行政辦公大樓的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

肖健 李昕 肖敏

【摘要】本文根據(jù)懷化市某行政單位新建辦公大樓的基本情況，確定此大樓的防雷類別和電子信息系統(tǒng)防雷等級(jí)，從屏蔽、等電位連接和過(guò)電壓保護(hù)等方面對(duì)大樓的雷電防護(hù)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而確保整個(gè)大樓更加安全。

【關(guān)鍵詞】辦公大樓；雷電防護(hù)；設(shè)計(jì)

引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備應(yīng)用日趨廣泛，各行各業(yè)相繼建立了各種類型的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為提高工作成效發(fā)揮了巨大的作用。但是通信設(shè)備抗擊雷擊電磁脈沖能力比較弱，雷擊災(zāi)害往往使這一系統(tǒng)受到破壞，嚴(yán)重影響工作的正常開(kāi)展和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為最大可能地避免雷電給通信系統(tǒng)及人身安全帶來(lái)的危害，本著“綜合防御、多重保護(hù)”的原則，設(shè)計(jì)了此辦公大樓的雷電防護(hù)解決方案。

1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

懷化市地處武陵山脈和雪峰山脈之間，多為山地丘陵，年平均雷暴日為49.9 d/a ，屬于雷暴高發(fā)區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查測(cè)量得知：該單位地處市府行政新區(qū)，周圍地勢(shì)平坦，土壤是砂質(zhì)粘土，土壤電阻率150Ω·m，新建辦公樓長(zhǎng)約50 m、寬約20 m、高約60m，框架結(jié)構(gòu)，地上十二層，地下一層，其中地下一層主要為停車場(chǎng)和總配電室之用；第一層是接待大廳，二層至九層是辦公室，新增通信機(jī)房設(shè)在八層，其余各層留作它用?？偱潆娛乙龈删€至每層配電箱，每層的照明和其它用電從該層配電箱引出。因?yàn)樵摯髽潜旧硎切姓k公大樓，所以寬帶、電話和各類監(jiān)控等信號(hào)系統(tǒng)都依托自己的通信網(wǎng)絡(luò)，從通信機(jī)房引出上下輻射分布。

該大樓利用建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋構(gòu)成暗裝接閃網(wǎng)，大樓四周干掛玻璃幕墻，樓頂設(shè)置明敷避雷帶和鋼構(gòu)網(wǎng)格。經(jīng)測(cè)量計(jì)算該大樓外部防雷設(shè)施符合防直擊雷、側(cè)擊雷標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檫€未正式投入使用，發(fā)現(xiàn)該大樓沒(méi)有安裝電涌保護(hù)器、新增通信機(jī)房沒(méi)有任何內(nèi)部防雷設(shè)施。

2 大樓防雷類別與電子信息系統(tǒng)防雷等級(jí)的確定

2.1大樓的防雷類別

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）根據(jù)防雷建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電災(zāi)害的可能性和后果將建筑物分為三類。

該辦公大樓的防雷等級(jí)是由以下計(jì)算來(lái)確定的：

辦公樓樓高60m、長(zhǎng)50m、寬20m，所處地區(qū)年平均雷暴日為49.9 d/a，則辦公樓的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N為：N = kNgAe

其中：k為校正系數(shù)，在這里取1；

Ng為建筑物所處地區(qū)的雷擊大地的年平均密度，通過(guò)年平均雷暴日來(lái)確定；

Ae為建筑物的等效截收面積。

Ng =0.024Td1.3，在這里Td取整為50 d/a，所以：

Ng =0.024（50）1.3=3.88次/（km2﹒a）

Ae =[LW +2（L+W ）

=[50×20+2×（50+20）

=0.04km2

則辦公樓的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)：N=kNgAe=3.88×0.04=0.155（次/年）

同時(shí)考慮到該建筑物內(nèi)有大量電子通信設(shè)備并且屬于人員密集的公共建筑物，因而綜合各方面因素判定該大樓屬于第二類防雷建筑物。

2.2大樓內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷等級(jí)

2.2.1線纜入戶設(shè)施情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該大樓的電源線纜入戶方式為低壓埋地，線長(zhǎng)約200m，因?yàn)橥寥离娮杪蕿?50Ω·m，故等效ds取值為150m，采用2×10-6 ds×L得到電源線纜入戶設(shè)施截收面積Ae1為0.06km2；信號(hào)線纜入戶方式為埋地信號(hào)線纜，線長(zhǎng)約150m，等效ds取值為150m，采用2×10-6 ds×L得到信號(hào)線纜入戶設(shè)施截收面積Ae2為0.045km2。

2.2.2建筑物及入戶線路年擊次數(shù)N

N =N1 +N2 ，其中N1= kNgAe =0.155次/年

N2 =NgAe=0.024Td1.3 （Ae1+Ae2）=3.88×0.105=0.407次/年

所以N =N1 +N2 =0.155+0.407=0.562次/年

2.2.3電子信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)

雷擊電磁脈沖防護(hù)分級(jí)可由下式求?。篍 =1-NC /N

式中：E為防雷裝置攔截效率； NC為因直擊雷和雷擊電磁脈沖引起信息系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數(shù)；N為建筑物及入戶線路年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，該值可由下式求?。?/p>

NC =5.8×10-1/C

C = C1+ C2+ C3+ C4+ C5+ C6 =1.0+2.5+1.0+1.0+1.5+1.2=8.2

NC =5.8/8.2×10-1=0.071

E =1-0.071/0.562=0.87

2.2.4結(jié)論

建筑物及入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N =0.155，可接受的最大年平均雷擊次數(shù)NC =0.071，防雷裝置攔截效率E =0.87，防雷等級(jí)為C級(jí)。

3 通信機(jī)房防雷設(shè)計(jì)技術(shù)方案

3.1屏蔽

3.1.1在機(jī)房各類門窗加裝外表鍍鋅的金屬網(wǎng)，并將墻壁內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋在相交處和金屬門框焊接。

3.1.2所有信號(hào)線纜和低壓電源線纜都采用有金屬屏蔽層的電纜，電源線和信號(hào)線避免平行走線，并將其屏蔽層在出入機(jī)房時(shí)做良好接地。

3.1.3所有進(jìn)出該機(jī)房的金屬導(dǎo)體及金屬線槽等都在出入機(jī)房時(shí)做良好接地。

3.2等電位連接

3.2.1從配電室引出的接地排經(jīng)由電氣豎井引至各個(gè)樓層配電箱處做好等電位接地端子板，將電涌保護(hù)器、電纜金屬外皮等在此做可靠連接。

3.2.2在通信機(jī)房?jī)?nèi)沿墻壁敷設(shè)銅制的水平環(huán)型體接地排，并與電氣豎井中的接地排可靠連接。將金屬門窗、防靜電地板金屬骨架、各種電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜等均與該水平環(huán)型接地體做可靠連接。

3.2.3在機(jī)房?jī)?nèi)敷設(shè)的活動(dòng)防靜電地板下用扁鋼設(shè)置金屬網(wǎng)格，形成均衡接地網(wǎng)，并將該網(wǎng)與水平環(huán)型接地排可靠連接。

3.2.4各種信號(hào)線的屏蔽管在進(jìn)入機(jī)房后，在此將屏蔽層與水平環(huán)型接地排做可靠連接。

3.3過(guò)電壓保護(hù)

3.3.1大樓的總配電柜處安裝第一級(jí)避雷器，參數(shù)：8/20μs，80kA。

3.3.2各樓層的配電箱處安裝第二級(jí)避雷器，參數(shù)：8/20μs，40kA。

3.3.3通信機(jī)房?jī)?nèi)電源處安裝第三級(jí)避雷器，參數(shù)：8/20μs，20kA。

3.3.4在通信機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備的直流電源進(jìn)線端，利用設(shè)備配電柜自帶防雷模塊作為設(shè)備的電源末級(jí)防護(hù)，但要求自帶防雷模塊標(biāo)稱放電電源參數(shù)：8/20μs，10kA。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)行政辦公大樓及新增通信機(jī)房的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)，使該高層建筑對(duì)于防直擊雷、側(cè)擊雷、雷擊電磁脈沖方面得到有效的綜合防護(hù)，減少了雷電損壞幾率，保障了人身安全和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).GB50057-2010， 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[2] 四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.GB50343-2012， 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.