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摘 要 本文针对中国航天科工集团三院培训中心扩建二期建筑物无防雷措施，为消除安全隐患依据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）和《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T-620-1997）提出了具体防雷措施，做到安全可靠，技术先进，经济合理。
关键词 雷击危害 雷电防护 过电压保护
一、 本地区雷击案例
2005年8月5日凌晨2：00，云岗北区2#总配电室和北区15楼遭到雷击，2#总配变压器被击穿，造成北区大面积停电，15楼总配电箱及单元箱爆炸燃烧，楼梯间墙面及扶手乌黑，总配电箱只剩箱体黑壳，箱内仪表、开关及铜线全部汽化，家用电器损坏，所幸没有人员伤亡。
二、 防雷及雷电保护原理。
防雷，是指通过组成、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。雷电保护，就是提供和造就一种手段使雷闪放电能进入或离开大地，而不致破坏被保护的财产，雷电保护系统能起到两个作用，一是把雷闪放电在它尚未击中被保护对象时截住；二是把雷闪电流无害地释放至大地，这就要求建筑物安装避雷器，把电流引至大地。
三、 防雷方案选择。
为减少雷击造成人身伤亡、财产损失，避免雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏，针对三院培训中心扩建二期建筑物，进行详细的防雷设计和验证。
本建筑物分为A座和B座，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）3.0.4条，划分为第三类防雷建筑物，布置接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法、避雷网。
本建筑物为A、B座两栋别墅，屋顶造型独特，如采用避雷带，屋顶屋檐、屋檐及空调室外机均需敷设，安装时需在女儿墙及瓦脊上打孔安装，破坏脊瓦，破坏屋顶防水，临边没有安全防护，瓦脊光滑且没有支撑，施工难度系数大，经过安全性和实施费用对比，避雷装置适宜采用滚球法单支避雷针的保护形式。
四、 单支避雷针对直击雷的保护范围。
采用滚球法，确定单支避雷针的保护范围如图：
（1）当避雷针高度h小于或等于hr时：
①距地面hr处作一平行于地面的平行线；
②以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；
③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切；从此弧线起到地面止就是保护范围，保护范围是一个对称的锥体；
④避雷针在hx高度的xx′平面上和地面上的保护半径，按下式计算确定：
rx=- （4-1）
ro= （4-2）
式中rx——避雷针在hx高度的xx'平面上的保护半径（m）；
hr——滚球半径，按《建筑物防雷设计规范》表5.2.1确定（m）；
hx——被保护物的高度（m）；
ro——避雷针在地面上的保护半径（m）。
（2）当避雷针高度h大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。其余的作法同本款第（1）项。（4-1）和（4-2）式中的h用hr代入。
接闪器高度选择：根据图纸及现场勘查，两座建筑屋檐的造型及高度一致，A、B座屋檐宽度均为W=15.08米， A座屋檐长LA=14.19米，B座屋檐长LB=15.69米，将座屋檐延长线组成矩形，连接矩形对角线，交点OB即为矩形中心点，对角线一半的长度为10.88米，但屋檐的顶点均不在矩形顶点上，避雷针在屋檐平面上的保护半径可以缩短，OB点至屋檐的顶点水平距离依次为7.6米、8.1米、9.2米、9.4米、7.9米、9.2米， 取rx=10米，屋顶最高边角（采光井）高出屋面3.97米，取hx=4米，避雷针高度h小于或等于hr时，将hr=60米，rx=10米，hx=4米，代入（4-1）式rx=-，即h2-120h+995=0求解h1=8.95米（h2=111米舍去），避雷针高出屋顶5米，因A座屋檐长度小于B座，rx小于10米，接閃杆高度将小于9米，为美化立面效果，外观对称一致，接闪杆高度均取9米。
五、 单支避雷针对雷电过电压的保护范围。
因屋顶安装了空调室外机，屋内有其他电气设备，考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害，计算避雷针高度，确定避雷针的保护范围如图：
单支避雷针的保护范围
（h≤30m时，θ=45°）
（1）避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算：
r=1.5hP （5-1）
式中：r——保护半径，m；
h——避雷针的高度，m；
P——高度影响系数，h≤30m，P=1；30m120m时，取其等于120m。
（2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定：
1）当hx≥0.5h时
rx=（h-hx）P=haP （5-2）
式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m；
hx——被保护物的高度，m；
ha——避雷针的有效高度，m。
2）当hx<0.5h时
rx=（1.5h-2hx）P （5-3）
空调室外机高度1.25米（5匹柜机最大高度），实测加基础高度1.5米，hx=1.5米，hx<0.5h，将rx=10米（按屋顶最边缘处有电气设备考虑）。hx=1.5米，代入（5-3）式rx=（1.5h-2hx）P，取P=1，即10=（1.5h-2*1.5）*1，求解h=8.67米，满足要求。当h=9米时，反求hx=1.8米，即空调室外机（含基础）高度可达到1.8米。
六、 接闪器及引下线设置。
在屋顶OB处，安装一根9米长2.5mm厚不锈钢钢管做接闪器，接闪杆的接闪端做成半球状，钢管分三段，第一段长4米，直径为102mm，第二段长3米，直径为89mm，第三段长2米，直径为76mm，第一段焊接底座，底板采用10mm厚1200*1200镀锌钢板，底座与钢板采用螺栓连接，钢板边缘上打12个孔，采用Φ10膨胀螺栓与楼板连接，钢板上焊接防雷引下线，防雷引下线采用2根Φ10镀锌圆钢，搭接长度大于6d（圆钢6倍直径），从北墙和东墙雨水口穿出沿墙敷设至距地0.3米高处接地端子箱，内设断接卡子，接地端子箱以下采用40*4镀锌扁钢，搭接长度大于2D（扁钢宽度的2倍），钢板及四周做SBS3mm+3mm防水卷材，以防屋顶漏水，施工时垂直运输采用25吨吊车。
七、 接地装置。
在建筑物北侧，挖电缆沟长30米（做好草坪保护），沟内砸入5根Φ25镀锌接地钎子，间距5米，与镀锌扁钢焊接，焊口处采用沥青缠油麻防腐，接地电阻不大于30Ω，实测不满足时补打人工接地极，做完后电缆沟回填，恢复草坪。
参考文献：
[1] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中华人民共和国国家标准
[2]《工业与民用配电设计手册》（第三版）
[3]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
中华人民共和国电力行业标准
[4]《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008） 中华人民共和国行业标准
关键词 雷击危害 雷电防护 过电压保护
一、 本地区雷击案例
2005年8月5日凌晨2：00，云岗北区2#总配电室和北区15楼遭到雷击，2#总配变压器被击穿，造成北区大面积停电，15楼总配电箱及单元箱爆炸燃烧，楼梯间墙面及扶手乌黑，总配电箱只剩箱体黑壳，箱内仪表、开关及铜线全部汽化，家用电器损坏，所幸没有人员伤亡。
二、 防雷及雷电保护原理。
防雷，是指通过组成、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。雷电保护，就是提供和造就一种手段使雷闪放电能进入或离开大地，而不致破坏被保护的财产，雷电保护系统能起到两个作用，一是把雷闪放电在它尚未击中被保护对象时截住；二是把雷闪电流无害地释放至大地，这就要求建筑物安装避雷器，把电流引至大地。
三、 防雷方案选择。
为减少雷击造成人身伤亡、财产损失，避免雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏，针对三院培训中心扩建二期建筑物，进行详细的防雷设计和验证。
本建筑物分为A座和B座，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）3.0.4条，划分为第三类防雷建筑物，布置接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法、避雷网。
本建筑物为A、B座两栋别墅，屋顶造型独特，如采用避雷带，屋顶屋檐、屋檐及空调室外机均需敷设，安装时需在女儿墙及瓦脊上打孔安装，破坏脊瓦，破坏屋顶防水，临边没有安全防护，瓦脊光滑且没有支撑，施工难度系数大，经过安全性和实施费用对比，避雷装置适宜采用滚球法单支避雷针的保护形式。
四、 单支避雷针对直击雷的保护范围。
采用滚球法，确定单支避雷针的保护范围如图：
（1）当避雷针高度h小于或等于hr时：
①距地面hr处作一平行于地面的平行线；
②以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；
③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切；从此弧线起到地面止就是保护范围，保护范围是一个对称的锥体；
④避雷针在hx高度的xx′平面上和地面上的保护半径，按下式计算确定：
rx=- （4-1）
ro= （4-2）
式中rx——避雷针在hx高度的xx'平面上的保护半径（m）；
hr——滚球半径，按《建筑物防雷设计规范》表5.2.1确定（m）；
hx——被保护物的高度（m）；
ro——避雷针在地面上的保护半径（m）。
（2）当避雷针高度h大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。其余的作法同本款第（1）项。（4-1）和（4-2）式中的h用hr代入。
接闪器高度选择：根据图纸及现场勘查，两座建筑屋檐的造型及高度一致，A、B座屋檐宽度均为W=15.08米， A座屋檐长LA=14.19米，B座屋檐长LB=15.69米，将座屋檐延长线组成矩形，连接矩形对角线，交点OB即为矩形中心点，对角线一半的长度为10.88米，但屋檐的顶点均不在矩形顶点上，避雷针在屋檐平面上的保护半径可以缩短，OB点至屋檐的顶点水平距离依次为7.6米、8.1米、9.2米、9.4米、7.9米、9.2米， 取rx=10米，屋顶最高边角（采光井）高出屋面3.97米，取hx=4米，避雷针高度h小于或等于hr时，将hr=60米，rx=10米，hx=4米，代入（4-1）式rx=-，即h2-120h+995=0求解h1=8.95米（h2=111米舍去），避雷针高出屋顶5米，因A座屋檐长度小于B座，rx小于10米，接閃杆高度将小于9米，为美化立面效果，外观对称一致，接闪杆高度均取9米。
五、 单支避雷针对雷电过电压的保护范围。
因屋顶安装了空调室外机，屋内有其他电气设备，考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害，计算避雷针高度，确定避雷针的保护范围如图：
单支避雷针的保护范围
（h≤30m时，θ=45°）
（1）避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算：
r=1.5hP （5-1）
式中：r——保护半径，m；
h——避雷针的高度，m；
P——高度影响系数，h≤30m，P=1；30m
（2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定：
1）当hx≥0.5h时
rx=（h-hx）P=haP （5-2）
式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m；
hx——被保护物的高度，m；
ha——避雷针的有效高度，m。
2）当hx<0.5h时
rx=（1.5h-2hx）P （5-3）
空调室外机高度1.25米（5匹柜机最大高度），实测加基础高度1.5米，hx=1.5米，hx<0.5h，将rx=10米（按屋顶最边缘处有电气设备考虑）。hx=1.5米，代入（5-3）式rx=（1.5h-2hx）P，取P=1，即10=（1.5h-2*1.5）*1，求解h=8.67米，满足要求。当h=9米时，反求hx=1.8米，即空调室外机（含基础）高度可达到1.8米。
六、 接闪器及引下线设置。
在屋顶OB处，安装一根9米长2.5mm厚不锈钢钢管做接闪器，接闪杆的接闪端做成半球状，钢管分三段，第一段长4米，直径为102mm，第二段长3米，直径为89mm，第三段长2米，直径为76mm，第一段焊接底座，底板采用10mm厚1200*1200镀锌钢板，底座与钢板采用螺栓连接，钢板边缘上打12个孔，采用Φ10膨胀螺栓与楼板连接，钢板上焊接防雷引下线，防雷引下线采用2根Φ10镀锌圆钢，搭接长度大于6d（圆钢6倍直径），从北墙和东墙雨水口穿出沿墙敷设至距地0.3米高处接地端子箱，内设断接卡子，接地端子箱以下采用40*4镀锌扁钢，搭接长度大于2D（扁钢宽度的2倍），钢板及四周做SBS3mm+3mm防水卷材，以防屋顶漏水，施工时垂直运输采用25吨吊车。
七、 接地装置。
在建筑物北侧，挖电缆沟长30米（做好草坪保护），沟内砸入5根Φ25镀锌接地钎子，间距5米，与镀锌扁钢焊接，焊口处采用沥青缠油麻防腐，接地电阻不大于30Ω，实测不满足时补打人工接地极，做完后电缆沟回填，恢复草坪。
参考文献：
[1] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中华人民共和国国家标准
[2]《工业与民用配电设计手册》（第三版）
[3]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
中华人民共和国电力行业标准
[4]《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008） 中华人民共和国行业标准