风景区防雷设计方案.docx

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风景区防雷设计方案

丫山九成山舍改建

防雷防护工程

设

计

方

案

设计：

审核：

Xxxxx防雷有限公司

2012年6月12日

一、概述

1.1雷电的形成

由于云层相互摩擦、碰撞而使不同的云层带不同的电，当电压达到可以穿过空气的程度以后，临近的两片云层会发生放电现象，产生电花和巨大的响声。

肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。

当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。

在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称“梯级先导”。

这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5—50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。

回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。

相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5—50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。

接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。

通常由3—4次闪击构成一次闪电过程。

一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”。

1.2雷电的危害

闪电的受害者有2／3以上是在户外受到袭击。

他们每3个人中有两个幸存。

在闪电击死的人中，85%是女性，年龄大都在10岁至35岁之间。

死者以在树下避雷雨的最多。

雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。

当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。

另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。

雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。

中国是一个多自然灾害的国家，跟地理位置有着不可分割的关系，雷电灾害在中国也有不少，最为严重的是广东省以南的地区，东莞、深圳、惠州一带的雷电自然灾害已经达到世界之最，这些地方也是因为大气层位置比较偏低所造成的影响。

纽约是雷电灾害最多的地区在近几年更是明显加强，我国的东莞近最为严重，雷电所带来的经济亏损在夏季5-8月之间，东莞当季的GDP比例亏损度接近6%，上千万的经济亏损，也是一大严重的自然灾害多发区域。

多起雷电伤人事件在东莞地区每年都会发生，达到了全世界雷击人事件最频繁，最多的地区。

在中国，乃至全世界的雷电受灾重区之一。

1.3丫山九成山舍基本概况

赣州市大余县地处亚热带南缘，属亚热带丘陵山区湿润季风气候，具有冬夏季风盛行，春夏降水集中，四季分明，气候温和，热量丰富，雨量充沛，酷暑和严冬寒流时间短，无霜期长等气候特征。

大余县一年中出现雷暴主要集中在3月至9月；最集中的月份为8月，该月90%以上的天内基本有雷电出现，其次是7月。

10月至次年2月雷电日出现相当少。

雷暴主要出现在春季、夏季，其中夏季出现次数最多。

强雷暴对现代电子设备、供电设备及人类活动带来严重危害。

从大余县丫山现场勘察的结果发现，丫山九成山舍的地势处于海拔标高600~630左右，山势高、四周空旷，雷云最易在物体在高立孤耸的物体上发生放电。

山上建筑物防直击雷措施暂时未建设，直击雷是毁坏建筑物最为直接的方式。

当雷电发生时直接击在建筑物上，最容易引起建筑物本身被击坏、火灾、感应电击等危险。

电源配电系统没有防雷设施或防雷，雷击发生时易造成电源系统瘫痪，设备中断运行，人员伤亡等事件。

为了保证接入各木屋间或设备间电源系统设备安全，提高整个电源系统的抗雷电能力，减少由于雷击可能造成的损失，对接入木屋间或设备间的电源系统进行防雷安装或补充是非常必要的、值得的。

为此，我公司对直击雷、电源系统信号系统的防雷作出了较为系统的设计。

二、设计依据

《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

《建筑物电子信息系统防雷设计规范》GB50343-2004

《低压配电设计规范》GB50054-95

《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

《低压配电系统的电涌保护器（SPD）》第1部分：

性能要求和试验方法GB18802.1-2002/IEC61643-1：

1998

三、防雷设计

3.1雷击概率计算

（1）按当地雷电活动强度计算雷击地面年平均密度[次/（km2·a）]

Ng=0.1Td=5.6

式中Td——当地年平均雷暴日（d/a）

（2）计算建筑物雷击概率

N=kNgAe

式中N——建筑物年预计雷击次数（次/a）

k——校正系数；（在一般情况下取1；位于河边、湖边、山坡下或山顶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）这里我们取1.5。

Ae——与建筑物截收相同雷击次数的等效面积。

从其实际面积向外扩大，扩大程度与建筑物平面面积和高度有关。

当建筑物高度H小于100m，其每边的扩大宽度D和等效面积Ae按下式计算：

其中：

D——每边扩大宽度，m

L，W，H——分别为建筑物长、宽、高，（m）

通过计算得出客房建筑物雷击次数为0.2636次/a

故现根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中第二类防雷建筑物第9条：

“预计雷击次数大于0.25次/年的的民用住宅”规定，结合当地地理位置（环境）、现有结构、设备现状以及其重要性、使性质、发生雷击事故的可能性和后果等，我们将丫山风景区建筑物均按第二类防雷建筑物设防。

3.1直击雷防护

一、客房直击雷防护

我们设计在各个客房不小于3米地方安装EPE-6000型号独立避雷针进行保护（可以用假树或其他事物美化），独立的避雷针分成两部分一部分是避雷支一部分是支架组成。

独立的避雷针保护的范围按照下列公式计算：

Rx=√H（2Hr-H）-√Hx（2Hr-Hx）

∵Hr=45m建筑物（H=4nL=10mW=6m）

式中：

Rx-----避雷针在Hx高度平面上的保护半径h-----避雷针高度

Hr-----滚球半径R0-----h高度在地面上的保护半径

通过计算得出接闪杆高度为7m，但由于还要保护到建筑物之间的路所以我们设计在增加接闪杆高度，其高度为12m

引下线采用Φ10mm热镀锌圆钢，用pvc管保护。

人工接地体采用40*4mm热镀锌扁钢和高效石墨接地极组成人工接地网，沿接闪杆四周处每个5敷设一个石墨接地极形成闭合接地网。

（圆柱形接地石墨主要是为了省挖土）

名称

规格/型号

单位

数量

接闪杆

EPE-6000

根

6

水平接地体

-40*4mm热镀锌扁钢

m

115

石墨接地

DK-AG/M2

个

60

二、客房通道电梯防雷设计

去往各客房的电梯通道，在其最高点处安装1.5mEPE-6000避雷针，与接地体相连接，接地电阻不大于10。

我们对电梯机房配电系统设计采取加装二级电源过电压防护，在电梯机房总电源引入线路上并联安装1组In=12.5KA（10/350μs）、Up=2.5KV的TNR-X/4（15KA）型电源避雷器，前端串联安装一组63A/3P德力西空气开关，然后在分配处并联安装1组In=40KA（8/20μs）、Up=2.2KV的EPP65T型电源避雷器，前端串联安装一组32A/3P德力西空气开关。

2.1.3电源浪涌保护器连接线采用BVR10mm2多股软铜芯线，接地线采用BVR16mm2多股软铜芯。

序号

名称

规格/型号

单位

数量

1

电源避雷器

TN/X-4（15KA）

套

1

2

电源避雷器

EPP-65T

套

1

3

空气开关

德力西63A/3P

组

1

4

空气开关

德力西32A/3P

组

1

5

防雷器接地线

BVR16mm2多股软铜芯线

m

10

6

压线铜端子

25mm2以内

个

10

三、电源系统的防雷设计

3.1电源系统的防护原理

雷电侵害主要是通过线路侵入。

对高压部分电力局有专用高压避雷装置，电力传输线把对地的电力限制到小于6000伏（IEC62.41），而线对线则无法控制。

所以，对380v低压线路应进行过电压保护，按国家规范应分三部分：

建议在高压变压器后端到建筑总配电盘前端的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器，作一级保护；在建筑总配电盘至各楼层分配电箱间的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装电涌保护器，作为三级保护。

目的是用分流（限幅）技术即采用高吸收能量的分流设备（电涌保护器）将雷电过电压（脉冲）的能量分流泄入大地，达到保护目的，所以，分流、等电位技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键，因此，选择合格优良的电涌保护器至关重要。

3.2防雷器的保护原理

防雷器又称过电压保护器、浪涌保护器、防雷保安器等，用于低压配电线路的防雷器称为电源防雷器。

鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷整改中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。

防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。

进入地下泄放，是实现均压等电位连接的重要组成部分。

防雷器的一些主要技术参数：

额定工作电压、额定工作电流，特批串并式电源防雷器的载流量。

通流能力，防雷器转移雷电流的能力，以千安为单位，与波开开式有关。

防雷器在功能上可分为可防直击雷的防雷器和防感应雷的防雷器。

可防直击雷的防雷器通常用于可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOA区与LPZ1区交界处的保护。

用10/35μs电流波形测试与表示其通流能力。

防感应雷的防雷器通常用于不可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOB区与LPX1区、LPZ1区交界处的保护。

用8/20μs电流波形测试与表示其通流能力响应时间，防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间，与波形性质有关。

残压，防雷器对瞬态现象的电压限制能力，与雷电流幅值及波形性质有关。

3.3电涌保护器的安装防护

根据IEC—61312《雷电电磁脉冲与防护》中防雷区的概念，为了防止感应雷从电源线上侵入，建议按照IEC标准进行电源二级配合保护，具体实施如下：

3.3.1在配电间总电源引入低压侧线路上并联安装一组一级形式实验Iimp=12.5KA、Up=1.5KV的TNR-X/4（10/350）型电源电涌保护器，前端串联安装一组63A/3P德力西空气开关。

3.3.2在分配电箱电源进线处并联安装一组标称放电电流In=40KA,EPP65T电源电涌保护器，前端串联安装一组32A/3P空气开关。

3.3.3在机密的电子设备电路上并联安装一组标称放电电流In=20KA,EPP40T型电源电涌保护器，前端串联安装一组32A/3P空气开关。

序号

名称

规格/型号

单位

数量

1

电源避雷器

TNR-X/4（15KA）

套

2

2

空气开关

德力西63A/3P

组

2

3

电源避雷器

EPP65T

套

4

4

空气开关

德力西32A/3P

组

6

5

电源避雷器

EPP40T

套

2

6

避雷器接地线

BVR16mm2多股软铜芯线

m

4

7

压线铜端子

25mm2以内

个

40

3.４信号线的防雷设计

1、视频信号线防雷：

安装EPC75-40B型号视频电涌保护器。

接地线尽短、近的与室内等电位端子箱或预设接地点相连，其接地电阻应尽量的小，从而达到快速泄流的作用。

接地线采用BVR6mm2多股软铜芯线将避雷器接地端与配电箱内等电位接地汇流排可靠压接，要求接地电阻≤4Ω。

2、电话信号线的防雷：

安装EPRJ45-120型号电涌保护器，接地线尽短，近的与室内等电位端子箱或预设接地点相连。

序号

名称

规格/型号

单位

数量

1

视频避雷器

EPC75-40

套

2

1

视频避雷器

EPRJ-45-5*24

套

2

2

电话避雷器

EPRJ45-120

组

1

3

避雷器接地线

BVR46mm2多股软铜芯线

m

5

3.５太阳能的防雷设计

丫山九成山的热水供应主要是来至山高点的太阳能热水器。

因为太阳能安装的位置为山头，其遭受雷击的概率达到70%以上，做好防雷是至关重要的。

在太阳能热水器的偏山头方向安装一避雷针，高度按照公式计算：

Rx=√H（2Hr-H）-√Hx（2Hr-Hx）

R0=√H（2Hr-H）

式中：

Rx-----避雷针在Hx高度平面上的保护半径h-----避雷针高度

Hr-----滚球半径　R0-----h高度在地面上的保护半径

算的针高度为7m。

共计2根

引下线采用Φ10mm热镀锌圆钢假pvc管保护。

人工接地体采用40*4mm热镀锌扁钢高效的石墨接地极组成人工接地网。

每个接闪杆之间用四个接地模块敷设。

名称

规格/型号

单位

数量

水平接地体

-40*4mm热镀锌扁钢

m

5

石墨接地极

DK-AG/M2

个

8

四、产品参数及性能指标

4.１EPE-3000型接闪杆

（安装于建筑物顶部）

✧预放电时间≥30μs30μs

✧免维护

✧不锈钢材料

接地模块DK-AG/M2

DK-AG/M2接地模块是一种以导电非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性好的非金属材料、电解质、吸湿剂和防腐金属电极组成。

　    通常的地网建设多以金属导体，如角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等为主，其缺点是用料多、耗资大、施工复杂、寿命短、稳定性差，在高土壤电阻率区使用很难达到预期效果。

而这种低电阻接地模块则用料少、耗资小、施工大大简化，而且寿命长、稳定性好，特别适合于高电阻率土壤地区使用，如接地点周围为砂石或岩地层，可用它来解决接地工程施工中的难题。

产品型号

DK-AG/M2接地模块

外型尺寸（mm）

圆柱形Φ150×800

参考重量（kg）

26

室温电阻（Ω﹒m）

≤3

定货号

100203002

4.３TNR-X/4（15KA）电源电涌保护器

Iimp≥12.5KA（10/350µs）

保护电压Up：

1.5kV

工作温度：

-40°C～85°C；

响应时间：

100ns

安装方式：

模块化结构，标准导轨安装

4.４　EPP65T电源电涌保护器

最大持续运行电压Uc：

440VAC

SPD试验类别：

T2

标称放电电流值In：

40KA

电压保护水平UP：

≤2.2KV

电压保护水平UP（In=5KA）：

1.5KV

适用电网：

220V/380VAC（50HZ）

外形尺寸：

90mm×72mm×71mm（T）

保护级别：

B

功能特点：

指示灯可视告警、老化热脱扣和短路过流脱扣、

热备份、35mm标准导轨安装

4.５EPP40T电源电涌保护器

整体式防雷模块

每路额定通流量：

In（8/20）20KA

最大放电电流：

单模块40kA

最大持续耐压：

单模块440Vrms（有效值）

保护电压/测试电流：

1.8kV

响应时间：

25ns

外形尺寸：

90mm×72mm×71mm

安装方式：

模块化结构，标准导轨安装

功能特点：

指示灯可视告警、热脱扣和短路过流脱扣（杜绝起火爆炸）、热备份

五、危险点、难点分析

6.1施工过程中应遵循先断电、后验电、安装、检验、送电、再验电的原则，防止人体触电；在不间断供电场所及设备处安装时应穿戴绝缘服装、绝缘鞋、绝缘手套操作；先接地，后接零，最后接相线的原则。

6.2施工过程中可能需要用电或在搬运工具和材料可能会碰到电气设备，造成电气设备的损伤或施工人员触电。

所以在施工和材料搬运过程中施工人员临时用电应设独立空气开关，但用电线路过长时宜在线路中途设分空气开关；不得随意碰触设备，特别小心工具和材料不要碰到设备的瓷外壳，以防损伤电气设备的瓷套。

6.3电源浪涌保护器相线线为黄、绿、红色，零线为蓝色，接线长度≤500mm，若受条件限制达不到≤500mm的标准可适当延长，但应遵循接线尽量短的原则。

六、管理及维护

1、本工程防雷装置由我公司工程技术专职人员负责管理，在投入使用后，将建立管理制度。

2、每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。

主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

接地网的接地电阻应每年进行一次测量。

设备遭受雷击后应对损坏情况进行调查分析，调查分析内容主要包括：

各种电气绝缘部分有无击穿闪络的痕迹，有无烧焦气味，设备元件损坏部位；电涌保护器是否有损坏情况，利用元件老化测试仪，测试元件老化或损坏情况。

3、本工程中所使用的电涌保护器件，从工程验收合格之日起两年内免费保修与维护，并提供终身免费技术咨询。

4、保修期内，若防雷系统（产品）出现故障，公司工程技术人员在接到通知后的24小时内赶到现场处理。

5、防雷设施的保护对象都是有针对性的，因此，不得擅自拆卸、增减数量、改动位置、改变连接等，若要更换或增设保护对象，须通知我公司，完善防雷装置后方可实施，否则，造成的损失自行负责。

Xxx防雷有限公司

2012年8月

七、工程清单

序号

名称

型号

单位

数量

1

接闪杆

EPE-3000

支

9

2

引下线

Φ10mm热镀锌圆钢

m

156

3

水平接地体

-40*4mm热镀锌扁钢

m

120

5

卡丁

Pvc管卡套型

个

400

6

PVC绝缘管

Φ25mm

m

150

7

接地模块

石墨型

个

68

8

加长杆（12m）

支撑塔

m

6

9

加长杆（7m）

Φ32mm镀锌钢管

m

2

10

加长杆（1.5）

Φ32mm镀锌钢管

m

1

11

电源避雷器

TNR-X/4（15KA）

套

2

12

电源避雷器

EPP40T

套

2

13

电源避雷器

EPP65T

套

4

14

空气开关

德力西63A/3P

组

2

15

空气开关

德力西32A/3P

组

6

16

视频避雷器

EPC75-40

套

2

17

视频避雷器

EPRJ-45-5*24

套

2

18

电话避雷器

EPRJ45-120

组

1

19

避雷器接地线

BVR16mm2多股软铜芯线

m

20

20

压线铜端子

25mm2以内

个

50

25

人工开挖与回填

项

1

26

辅材费

项

1