菏泽市露天棉花堆放仓库直击雷防护设计

程萌++何荣杰

摘要 分析了雷电对棉花堆放仓库的危害，确定了年预计雷击次数及滚球半径，从接闪杆、引下线、接地装置等方面对棉花堆放仓库进行了直击雷防护设计。

关键词 棉花堆放；仓库；直击雷；防护设计；山东菏泽

中图分类号 TU895 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0205-01

雷电是一种灾害性大气放电现象，造成雷电灾害的主要原因包括直击雷、雷电感应和雷电波侵入，其中破坏性最严重的就是直击雷。直击雷，简单地说就是雷云与大地上某一点之间发生的迅猛的放电现象，它会造成建筑物毁坏、人畜伤亡、电力和通信线路中断、油库爆炸和诱发森林大火等。露天棉垛堆放在室外，一般都在空旷地带，且棉垛堆放较高，属于孤立的构筑物，极易遭遇雷电引燃，造成较大的损失。因此，需要对其进行综合防雷设计，以避免或减少雷电灾害。

1 现场勘查及需求分析

该露天棉花堆放场地位于菏泽市东南某乡镇，分为2个区域，根据方向位置，分别为南侧、北侧2个区域。南侧露天堆放区东西长172 m，南北宽40 m，棉花垛高6 m。北侧露天堆放区东西长172 m，南北宽51 m，棉花垛高6 m。棉花露天堆放区域原已经安装了4支普通避雷针作为直击雷防护措施，但据现场勘查，避雷针的位置和高度均达不到完全防护堆放场地的要求[1-2]。

2 设计方案

2.1 建（构）筑物年预计雷击次数

根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）附录一计算建（构）筑物年预计雷击次数。

N=kNgAe

式中：N—建筑物预计雷击次数（次/年）；k—校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2，金属屋面的砖木结构建筑物取1.7，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；Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2·年）]；Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。

2.1.1 校正系数k值。根据菏泽棉花存储仓库所处地理位置，k值取1。

2.1.2 建筑物所处地雷击大地的年均密度Ng。计算公式具体如下：

Ng=0.1Td

式中：Td—年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（d/年）。

2.1.3 建筑物等效面积Ae。建筑物等效面积Ae应为其实际平面积向外扩大后的面积。

Ae=0.028 km2

2.1.4 建筑物年预计雷击次数计算。由计算可知，该棉花露天堆放场年预计雷击次数为0.065次/年。

2.2 接闪器的设计

根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）第4.5.5条：粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，宜采取防直击雷措施。当其年计算雷击次数大于或等于0.06时，宜采取独立避雷针和架空避雷线防直击雷，独立避雷针和架空避雷线保护范围的滚球半径hr可取100 m。结合露天仓库实际勘察情况，本次设计以架空避雷线、避雷针为主要防护手段。露天堆放场地设计东西方向架设避雷线。

当避雷线的高度h<2hr时：

其中，hr为避雷线在x-x′平面上的保护宽度；hr是滚球半径，在本工程中hr=100 m；hx为被保护物的高度，在本工程中hx=6 m。

根据计算结果，采用在东西方向架设避雷线进行直击雷防护，其中南侧区域需架设1根避雷线，避雷铁塔2座，避雷铁塔高度为20 m，两铁塔东西间距178 m；北侧区域需架设1根避雷线，避雷铁塔2座，避雷铁塔高度为24 m，两铁塔东西间距178 m。

避雷线拉张时，应计及避雷线拉张时的弧垂的影响。本方案中，避雷线的弧垂按4 m计算，材料选用35 mm2钢绞线，避雷线的牵拉方向均为东西方向。

由于棉花堆场面积较大，年预计雷击次数较高，且场地堆放有大量的易燃物品，若遭受雷击将造成严重后果。为了降低雷击风险，延长雷电流的放电时间，减弱雷电流的泄放强度，降低雷电流的陡度，提高對直击雷的拦截效率，在4座避雷铁塔顶端各加装1支优化避雷针，避雷针采用热镀锌避雷铁塔作为支架，避雷针针体采用优化避雷针[3]。

2.3 引下线的设计

直击雷防护以避雷针（带、网）、引下线、接地装置为主。引下线对分流效果有直接影响，引下线的粗细和数量直接影响分流效果。引下线数量多，截面积大，那么每根引下线单位面积上通过的雷电流就小，其感应范围就小。在此直击雷防护设计中，铁塔、热镀锌钢均是良好的引下线，可以直接利用铁塔作为引下线。

2.4 接地装置的设计

诸种雷害中，对直击雷的防护措施包含接闪针、带、网、引下线和接地地网的敷设，而对雷电感应的防护主要包含浪涌保护器的设置、屏蔽、等电位连接、合理布线以及共用接地装置，由此可见，接地地网的设置是防雷工作中一个最重要的环节，接地地网的好坏直接关系到防雷工程的实际防护效果，良好的接地是防雷成功的重要保证之一[4]。

对于堆场区的直击雷防护措施，共需要架设4座避雷铁塔，铁塔顶端加装优化避雷针，每一支避雷针，根据规范要求，其接地电阻要求不大于10.0 Ω。每座避雷铁塔，如果仅利用其基础及预埋件做接地无法达到规范要求，应当增加人工接地极。人工接地极在土壤中的埋设深度要求不得小于0.5 m，所有独立接地地网均应离开被保护物及其有联系的管道、线缆等金属物3 m的安全距离。接地地网的制作材料，垂直接地体要求使用2.5 m长、50 mm×50 mm×5 mm的热镀锌角钢，水平接地体要求使用40 mm×4 mm的热镀锌扁钢，且焊接时要求搭接长度为扁钢宽度的2倍，不少于3面施焊。人工接地极应与铁塔基础内钢筋可靠焊接，且焊接应不少于2处，所有焊接处均应作防腐处理。

3 结语

防雷工程是一项系统工程，它涉及多方面，需采取全面的防护措施。对直击雷的防护，主要采取的措施是接闪针、带、网、引下线和接地地网，其目的就是将雷电吸引过来泄放入地，各项设施相辅相成，缺一不可。根据防护对象的重要性、遭雷击的可能性及可能导致的后果，在详细勘察现场基础上设计综合方案，力求将雷电可能造成的损害降到最低。

4 参考文献

[1] 和伟，刘洪建，徐八林，等.建筑群的雷击选择性分析及直击雷防护[J].云南师范大学学报（自然科学版），2011（2）：9-11.

[2] 刘俊.高层建筑直击雷防护设计应用探讨[J].工程建设与设计，2011（4）：122-125.

[3] 马金福，冯志伟，汝洪博，等.雷达天线罩直击雷防护计算方法探讨[J].建筑电气，2013（6）：55-59.

[4] 孙顺泉，庞华基，黄树华，等.大型垃圾填埋场直击雷防护工程设计[J].山东气象，2014（1）：31-34.