黃家壩水庫系統(tǒng)防雷工程設(shè)計思考分析范文

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摘要:本文以邵東市黃家壩水庫管理所為實例，依照相關(guān)設(shè)計規(guī)范，對黃家壩水庫進行防雷工程設(shè)計，通過清理、統(tǒng)計以往雷擊損壞的水庫工程設(shè)施及設(shè)備，并對雷電破壞較為嚴(yán)重的工程部位進行了仔細(xì)的現(xiàn)場勘驗排查，制定了直擊雷、感應(yīng)雷防護和接地系統(tǒng)設(shè)計方案，保障了水庫建筑物安全。針對改造處理的重點、難點進行了深入的探討分析，對關(guān)鍵部位防雷系統(tǒng)進行了改造處理，大大降低了雷電災(zāi)害對水庫工程設(shè)施帶來的破壞損失，為水庫工程設(shè)施正常運行提供了安全保障。

關(guān)鍵詞:水庫;防雷;改造處理

雷擊是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，當(dāng)雷電擊中建筑物時，由于雷電是具有高電壓、大電流，作用時間極短的瞬變過程，通常在瞬間釋放出巨大的能量，如果被擊中將會造成安全事故，隨著時代發(fā)展，大部分雷擊事故都是雷電波入侵、雷電電磁脈沖輻射、地電位反擊類型，雷電流通過建筑物本身或內(nèi)部的金屬構(gòu)建，通過傳導(dǎo)的方式將雷電波引入建筑物內(nèi)，破壞與之相連接的電器設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備［1-2］。邵東市地形為丘陵地帶，查詢氣象資料可知，邵陽市雷暴日為57．0d/a，邵東地區(qū)閃電平均頻次為5386頻次，平均閃電高發(fā)期是7～8月，根據(jù)閃電密度圖及閃電定位數(shù)據(jù)可得出，邵東雷電強度平均值1．00kA•次/(km2•a)，地閃密度平均值2．34次/(km2•a)，平均雷電流強度平均值40．26kA。湖南省有94座水庫，保障水庫庫區(qū)安全及正常防汛工作，水庫防雷工程建設(shè)對水庫安全至關(guān)重要。

1雷電概述

雷云對地放電時，強大的雷電流從雷擊點進入被擊物體，其熱效應(yīng)可使雷擊點四周局部金屬熔化，被擊物為易燃物時，能將易燃物引燃，被擊物為輸電線路時，可將其熔斷。所以如果防護不當(dāng)，就會釀成火災(zāi)，帶來極大的損失和災(zāi)難。雷電機械效應(yīng)所產(chǎn)生的破壞作用主要表現(xiàn)為兩種形式:(1)雷擊建筑物時，在電動力作用下，建筑物內(nèi)的導(dǎo)體之間會相互吸引或排斥，引起變形，甚至?xí)徽蹟唷?2)在被擊物體的內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)壓力是雷電機械效應(yīng)破壞作用的表現(xiàn)形式［3-4］。因雷電流幅值很高作用時間很短的特點，當(dāng)其擊中樹木或建筑構(gòu)件時，其內(nèi)部瞬時產(chǎn)生大量熱量，短時間內(nèi)熱量來不及散發(fā)出去，致使物體內(nèi)部的水分被大量蒸發(fā)成水蒸氣，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂、建筑構(gòu)件崩塌［5］。

2工程概況

黃家壩水庫管理所位于邵東市九龍嶺山腳，處于東經(jīng)111°37'34″，北緯27°6'15″，海拔280m(圖1)。辦公樓占地855．48平方米，建筑層數(shù)為3層，建筑總高度10．05米(室外地面到檐口的高度)。辦公樓東側(cè)有一隆起的山丘，北側(cè)為黃家壩水庫，加大了雷擊的概率，查詢氣象資料可知其雷暴日為57．0d，根據(jù)GB50343-2012中3．1．3邵東地區(qū)屬于多雷區(qū)。水庫管理所辦公樓接閃帶圖2安裝不規(guī)范，不符合GB50057-2010第5．2．6條接閃導(dǎo)體間距規(guī)定，支撐卡與圓鋼塔接形式與長度不符合規(guī)范GBT32937-2016表E．3要求。圖2儀器接地等電位連接線不符合GBT32937-2016表E．3規(guī)格及GB50057-2010規(guī)定的安裝工藝。

3防雷工程設(shè)計

3．1設(shè)計原則

為了保證黃家壩水庫重要部位及設(shè)備的安全，防雷設(shè)計方案要符合全面規(guī)劃、安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、便于檢測、便于維護的原則，進行綜合設(shè)計［6］。

3．2設(shè)計措施

邵東市屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，邵東地區(qū)屬于多雷區(qū)。分析黃家壩水庫管理所通過計算年預(yù)計雷擊次數(shù)，根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》將邵東市黃家壩水庫管理所防雷設(shè)計劃分為建筑防雷第二類。根據(jù)GB50343-2012中4．3，將水庫管理所電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計劃分為B類。

3．2．1直擊雷防雷措施

邵東市黃家壩水庫管理所辦公樓根據(jù)GB50057-2010中第3．0．3劃分，按照第二類防雷建筑物設(shè)計根據(jù)滾球法計算針高為4m，安裝在監(jiān)控樓頂中央位置，明敷引下線接至地網(wǎng)。rx=h2hr(-h)■-hx2hr-hx()■(1)h—接閃桿高度;hr—滾球半徑，本次取值45m;hx—被保護物的高度，本次取值6．5m;rx—接閃桿在hx高度的水平面上的保護半徑，本次取值5．8m。經(jīng)過計算h的取值取整為4m高度，本水庫采用2．5m的優(yōu)化避雷針加1．5m的不銹鋼支撐桿組成接閃器裝置，其他建筑直擊雷如圖2所示。勘察發(fā)現(xiàn)建筑物北側(cè)有7棵大樹，根據(jù)GB50057-2010第4．2．5可知當(dāng)樹木距離建筑物很近，并且不在接閃器保護范圍之內(nèi)時，樹木與建筑物之間的凈距離需要大于等于5m。實測可知圖3，樹最大間距為3m，建議砍掉或者對大樹做直擊雷保護處理。計算在樹冠安裝3m接閃桿連接引下線至地網(wǎng)即可。

3．2．2內(nèi)部防雷系統(tǒng)防雷措施

IEC61312定義了防雷保護分區(qū)，結(jié)合防雷保護區(qū)要求分級布置防雷保護器，在LPZOB區(qū)與LPZ1區(qū)的交界處安裝一級防雷器，在LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū)交界處安裝二級防雷器，在LPZ2區(qū)設(shè)備前端安裝三級防雷器，以便層層泄放雷電感應(yīng)能量，逐級降低浪涌電壓，本次改造處理采用三級防雷措施。依據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》表5．4．3-3可知，辦公樓總配電箱處位安裝一級電源防雷箱，安裝標(biāo)稱放電電流(In)≥60KA的浪涌保護器，數(shù)量為1臺。標(biāo)稱通流容量(8/20μs):60KA/線;限制電壓:≤2500V;泄漏電流:＜10uA;響應(yīng)時間:≤25ns;模塊式并聯(lián)安裝，具有工作狀態(tài)指示功能。根據(jù)表5．4．3-3可知，需要在1號辦公樓三樓樓梯間配電箱內(nèi)(圖4)安裝標(biāo)稱放電電流(In)≥30KA的浪涌保護器，安裝1臺。該產(chǎn)品標(biāo)稱通流容量(8/20μs)，具有工作狀態(tài)指示功能，產(chǎn)品通流量為40KA。將水庫辦公樓內(nèi)金屬設(shè)施全部連接至接地匯流排，如PLC電柜、配電柜、旋轉(zhuǎn)爬梯等就近接地，形成等電位連接體，降低電位差。在機房內(nèi)部加裝第三級防雷插排，可有效減少雷電波的侵?jǐn)_，同時在通信機房及值班機房內(nèi)的防靜電地板下用60mm×60mm編織紫銅帶按照網(wǎng)格形敷設(shè)，與靜電地板用相連，將接地電阻降到4Ω以下，增強機房內(nèi)部雷電泄流能力［7-8］。

4接地系統(tǒng)設(shè)計

為了使邵東市黃家壩水庫管理所接地電阻達到＜10Ω(如圖5)，總使用材料為水平接地體鍍鋅扁鋼115m、垂直接地體角鋼50*5*2000規(guī)格21根、接地模塊10塊。條形地網(wǎng)局部可根據(jù)工程實際修改。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作，保護設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統(tǒng)。接地的具體做法為把設(shè)備的金屬外殼、金屬機柜、金屬線槽以及防雷保安器與接地匯流排之間進行良好連接，并通過標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線引入地下。

結(jié)語

全省氣象部門將以高質(zhì)量發(fā)展為主題，以抓制度建設(shè)為主線，強化防雷安全監(jiān)管能力和防雷安全保障能力建設(shè)，進一步發(fā)揮防雷支撐安全發(fā)展作用，繼續(xù)加強防雷科普宣傳教育，做好防雷安全督查巡查，嚴(yán)格按照要求執(zhí)行雷電災(zāi)害調(diào)查和處置程序。通過這次對邵東市黃家壩防雷系統(tǒng)的改造處理，有效防止了建筑物的雷擊災(zāi)害，確保了人員及財產(chǎn)的安全，其防雷效果顯著，有效地改善了水庫工程設(shè)施汛期運用條件，為水庫工程設(shè)施正常運用提供了安全保證［9-10］。

作者：鄒德培 禹承浩 劉冬梅 單位：邵陽市氣象局