羅　瑋

(1.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙　410082；　2.湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心，湖南 長沙　410082)

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飛機(jī)庫防雷接地系統(tǒng)安全性分析及技術(shù)改造

羅瑋1，2

(1.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙410082；2.湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心，湖南 長沙410082)

摘要：從避雷帶和引下線布置、人工接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、等電位聯(lián)結(jié)等方面，介紹了某航空公司飛機(jī)庫防雷接地系統(tǒng)的改造技術(shù)，并通過計(jì)算，分析了改造后防雷接地系統(tǒng)的安全性，結(jié)果表明改造后的防雷接地系統(tǒng)消除了飛機(jī)庫可能遭遇雷擊的安全隱患。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)庫，防雷接地系統(tǒng)，接地網(wǎng)，避雷帶

在現(xiàn)代防雷科技發(fā)展中，頻頻遭到雷害的是航天部門，它是尖端科技最集中的部門并且雷害的損失嚴(yán)重。而以大規(guī)?，F(xiàn)代化研究為基礎(chǔ)，研究人員提出的一整套綜合的防雷工程技術(shù)措施，基本上可以達(dá)到航天飛行和發(fā)射場的避雷安全。目前，除了航天部門以外，我國其他各行各業(yè)對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)多數(shù)還停留在20世紀(jì)50年代～60年代以前的狀態(tài)環(huán)節(jié)。同樣，作為民航飛機(jī)場內(nèi)附屬的建筑物如機(jī)庫的防雷往往也被忽視了。所謂機(jī)庫，就是對(duì)飛機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢修的建筑物。

1某航空公司飛機(jī)庫防雷接地系統(tǒng)技術(shù)改造實(shí)例

該機(jī)庫位于長沙市黃花機(jī)場機(jī)坪內(nèi)，為1層框架結(jié)構(gòu)，屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，該建筑建于1990年，建筑面積約3 775 m2。該機(jī)庫建筑總長度為65.31 m，總寬度為57.16 m，建筑總高度為25.365 m。

通過對(duì)現(xiàn)場的勘查，同時(shí)比對(duì)原有的部分建筑物設(shè)計(jì)施工圖，針對(duì)機(jī)庫的防雷工程設(shè)施以及存在的問題進(jìn)行了分析，并對(duì)該機(jī)庫的防雷接地工程進(jìn)行了綜合技術(shù)改造和加固。

2接閃帶、引下線的改造設(shè)計(jì)

2.1避雷帶和引下線的布置

該機(jī)庫是80年代末期建筑，在2008年1月期間，更由于遭受特大冰雪自然災(zāi)害,防雷接地系統(tǒng)本身已不能達(dá)到目前規(guī)范要求。機(jī)庫存在的問題主要表現(xiàn)在：屋頂?shù)慕娱W帶由于冰雪的影響已經(jīng)滑移，遭到嚴(yán)重破壞；建筑物內(nèi)沒有形成完整的接地網(wǎng)。另外，在航空技術(shù)監(jiān)管部門的檢測中發(fā)現(xiàn)，機(jī)庫共用接地電阻值超過4 Ω，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的1 Ω，因此也下達(dá)了整改通知。

該工程按第二類防雷建筑物外部防雷措施設(shè)防，將原有破損的接閃帶進(jìn)行拆除，采用在整個(gè)屋面敷設(shè)不大于10 m×10 m或12 m×8 m的接閃網(wǎng)格，同時(shí)增設(shè)明敷引下線。其具體改造方法如下:

1)接閃帶材料選用φ12鍍鋅圓鋼，每隔1 m～1.5 m設(shè)置1個(gè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)高150 mm，用素水泥固定。拐彎半徑為圓鋼直徑的10倍，120 mm。搭接長度為100 mm。

2)引下線沿機(jī)庫屋頂四周均勻?qū)ΨQ布置，不少于2根，材料為φ10熱鍍鋅圓鋼，其間距沿周長計(jì)算不大于18 m。由于該工程屬于改造項(xiàng)目，原建筑是否利用建筑物四周原有的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線已無從考證，因此，按周長18 m間距要求沿外墻增設(shè)明敷引下線，且在各引下線距地面0.3 m～1.8 m之間裝設(shè)斷接卡,并作測試點(diǎn)。

3)在每根引下線上距地面不低于0.3 m處設(shè)接地體連接板和斷接卡，斷接卡的上端與連接板或鋼柱焊接，連接板處設(shè)置有明顯標(biāo)志。

4)在易受機(jī)械損壞和防人身接觸的地方，地面上1.7 m至地面下0.3 m的一段接地線采取暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護(hù)設(shè)施。

5)防雷裝置采用焊接，焊接長度滿足圓鋼雙面焊6d，扁鋼2b；每根引下線的沖擊接地電阻不大于10 Ω。

2.2人工接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與接地電阻計(jì)算

由于該工程是改建項(xiàng)目且年代比較久遠(yuǎn)，其地基結(jié)構(gòu)采用何種方式又不明確，接地網(wǎng)無法像新建工程那樣利用結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作自然接地體，只能采取在建筑物附近敷設(shè)人工接地體的方式。另外，在進(jìn)行防雷接地改造時(shí)，建設(shè)方也將在機(jī)庫南面共墻新建一處耳房以滿足辦公場所的需求。因此，決定將人工接地網(wǎng)在共用耳房地基結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)新地網(wǎng)與原機(jī)庫地網(wǎng)的可靠連通。

接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)如下：通常，接地電阻是防雷、防靜電接地裝置，以及電力線路、電力設(shè)備、通訊設(shè)施等正常運(yùn)行和安全防護(hù)的重要指標(biāo)，也是驗(yàn)證接地網(wǎng)系統(tǒng)是否合格主要以接地電阻值為衡量標(biāo)準(zhǔn)。人工接地體的方式有多種可以選擇，如何選擇最佳方式，這就需要對(duì)接地電阻進(jìn)行計(jì)算。耳房地處位置的土壤電阻率較高，約為1 000 Ω·m。

接地型式為TN-S系統(tǒng)。接地網(wǎng)為混合接地型，要求共用接地電阻不大于1 Ω。

接地電阻計(jì)算方法如下：

1)使用50×50×2000熱鍍鋅角鋼做垂直接地體，其工頻接地電阻計(jì)算公式如下：

其中，ρ為土壤電阻率，取1 000 Ω·m；L為垂直接地體長度，取2 m；d為接地體直徑(角鋼為邊寬)，取0.05 m。

計(jì)算結(jié)果：單個(gè)垂直接地體接地電阻：Rc=418 Ω，按垂直接地體間隔距離為5 m計(jì)算，需設(shè)置61根，則Rc=418/61=6.85 Ω。

2)使用4×40的熱鍍鋅扁鋼做水平接地體，其工頻接地電阻計(jì)算公式為：

計(jì)算結(jié)果：Rs=14.5 Ω。

3)使用接地模塊做接地體，其工頻接地電阻計(jì)算公式如下：

其中，ρ為土壤電阻率，取1 000 Ω·m；a，b分別為模塊的長和寬，取a=0.2 m，b=0.8 m；M0為模塊的調(diào)整系數(shù)，取0.5。

計(jì)算結(jié)果：Rm=85 Ω，按間隔距離為5 m，使用74個(gè)模塊作為接地體時(shí)計(jì)算，Rm=85/74=1.15 Ω。

4)結(jié)論。接地網(wǎng)的接地體由水平接地體、垂直接地體構(gòu)成。使用50×50×2 000熱鍍鋅角鋼做垂直接地體，同時(shí)增加使用接地模塊時(shí)，由水平接地體、垂直接地體、接地模塊構(gòu)成的整個(gè)地網(wǎng)的工頻接地電阻：

經(jīng)計(jì)算,R=0.922 Ω<1 Ω,地網(wǎng)符合要求。

以上所有計(jì)算結(jié)果都是在土壤電阻率ρ=1 000 Ω·m時(shí)得出,土壤電阻率會(huì)因天氣、土壤中所含的水分及土壤成分的變化而增加，隨著氣候等條件的變化，接地電阻很可能會(huì)大于1 Ω。

為此，采取使用降阻劑來有效降低地網(wǎng)的接地電阻，使其可靠的達(dá)到1 Ω以下。用長效降阻劑包裹水平接地體，水平接地體用量為15 kg/m,可使其接地電阻達(dá)到一個(gè)較低的水平。

水平接地體:

Rp=Rs×K。

其中，K為降阻劑的降阻系數(shù)，取K=0.6。

計(jì)算結(jié)果：Rs=8.7 Ω。

經(jīng)計(jì)算,R=0.88 Ω<1 Ω,地網(wǎng)符合要求。

水平接地體的接地溝尺寸如圖1所示。

5)人工接地網(wǎng)的制作方法如下。

在新建耳房64.7地×20 m的地基范圍內(nèi)新建地網(wǎng),地網(wǎng)為環(huán)形，每隔約20 m與耳房的主鋼筋連接一次，連接材料為40×4的熱鍍鋅扁鋼。地網(wǎng)還需與機(jī)庫原有的地網(wǎng)連接，間距為10 m，不少于兩處。

a.在耳房的地基范圍內(nèi)挖“#”形地溝，深1 m；垂直接地體直

接打入地溝內(nèi)，其間距不小于其長度的2倍并均勻布置；垂直接地體坑內(nèi)、水平接地體溝內(nèi)用低電阻率土壤回填并分層夯實(shí)。

b.在溝內(nèi)敷設(shè)垂直接地體的水平接地體，垂直接地體間距6 m，水平接地體埋深1 m。垂直接地體與水平接地體采用焊接的方式連接。

c.在溝內(nèi)埋設(shè)高效接地模塊，埋深1 m，與水平接地體焊接；所有焊接處需做防銹處理。

d.埋于土壤中的人工垂直接地體采用鍍鋅角鋼，規(guī)格為50×50×5×2 000；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用鍍鋅扁鋼，規(guī)格為40×4 mm；人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不小于0.7 m；埋在土壤中的接地裝置，其連接應(yīng)采用焊接，并在焊接處作防腐處理。

e.長效降阻劑包括水平接地體和垂直接地體，水平接地體用量為15 kg/m，垂直接地體用量為25 kg/m，以達(dá)到降低地網(wǎng)接地電阻的目的。

6)新地網(wǎng)與原機(jī)庫地網(wǎng)每隔10 m左右連接一次，材料為40×4 mm的熱鍍鋅扁鋼。

2.3等電位聯(lián)結(jié)

機(jī)庫內(nèi)北面放置有低壓配電柜、飛機(jī)檢修所用的儀表設(shè)備以及時(shí)常需要停放檢修的飛機(jī)，而新建耳房主要以辦公功能為主。為保證機(jī)庫內(nèi)部不產(chǎn)生反擊和危險(xiǎn)的接觸電壓、跨步電壓，使整個(gè)建筑物的地面、各金屬管線、墻板、用電設(shè)備等同處于一個(gè)電位，采用總等電位聯(lián)結(jié)，弱電接地共用防雷接地裝置，重要設(shè)備處均作局部等電位聯(lián)結(jié)。在機(jī)庫適當(dāng)位置設(shè)置了三處與防雷裝置相連的等電位聯(lián)結(jié)箱，和一處總等電位聯(lián)結(jié)端子箱，將埋地敷設(shè)的40×4 mm鍍鋅扁鋼作室內(nèi)等電位連接線。另外，外墻金屬爬梯、室內(nèi)屋面鋼架結(jié)構(gòu)和所有正常不帶電的金屬設(shè)備及管道均應(yīng)與接地線連接，進(jìn)入室內(nèi)管道在進(jìn)戶時(shí)均應(yīng)與接地裝置連接。

3結(jié)語

綜合以上對(duì)原有防雷接地系統(tǒng)的技術(shù)改造后，消除了老建筑可能遭雷擊的安全隱患，同時(shí)也較全面地完善了內(nèi)部防雷系統(tǒng)，其接地網(wǎng)的共用接地電阻的測試值符合不大于1 Ω的規(guī)范要求；另外，能有效地保護(hù)機(jī)庫內(nèi)維修工作人員的人身安全，對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備及檢修飛機(jī)同樣起到重要的保護(hù)作用。

參考文獻(xiàn):

[1]虞浩.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ).第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2005：1-25.

[2]GB 50057—2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]馬宏達(dá).防雷接地電阻的測量與實(shí)踐.建筑電氣,1996(4)：26-27.

[4]王家興.綜合防雷系統(tǒng)的技術(shù)改造.中國有線電視,2006(19/20)：27-28.

[5]楊成德.建筑物防雷設(shè)計(jì)若干參數(shù)的計(jì)算.建筑電氣,2000(3)：35-36.

The safety analysis and technical transformation of hangar lightning protection grounding system

Luo Wei1,2

(1.DesignandResearchInstituteLimitedCompany,HunanUniversity,Changsha410082,China;2.TheModernEngineeringTrainingCenter,HunanUniversity,Changsha410082,China)

Key words:hangar, lightning protection grounding system, grounding network, lightning protection zone

Abstract:From the lightning protection zone and down lead decoration, artificial grounding network design, equipotential connection and other aspects, this paper introduced the reform technology of a certain airlines hangar lightning protection grounding system, and through the calculation, analyzed the safety after transforming the lightning protection grounding system, the results showed that lightning protection grounding system after transforming eliminated the safe hidden troubles of hangar could encounter the lightning storm.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0113-02

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：羅瑋(1978- )，女，碩士，工程師

中圖分類號(hào)：TU895

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A