水泥厂建筑物的防雷应用

颜 妍程晓东

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2开封新枫华置业有限公司（475000）

水泥厂建筑物的防雷应用

颜 妍1程晓东2

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2开封新枫华置业有限公司（475000）

在水泥厂建筑物中，雷电防护的设计是必不可少的；按照雷击效应及其危害后果，建筑物的防雷应考虑防直击雷等外部防雷措施及防止雷击电磁脉冲对信息设备的干扰等内部防雷措施。

建筑物；年预计雷击次数；引下线；避雷带

0 概述

根据建筑物的重要性、雷击后果的严重性以及遭受雷击概率等因数综合考虑，我国防雷标准将建筑物划分为三类不同的防雷类别：1＞年预计雷击次数0.3≥N≥0.06的一般性民用建筑物，如住宅、办公楼；年预计雷击次数N≥0.06的一般性工业建筑物；高度在15 m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。水泥厂建筑物大部分为三类防雷。

接闪器：避雷网和避雷带优先采用圆钢。

引下线：明装引下线优先采用圆钢。引下线应沿建筑物外墙敷设，并经最短路径接地。金属构件如消防梯、钢柱等可作为引下线，但其各部件之间均应连成电气通路。采用多根引下线时，为了便于测量接地电阻以及检查引下线的连接状况，宜在各引下线距地面0.3～1.8 m设置断接卡。

接地装置：垂直埋设的人工接地体优先采用角钢，水平埋设的人工接地体优先采用扁钢。人工垂直接地体的长度一般采用2.5 m。为减小相邻接地体的屏蔽效应，人工垂直接地体及水平接地体间的距离一般为5 m。人工接地体的埋深不应小于0.5 m。为降低跨步电压，防直击雷的人工接地装置距建筑物出入口及人行道不应小于3 m。

1 过电压保护

在工程建设的初期阶段还不明确电子系统具体位置的情况下，只需要花少量的工作及费用即能满足防雷击电磁脉冲的要求。在设计时应将建筑物的金属框架、钢筋混凝土构件内钢筋、金属管道等自然屏蔽体作好等电位联结，并与电气设备保护接地系统、建筑物防雷装置相连通，组成共用接地系统。并应在一些合适的地方预埋等电位联结板，以供将来设置和完善防雷措施之用。

为降低闪电电磁脉冲对电子系统的感应干扰，宜采用以下基本措施：对建筑物和房间根据不同防雷区(LPZ)的电磁环境要求在其外部设置屏蔽措施，以合适的路径敷设线路及线路屏蔽措施，建筑物及系统内部等电位联结及接地措施，装设电涌保护器（SPD）以限制过电压等。

在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5 kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时应取等于或大于12.5 kV。

2 SPD的分类

电压开关型：当无电涌时，SPD呈高阻状态；当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阻抗。

限压型：当无电涌时，SPD呈高阻状态；随着电涌电压和电流的升高，其阻抗持续下降，呈低阻导通状态。

混合型：将电压开关型元件和限压型元件组合在一起的一种SPD。

在建筑物进线处或其他防雷区界面处的最大电涌电压应与所属系统及设备的绝缘水平相配合，因此SPD的电压保护水平Up加上其两端引线的感应电压之和，应小于所在系统和设备的绝缘耐冲击电压值，不宜大于被保护设备耐压水平的80%。

SPD必须能承受预期通过它们的电涌电流，并有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。

SPD的最大持续工作电压Uc应不低于系统中可能出现的最大持续运行电压，此时应考虑系统最大电压偏差值及短时过电压。对于220/380 V三相系统中的SPD，其最大持续工作电压Uc应符合《工业与民用配电设计手册》的规定。

SPD的性能退化或寿命终止后可能产生的短路故障，对系统运行的影响，因此应在SPD前装设过流保护器F。

通过SPD的正常泄露电流要小，且不影响系统的正常运行。

3 实际应用举例

3.1 某厂内一筛分车间，长L=22 m，宽W=6.7 m，高H=15.34 m，要求做防雷设计

首先，按照《工业与民用配电设计手册》第四版第783页的公式

N=k×Ng×Ae=k×0.1×Td×Ae

Ae=[L×W+2×(L+W)×√H×(200-H)+3.14×H× (200-H)×10-6]

其中：N为建筑物年预计雷击次数

k为校正系数,一般情况为1。位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物以及特别潮湿的建筑物取1.5,金属屋面没有接地的砖木结构建筑物取1.7，位于山顶上或旷野的孤立建筑物取2。

Ng为建筑物所在处地区雷击大地的年平均密度（次/km2/a)，Ng=0.1×Td

Td为年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（d/a)。

Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2)

根据建筑物长宽高代入公式得到Ae=0.012，因为该厂靠近湖北省黄石市，按照《工业与民用配电设计手册》第四版续表16-33中查得Td=50.4。结合厂址位置k取1，代入公式得到N=0.061＞0.06。可知筛分车间按三类防雷规范设计。根据《工业与民用配电设计手册》第四版第789页的防雷措施可知，顶层平面敷设一圈避雷带（Φ12圆钢），因为引下线的平均间距不大于25 m,则应敷设3根引下线（Φ12圆钢），接地电阻不应大于30 Ω。

3.2 濮阳市一某厂内办公楼，长L=34.8 m，宽W= 7.3 m，高H=11.1 m，要求做防雷设计

首先，按照上例中的公式，得到Ae=0.011。按照《工业与民用配电设计手册》第四版续表16-33中查得Td=26.6，结合厂址位置k取1.5，代入公式得到N=0.043＜0.06。可知，此办公楼不需要防雷设计。

3 补充说明

对于高度超过60 m的建筑物应采取防侧击和等电位的保护措施，即从60 m起，每隔不大于6 m沿建筑物四周敷设水平避雷带（均压环）并与引下线相连，并应将60 m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连。

对于避雷针的保护范围，《工业与民用配电设计手册》第四版第798页有详细的说明。布置接闪器时，应采用滚球法对避雷针进行保护范围计算。滚球法是以hr为半径的一个球体,沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器或接闪器和地面，而不触及需要保护的部位时或者避雷网的网格不大于相应的尺寸时，则该部分就得到接闪器的保护。对于三类防雷建筑物hr=60 m，避雷网的网孔尺寸为20 m×20 m或24 m×16 m。

防雷装置的设计耐雷水平，是综合考虑雷击概率、损失后果及经济性的结果，因此防雷安全度不是100%的。防雷装置的设计耐雷水平与确定的雷电流参数有关。

[1]GB 50057-2010,建筑物防雷设计规范[S].

[2]GB 50054—2011,低压配电设计规范[S].