标准防直击雷设计，所有进入建筑外来导电物均要等电位连接，并采
取防雷击电磁脉冲干扰相关措施；
③在每个有通讯设备房间建议预留等电位连接箱，并在指定位置安装SPD。
3防雷工程设计
3.1外部防雷
3.1.1接闪器
该建筑属第三类防雷建筑物，屋顶为平面，属多层建筑，选择避雷带作为接闪器。在屋顶边缘明装设直径为10mm的圆钢避雷带，支架采用25×3mm镀锌扁钢，卡间距100cm，支起高度160mm。也可以利用屋顶下方结构的金属部件、排水管、栏杆等作为自然接闪器，与装设避雷带连接成整体。
3.1.2引下线
办公大楼周长94m,柱距6m，III类防雷建筑物引下线间距≤25m，选择利用混凝土柱子外侧主钢筋作为四根引下线，节约钢材且安全。将引下线与屋顶避雷带和接地装置焊接，每层至少有一个箍筋与柱所有钢筋相焊接，可使引下线柱钢筋间电位均衡，增加引下线泄流能力。此外，建筑物技术框架、互连钢筋、外部金属立面结构等可作为自然引下线。
3.1.3接地装置
防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置；每根引下线冲击接地电阻应≤30Ω，并与埋地金属管道相连；优先利用建筑物柱子基础的钢筋作为接地体，保证地面电位分布均匀。该建筑物基础接地电阻值估算如下：
R=0.5×100/=2.21Ω
符合第三类防雷建筑物接地电阻要求，所以将大楼基础钢筋作为自然接地体。
接地端子设计应采用40×4mm扁钢从就近结构柱或圈梁内主钢筋焊接引出，以便设备就近接地。
3.2内部防雷
3.2.1屏蔽措施
在未另外装设屏蔽网格前，将该建筑本身金属框架作为初级屏蔽网格，已知网格宽度W=3m，使用直径20mm的钢筋，依据公式：
建筑物初级屏蔽的屏蔽系数：=8.3dB
假设幅值为150KA的雷电流落在距建筑的周围50m处，可计算机房内部磁场强度：
=477.7 A/m
依据公式：
==183.7 A/m =2.31GS
加密屏蔽网格，形成第二级屏蔽，用直径5mm钢筋作为屏蔽材料，屏蔽网格宽度为0.2m。依据屏蔽系数公式，得第二级屏蔽网格的屏蔽系数SF2为：
SF2==31.5dB
磁场强度为：=0.06GS
将计算机设备金属外壳有效接地，可发挥屏蔽作用；机房中空调设备电源线和控制线也要穿金属管屏蔽或采用金属桥架屏蔽。从室外低压配电箱进入办公楼供电线路应采用金属铠甲埋地敷设，埋地长度应符合下列表达式的要求，但应≥15m：
l≥2
代入=100，计算得l≥20m，所以埋地长度应≥20m，金属电缆外皮应两端接地。
3.2.2等电位连接
当雷电放电时电磁辐射将在附近导体回路上产生很高感应电压，在导体开环处可引起空气击穿放电，必须使机房内人能接触的一切与大地有直接联系的金属物体均要实现电气连接，减少地线及金属物体之间电位差，防止雷击引起机房内部金属物体之间电位差，保护机房内部人员人身和设备安全。
3.2.3 SPD安装
①电源SPD安装。I级电源SPD可将感应雷击过电压限制到4KV以下。电源线路进入建筑物前，已由30米外配电房埋地引入，埋地管道金属屏蔽层就近接在等电位连接排上，并安装I级SPD保护；II级电源SPD可将I级防雷器泄放电流后剩余的雷电残压引入大地，安装在机房所在楼层电源分配柜；III级防雷器需10KA 以上通流容量，尽量靠近设备。
②通讯线路防浪涌保护。在主交换机接口处安装网络线SPD，通讯信号线路上分别串联RJ45-ADSL/4信号防雷器，接口形式为RJ45。机房网线采用II级信号浪涌保护器，安装在交换机处光电转换端口后端。
参考文献：
[1]梅卫群.《建筑防雷工程设计》.气象出版社，2003.
[2]中华人民共和国建设部.《GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范》[S]，气象出版社，2004.
作者简介：
黄莉（1985-），女，汉族，本科学历，河北省沧州市人，助理工程师，从事防雷工作。
论文作者:黄莉
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/10
标签：防雷论文; 建筑物论文; 屏蔽论文; 机房论文; 钢筋论文; 建筑论文; 金属论文; 《防护工程》2017年第13期论文;