趙侃坤
(江蘇智方建設(shè)工程有限公司,江蘇 南京210000)
GB50057—2010對(duì)建筑物的防雷分級(jí)按照建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性及后果分為3類,分別為第一類建筑、第二類建筑、第三類建筑,并對(duì)這3類防雷建筑所對(duì)應(yīng)的滾球半徑以及接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸作出了明確規(guī)定,規(guī)定了明敷接閃導(dǎo)體固定支架的高度。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中,往往按照規(guī)范中所要求的接閃導(dǎo)體固定支架的高度進(jìn)行設(shè)計(jì),忽視驗(yàn)證接閃導(dǎo)體固定支架的高度是否滿足防雷要求這一環(huán)節(jié)。
GB50057—2010對(duì)這3類建筑的滾球半徑及接閃網(wǎng)網(wǎng)格規(guī)定如表1所示。
表1 接閃網(wǎng)布置
同時(shí)還規(guī)定:明敷接閃導(dǎo)體固定支架的高度不宜小于150mm。(此要求在GB50057—2010作出補(bǔ)充,GB50057—1994中沒(méi)有具體要求)
下面采用滾球法舉例計(jì)算驗(yàn)證3類建筑采用接閃網(wǎng)防雷時(shí)所對(duì)應(yīng)的滾球半徑、接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸以及接閃導(dǎo)體固定支架的高度是否能夠完整地保護(hù)建筑物。
假設(shè)建筑物為平屋面,屋頂高度Hx=4.5m、建筑物尺寸:5m×5m、墻體厚度:300mm,接閃網(wǎng)沿建筑物屋頂四周明敷成環(huán),接閃導(dǎo)體固定支架高度Hs=150mm,滾球半徑Hr=30m。
接閃網(wǎng)高度:H=Hx+Hs=4.65m;
被保護(hù)物高度即屋頂高度:Hx=4.5m;
2根平行的接閃導(dǎo)體的距離:D=5m。
單根接閃導(dǎo)體在Hx高度保護(hù)半徑:
2根平行的接閃導(dǎo)體之間保護(hù)范圍最低點(diǎn)高度:
H0>Hx,因此在接閃網(wǎng)范圍內(nèi)的建筑物會(huì)被保護(hù)。
結(jié)合Rx=0.24m,大于“墻體厚度/2”,因此建筑物會(huì)被接閃網(wǎng)完全保護(hù)。如圖1所示。
假設(shè)建筑物為平屋面,屋頂高度Hx=4.5m、建筑物尺寸:10m×10m、墻體厚度:300mm,接閃網(wǎng)沿建筑物屋頂四周明敷成環(huán),接閃導(dǎo)體固定支架高度Hs=150mm,滾球半徑Hr=45m。
接閃網(wǎng)高度:H=Hx+Hs=4.65m;
圖1 第一類防雷建筑接閃網(wǎng)保護(hù)范圍
被保護(hù)物高度即屋頂高度:Hx=4.5m;
2根平行的接閃導(dǎo)體的距離:D=10m。
單根接閃導(dǎo)體在Hx高度保護(hù)半徑:
2根平行的接閃導(dǎo)體之間保護(hù)范圍最低點(diǎn)高度:
H0<Hx,因此在接閃網(wǎng)范圍內(nèi)建筑物中心約有一半?yún)^(qū)域保護(hù)不到,具體保護(hù)范圍如圖2所示。
圖2 第二類防雷建筑接閃網(wǎng)保護(hù)范圍
假設(shè)建筑物為平屋面,屋頂高度Hx=4.5m、建筑物尺寸:20m×20m、墻體厚度:300mm,接閃網(wǎng)沿建筑物屋頂四周明敷成環(huán),接閃導(dǎo)體固定支架高度Hs=150mm,滾球半徑Hr=60m。
接閃網(wǎng)高度:H=Hx+Hs=4.65m;
被保護(hù)物高度即屋頂高度:Hx=4.5m;
2根平行的接閃導(dǎo)體的距離:D=20m。
單根接閃導(dǎo)體在Hx高度保護(hù)半徑:
2根平行的接閃導(dǎo)體之間保護(hù)范圍最低點(diǎn)高度:
H0<Hx,因此在接閃網(wǎng)范圍內(nèi)建筑物中心大部分區(qū)域保護(hù)不了,僅邊緣部分受到保護(hù),具體保護(hù)范圍如圖3所示。
通過(guò)典型性舉例(防雷建筑物尺寸等于接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸)可以看出,GB50057—2010對(duì)3類防雷建筑所對(duì)應(yīng)的滾球半徑以及接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸作出了明確規(guī)定,而對(duì)明敷接閃導(dǎo)體固定支架的高度只用了“不宜”小于150mm,實(shí)際設(shè)計(jì)中需要計(jì)算出接閃導(dǎo)體固定支架的高度,并不能一味地采取150mm這個(gè)尺寸,做到具體工程具體對(duì)待,否則作出的防雷設(shè)計(jì)是不合格的(GB50057—2010指出即使按照規(guī)范要求,建筑要求的安全度并不能達(dá)到100%,僅能保證設(shè)備受雷擊損壞概率小于每年1/100 000,如果要做到100%,從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上來(lái)說(shuō)太浪費(fèi)了。對(duì)支撐導(dǎo)體選擇不當(dāng),直接造成設(shè)備受雷擊損壞概率增加)。
圖3 第三類防雷建筑接閃網(wǎng)保護(hù)范圍
需要指出的是,由于GB50057—2010未指明3類防雷建筑對(duì)應(yīng)的雷暴日或地面落雷密度,本文計(jì)算中無(wú)法計(jì)算建筑內(nèi)設(shè)備受雷擊損壞概率。根據(jù)規(guī)范中3類防雷建筑所要求的滾球半徑、接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸、明敷接閃導(dǎo)體固定支架的高度的合理設(shè)計(jì)保證建筑物完全受接閃網(wǎng)保護(hù),即可保證建筑內(nèi)設(shè)備受雷擊損壞概率小于每年1/100 000。而進(jìn)行35kV及以上變電站防雷設(shè)計(jì)時(shí),不能采用GB50057—2010中所規(guī)定的30m、45m、60m的滾球半徑進(jìn)行計(jì)算,應(yīng)假定滾球半徑,然后根據(jù)假定的滾球半徑進(jìn)行防雷布置,保證避雷針(避雷線)完全保護(hù)變電站電氣設(shè)備后再計(jì)算變電站設(shè)備受雷擊損壞概率,計(jì)算結(jié)果小于每年1%時(shí),即滿足變電站防雷保護(hù)的要求。
設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑防雷設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該對(duì)GB50057中所規(guī)定的各項(xiàng)要求及數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的研究,做到充分理解,而不僅僅為了套用規(guī)范。我國(guó)規(guī)范中強(qiáng)制性的要求及總結(jié)性的數(shù)據(jù)比較多,一方面減少了工程設(shè)計(jì)時(shí)出錯(cuò)的概率,提高了設(shè)計(jì)效率,但另一方面也限制了設(shè)計(jì)人員的思想。設(shè)計(jì)人員要敢于提出解決問(wèn)題的不同見(jiàn)解,舉一反三,力求設(shè)計(jì)結(jié)果更準(zhǔn)確,同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),充分掌握解決設(shè)計(jì)中諸多不合理問(wèn)題的方法。
[1]GB50057—2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]
[2]IEC1024-1—1990 Protection of structures against lightning Part 1:General principles[S]
[3]IEEE Std988—1996 IEEE Guide for direct lightning stroke shielding of substations[S]