吳仕軍，龍衾穎，王世毓

(1.貴州省防雷減災(zāi)中心，貴州 貴陽 550002;2.貴州省金沙縣氣象局，貴州 金沙 563600)

1 引言

雷擊不但直接造成對地面物體的破壞，而且雷電放電產(chǎn)生的電磁場也會通過耦合對電氣設(shè)備，尤其是弱電設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。它具有發(fā)生范圍廣、頻率高、強(qiáng)度大等特點［1］。某市地稅稽查征管、征收中心是一待建工程，其內(nèi)部設(shè)計有自動控制、通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等微電子設(shè)備和系統(tǒng)，具有耐電壓等級低，防干擾要求高，抗雷擊能力弱的特點。本文針對該中心大樓設(shè)計了一套綜合防雷的方案，在采用完善的直擊雷防護(hù)措施的前提下，著重考慮雷擊電磁脈沖對建筑內(nèi)部的信息系統(tǒng)的影響，提出采用屏蔽、共用接地系統(tǒng)、等電位連接、合理布線、加裝浪涌保護(hù)器等綜合技術(shù)。實施該方案可使建筑物的雷擊損害降到最低程度，為大樓內(nèi)部的信息系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供保障。

2 工程勘察

地稅稽查征管、征收中心地處云貴高原的東斜坡上，屬雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)。當(dāng)?shù)乩妆┤諡?1 d/a，屬高雷區(qū)。所在場地已平整，是一待建工程，經(jīng)測量土壤電阻率約為115Ω·m。用地面積14 119m2，建設(shè)用地面積11 616m2，總建筑面積22 842m2，相對地面高度64.3m。

中心大樓包括供配電系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)(安全防范系統(tǒng))、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等。其中，供配電為TN－S系統(tǒng)，采用雙路10 kV供電，在地下一層設(shè)有一座10/0.4 kV變配電所，內(nèi)設(shè)二臺變壓器和一座柴油發(fā)電機(jī)組。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共有5個機(jī)房，均設(shè)置在4層，其他房間都有一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)接口，共享一個服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。建筑物外部設(shè)置6臺云臺式視頻監(jiān)控器，分別位于主次入口、車庫入口和廣場旁邊，建筑內(nèi)部共有30架槍擊式視頻監(jiān)控器。監(jiān)控機(jī)房設(shè)置在一層弱電機(jī)房內(nèi)。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)包括火災(zāi)報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)(FAS)，使用RS232數(shù)據(jù)控制線，在每個樓層(包括地下室)都有感煙探測器、感溫探測器探頭設(shè)備。

3 防雷類別劃分

建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)N=0.18次/a。據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第2.0.3條規(guī)定:預(yù)計雷擊次數(shù)＞0.05次/a的部、省級辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物應(yīng)劃分為第二類防雷建筑物;依據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16－92第12.2.2.3條規(guī)定:“19層以上的住宅建筑物和高度超過50 m的其他民用建筑物列為二級防雷建筑物”，該建筑相對地面高度64.7 m，因此該建筑物確定為第二類防雷建筑物或二級防雷建筑物。

4 防雷工程設(shè)計

建筑物雷電防護(hù)必須采取綜合防護(hù)措施，包括外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)，涵蓋接閃、分流、屏蔽、均壓(等電位連接)、綜合布線、接地6個部分。

4.1 外部防雷

4.1.1 接閃器與引下線 按二類防雷建筑設(shè)計，屋面防雷裝置利用屋面屋脊，女兒墻等處明敷避雷帶(Φ12 mm鍍鋅圓鋼)作為接閃器。其中主樓和裙樓各采用10根引下線，并利用大樓外墻柱子柱內(nèi)的兩根Φ16 mm主筋作為防雷引下線使用，然后以焊接的方式與基礎(chǔ)接地裝置可靠焊通，各連接點要可靠焊接，使焊縫飽滿有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不得有夾渣、咬紋、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷。

4.1.2 綜合接地網(wǎng) 利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋相互連接作為接地體，基礎(chǔ)地梁對角的四根主筋應(yīng)焊聯(lián)成閉合回路。防雷接地，保護(hù)接地，弱電設(shè)備接地共用，其接地電阻不大于1Ω。

利用建筑樁基礎(chǔ)內(nèi)的橫向和縱向鋼筋作為自然接地體，采用－40 mm×4 mm將樁基礎(chǔ)、承臺、底梁鋼筋都焊接成一個完全閉合的環(huán)形接地網(wǎng)格，地網(wǎng)面積約3 500 m2。

估算接地電阻0.9Ω。利用自然接地體即可滿足接地電阻的要求，不必再增設(shè)人工輔助接地體。

4.1.3 側(cè)擊雷防護(hù) 在實際雷擊案例中側(cè)擊雷時有發(fā)生，一般側(cè)擊雷的滾球半徑小，雷電流也小，建筑結(jié)構(gòu)能夠承受，但對建筑內(nèi)部設(shè)備和人群構(gòu)成威脅。因此，對于二類防雷建筑，從室外地坪算起，建筑物從45 m開始，每層外墻處設(shè)均壓環(huán)。均壓環(huán)宜利用外墻內(nèi)圈梁內(nèi)鋼筋，并與所有引下線焊接相連各層金屬護(hù)欄、鋁合金門窗、玻璃幕墻等所有金屬構(gòu)筑物應(yīng)與均壓環(huán)可靠相連并且可靠的接入接地系統(tǒng)。

國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境決定了中小企業(yè)是否能夠長遠(yuǎn)地發(fā)展下去。在具體的發(fā)展過程中，必須要形成全面有效的經(jīng)濟(jì)環(huán)境分析，確保與企業(yè)自身內(nèi)部控制相適應(yīng)。

4.2 內(nèi)部防雷

4.2.1 等電位連結(jié)及接地 設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)至少4處，其中裙樓2處，主樓2處，設(shè)置局部等電位若干(位于機(jī)房、配電箱、洗手間等)。進(jìn)入本大樓的電纜金屬外皮、自來水管、消防管道、金屬構(gòu)件等在進(jìn)入大樓時進(jìn)行總等電位連接。

樓內(nèi)母線槽、電梯軌道、信號線及電線暗箱均進(jìn)行了等電位接地處理，玻璃幕墻金屬支架也與大樓主筋焊接在一起，各房間內(nèi)直流地、PE線(即把給設(shè)備供電的三插孔上端PE地線用6 mm2銅線與等電位連接母排相連接)、屏蔽地、靜電地及SPD接地、管道及各金屬構(gòu)件等均與大樓主筋進(jìn)行了等電位連接。靜電地板的金屬支撐之間也進(jìn)行了電氣連接處理，實現(xiàn)了共用接地。

弱電機(jī)房、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的等電位聯(lián)結(jié)方式如圖1、圖2所示。

4.2.2 屏蔽和綜合布線 為了防止雷擊電磁脈沖干擾，所有進(jìn)出大樓的線纜，均應(yīng)采用帶有金屬屏蔽層護(hù)套的線纜，或套金屬管埋地敷設(shè)。

各井(強(qiáng)電和弱電井)內(nèi)的所有線纜，應(yīng)敷設(shè)在金屬屏蔽槽(管)內(nèi)，金屬屏蔽槽(管)在穿經(jīng)每一層樓時應(yīng)與該層等電位連接帶電氣連接，并保證金屬屏蔽槽(管)首尾電氣貫通，線纜的金屬橋架也應(yīng)作多點接地處理。對于建筑內(nèi)的重要信息設(shè)備應(yīng)采用箱體式屏蔽設(shè)備(機(jī)箱、機(jī)柜等)。

4.3 各系統(tǒng)防護(hù)措施

4.3.1 供電系統(tǒng)的防護(hù) 第一級SPD1安裝在電源總配電柜低壓側(cè)，每條相線和中在線選用Ⅰ級分類實驗用沖擊電流Iimp通過幅值電流15 kA的SPD(10/350μs)。第二級SPD2安裝在總電源配電箱、消防控制間總電源配電箱、動力用電總電源配電箱和機(jī)房配電間總電源配電箱，在每條相線和中在線選用標(biāo)稱放電電流不小于40 kA的SPD(8/20 μs)。第三級SPD3分別安裝各樓層分電源配電箱、風(fēng)機(jī)房配電箱、電梯機(jī)房配電箱等在每條相線和中在線選用標(biāo)稱放電電流不小于20 kA的SPD(8/20 μs)。第四級SPD4安裝在重要設(shè)備前端(如服務(wù)器、UPS)前加裝通流容量為3 kA的SPD進(jìn)行精細(xì)保護(hù)，或采用5kA(8/20μs)防雷電源插座，在辦公室內(nèi)的微機(jī)、空調(diào)宜使用防雷電源插座。

4.3.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷保護(hù) 本文主要考慮局域網(wǎng)雷電防護(hù)，在做好局域網(wǎng)網(wǎng)線屏蔽的同時，加強(qiáng)終端設(shè)備局域網(wǎng)埠的雷電防護(hù)。在局域網(wǎng)絡(luò)的兩端安裝電涌保護(hù)器，有效地防止各種過電壓對設(shè)備造成的破壞(圖3)。

圖3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防護(hù)圖

4.3.2 視頻監(jiān)控的防護(hù) 在云臺攝像機(jī)電源、視頻、云臺控制線路前安裝一套三合一攝像機(jī)多功能電涌保護(hù)器，用于球型攝像機(jī)的防雷保護(hù)。在槍機(jī)攝像機(jī)電源、視頻線路前安裝一套二合一攝像機(jī)多功能電涌保護(hù)器，用于固定攝像機(jī)的防雷保護(hù)。各攝像機(jī)進(jìn)入監(jiān)控中心后應(yīng)安裝同軸通訊信號電涌保護(hù)器。

在中間放大器輸入端的信號在線安裝一套同軸通訊信號電涌保護(hù)器，在中間放大器輸入端的電源在線安裝一套信號及通訊電涌保護(hù)器用于中間放大器的保護(hù)。

在監(jiān)控中心16口矩陣線路前安裝一套同軸通訊信號電涌保護(hù)器，用于矩陣線路的防雷保護(hù)。在監(jiān)控幕墻信號線路前安裝一套同軸通訊信號電涌保護(hù)器，用于矩陣線路的防雷保護(hù)。

4.3.3 消防報警系統(tǒng)防護(hù) 消防報警控制系統(tǒng)的報警主機(jī)、聯(lián)動控制盤、火警廣播、對講通信等系統(tǒng)信號傳輸線宜在進(jìn)出建筑物直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZOA)或直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZOB)與第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)交界處裝設(shè)適配的信號電涌保護(hù)器。消防控制室與本地區(qū)或城市“119”報警指揮中心之間聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)出線路應(yīng)裝設(shè)適配的信號電涌保護(hù)器。

消防控制室內(nèi)，應(yīng)設(shè)置等電位連接網(wǎng)絡(luò)，室內(nèi)所有的機(jī)架(殼)、配線線槽、設(shè)備保護(hù)接地、安全保護(hù)接地、浪涌保護(hù)器接地端均應(yīng)就近接至等電位接地端子板。區(qū)域報警控制器的金屬機(jī)(殼)、金屬線槽(或鋼管)、電氣豎井內(nèi)的接地干線、接線箱的保護(hù)接地端等，應(yīng)就近接至等電位接地端子板?；馂?zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)的接地宜采用共享接地。接地干線應(yīng)采用截面積不小于16 mm2的銅芯絕緣線，并宜穿管敷設(shè)接至就近的等電位接地端子板。

5 結(jié)語

此防雷系統(tǒng)的設(shè)計可以將地稅稽查征管、征收中心所發(fā)生的雷電災(zāi)害損失減少到最小，為大樓提供了安全保障。但是根據(jù)目前的防雷技術(shù)不能從根本上避免雷電災(zāi)害的發(fā)生，所以當(dāng)雷電發(fā)生時，對于系統(tǒng)可以不工作的應(yīng)盡量關(guān)閉，以減少雷電造成的損害。

［1］馬明，張義軍.我國的雷電災(zāi)害及其防御［N］.中國氣象報，2009－4－13(2).

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