? ? ? ?針對某大樓因雷擊事故較為嚴重，分析了該大樓的防雷現狀及雷電侵入到大樓內的方式。通過(guò)對雷電入侵方式的分析找出了該大樓在防雷上存在的不足，即樓頂線(xiàn)路感應雷防范措施不完善、低壓線(xiàn)路防雷措施不完善、機房和配電室接地不規范等。針對這些不足，提出了對樓頂線(xiàn)路進(jìn)行穿鋼管、供電線(xiàn)路三級防雷、機房和配電室接地要強制等電位及對重要用電設備采取高耐雷變壓器等防雷措施，取得了較好的防雷效果。

對于建筑物防雷而言，最具破壞作用的不是雷直擊建筑而是由雷電放電電磁脈沖對建筑物用電設備的影響。由于建筑物防雷措施不完善，我國這些年也雷害擊建筑物造成的事故頻繁、聚增。據一些省市統計，由雷害引起建筑物內電子設備的損失約占由雷電災害引起的總損失的80％，造成了巨大的經(jīng)濟損失和無(wú)法估量的間接損失與社會(huì )影響。

某大樓由于建筑物較高，防雷措施不完善，在雷雨季節出現過(guò)多次打壞家電設備的情況，其中比較嚴重的是發(fā)生過(guò)兩次打壞樓頂風(fēng)機，一次打壞大樓電梯控制柜，造成人員在電梯內被困長(cháng)達一個(gè)小時(shí)。因而，有必要對該建筑進(jìn)行防雷問(wèn)題分析并找出防雷薄弱點(diǎn)以改進(jìn)，減少因雷擊造成的損壞。

大樓現有防雷措施

1、 大樓防直擊雷措施

在直擊雷的防護上，某大樓采用在女兒墻頂部用不銹鋼進(jìn)行包裝以形成整棟大樓的避雷帶。在避雷帶的接地上，采用樓體鋼筋骨架作為接地引下線(xiàn)，采用大樓基礎自然接地作為大樓防雷接地?，F場(chǎng)測量大樓接地電阻為8Ω，符合建筑物防雷設計要求中對接地的要求。

2、 大樓其他防雷措施

大樓供電系統是從10kV變電站出線(xiàn)后采用先采用架空線(xiàn)再經(jīng)電纜引至大樓供電室，在電纜的接頭處安裝有避雷器對電纜頭進(jìn)行保護，大樓供電采用四臺160kVA的變壓器對整棟大樓進(jìn)行供電。

在大樓供電室變壓器的防雷上，四臺變壓器都是僅在高壓側裝有避雷器，低壓側在電容補償器側裝有一組低壓避雷器，用來(lái)限制電容補償器在投切時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，如果低壓無(wú)功補償裝置退出運行，整個(gè)大樓的低壓設備將失去過(guò)電壓保護。

在大樓機房的接地上，沒(méi)有采用獨立的地網(wǎng)，也是直接采用大樓基礎接地，在接地上沒(méi)有采用強制等電位連接。在機房電源的防雷配置上，也沒(méi)有安裝低壓避雷器對機房電源進(jìn)行保護。

大樓雷電入侵途徑

1、 大樓避雷帶引入雷電

由于樓體較高，在附近屬于較高的建筑物，而且大樓四用較為開(kāi)闊，當附近有雷電活動(dòng)時(shí)，容易造成雷電直接擊中大樓避雷帶，強大的雷電流就會(huì )經(jīng)由接地引下線(xiàn)泄入大地，由于大樓較高，接地引下線(xiàn)較長(cháng)造成感抗較大。

由于感抗較大的作用和接地引下線(xiàn)較多的問(wèn)題，而使得雷電流作用下的地電位分布極不均勻，就容易引起大樓接地局部地區的地電位升高而在大樓內部不同的樓層形成電位差。

同時(shí)由于接地網(wǎng)和引線(xiàn)附近有大量的低壓電纜、通信等弱電設備，這個(gè)電位差在信號線(xiàn)纜屏蔽層產(chǎn)生表皮電流，然后通過(guò)芯線(xiàn)與屏蔽層之間的耦合對信號線(xiàn)纜芯線(xiàn)產(chǎn)生干擾電壓，造成電子設備的干擾甚至損壞。

2、 架空線(xiàn)路或配電線(xiàn)纜引入雷害

由于大樓供電是通過(guò)外界架空線(xiàn)路進(jìn)行供電，而戶(hù)外的架空線(xiàn)路和的電纜極易遭雷擊或雷電感應[5]，在供電線(xiàn)路上有雷電過(guò)電壓后，雷電暫態(tài)過(guò)電壓通過(guò)低壓變壓器之后，經(jīng)由電磁感應或各種耦合方式入侵到大樓低壓供電系統。

由于供電室和大樓機房直接相連，雷電暫態(tài)過(guò)電壓就會(huì )危及到通信設備，通常會(huì )造成通信設備因雷電過(guò)電壓而打壞。

3、 大樓附近的空間電磁感應

雷擊建筑物附近時(shí)，由于大樓并不是一個(gè)完整的法拉第籠，雷電電磁脈沖會(huì )通過(guò)空間輻射的方式部分地穿透建筑物的屏蔽體而在室內電子系統中產(chǎn)生過(guò)電壓干擾。

大樓雷電防雷不足

1、 大樓樓頂線(xiàn)路防感應雷措施不完善

大樓樓頂風(fēng)機和裝飾供電線(xiàn)路都是裝在PVC管內的，裝飾電源選用的為防雨電源，防雨電源最大的特點(diǎn)是產(chǎn)品采用密閉灌封方式，防水防潮。但并不具有防雷的功能。

從現場(chǎng)情況可知，由于大樓樓頂線(xiàn)路裝在PVC管而不是金屬管中，當雷電直擊大樓防雷帶或大樓附近有雷電活動(dòng)時(shí)，而且由于大樓避雷帶上就裝有導線(xiàn)，電磁耦合會(huì )在大樓樓頂線(xiàn)路上產(chǎn)生較高的感應過(guò)電壓，相當于雷電直擊于線(xiàn)路，將會(huì )直接打壞裝飾用的直流電源。而且風(fēng)機電源沒(méi)有過(guò)電壓防護措施，風(fēng)機供電線(xiàn)路中的過(guò)電壓將直接傳輸到配電間，將對整個(gè)大樓的供電安全造成威脅。

2、 低壓線(xiàn)路防雷措施不完善

由前面的分析可知，由于大樓樓頂供電線(xiàn)路未采取限制雷電過(guò)電壓和防雷電感應過(guò)電壓措施，這樣當沒(méi)有進(jìn)行屏蔽處理供電線(xiàn)路受到感應雷的襲擾后，由于沒(méi)有安裝避雷器，在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生的感應過(guò)電壓會(huì )沿著(zhù)400V低壓線(xiàn)路傳遞到大樓配電間時(shí)，也會(huì )在沿大樓樓頂24V裝飾供電線(xiàn)路進(jìn)入到大樓樓頂裝飾用供電電源盒內。

雷電入侵到400V線(xiàn)路后會(huì )沿400V線(xiàn)路傳播，可能會(huì )打壞樓頂風(fēng)機或者大樓內辦公設備，同時(shí)由于變壓器低壓側沒(méi)有安裝避雷器，沿400V供電線(xiàn)路傳播的過(guò)電壓會(huì )通過(guò)電容耦合和電磁感應的方式傳遞至變壓器的高壓側，可能會(huì )對配電變壓器高壓側絕緣構成威脅。

由于大樓裝飾供電電源沒(méi)有采取任何防雷措施且其耐沖擊電壓水平很低，只有2000V左右，由前面對樓頂感應過(guò)電壓的分析可知，這樣很容易造成裝飾供電電源打壞。

3、 配電室和機房接地不完善

由于機房接地沒(méi)有合理的等電位聯(lián)接，如果發(fā)生雷擊大樓避雷帶，由于多根接地引下線(xiàn)泄流不平均，在機房?jì)炔煌慕拥攸c(diǎn)之間必定會(huì )出現電位差，由于機房設備耐沖擊水平不是很高，這個(gè)電位差很容易造成機房?jì)榷卧O備損壞。

大樓防雷改造措施

1、 對樓頂線(xiàn)路進(jìn)行穿鋼管防護

屏蔽是采用導電或導磁材料做成屏蔽體，將要保護的設備放在屏蔽體內，并將屏蔽體良好接地。這樣在屏蔽體外側存在電磁干擾時(shí)，由于屏蔽體的屏蔽和接地的作用，電磁干擾在傳輸到屏蔽體時(shí)，會(huì )由于屏蔽體的接地作用泄放掉部分干擾能量，使外界干擾能量不容易從屏蔽體的外側傳輸到屏蔽體內側，進(jìn)而可以對屏蔽體內的物體進(jìn)行保護以免受外界電磁干擾的影響。

由于大樓樓頂導線(xiàn)沒(méi)有采取防雷措施，而且導線(xiàn)直接位于大樓的避雷帶上，由前面的分析可知，在雷擊大樓時(shí)，樓頂導線(xiàn)會(huì )極容易感應出過(guò)高的過(guò)電壓而對整個(gè)大樓的供電系統造成危害。

采用穿鋼管技術(shù)，可以將導線(xiàn)在空間上與電磁脈沖輻射環(huán)境相隔離，進(jìn)而極大減小電磁脈沖場(chǎng)對導線(xiàn)的耦合，降低外界電磁干擾在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生的過(guò)電壓，進(jìn)而保護配電設備不受損壞。對樓頂暴露在外面的導線(xiàn)進(jìn)行穿鋼管是實(shí)施樓頂線(xiàn)路電磁脈沖防護的重要手段之一，也是屏蔽的主要目的。

2、 增強低壓供電線(xiàn)路的防護力度

為了降低入侵到配電室和機房的雷電過(guò)電壓，機房和配電室應當采用三級防雷保護方式。即變壓器兩側作為第一級防雷，直流電源兩側為第二級防雷，電源輸入終端作為第三級防雷。

三級防雷可以把能量逐級泄放掉，也可以減小由于低壓侵入的雷電波對電源系統的影響，三級防雷保護SPD安裝如圖1所示。在SPD的選擇上，可以根據要安裝地方不同和被保護設備耐沖擊電壓不同選擇相對型號的SPD，具體選擇何種型號的SPD在這里不在敘述。

圖1 低壓電源系統防雷保護的配置圖

在SPD的接線(xiàn)方式選擇上，由于要安裝SPD的地方較多，如果SPD的接線(xiàn)L1+L2的長(cháng)度小于1m，可能采用圖2中上方接線(xiàn)方式，否則應當采取圖2正文的“V”形接線(xiàn)方式。

圖2 兩種SPD接線(xiàn)方式

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3、 完善變壓器防雷措施

由前面的分析可知，由于大樓的配電變壓器僅采用了在高壓側安裝避雷器的措施，由低壓側傳來(lái)的過(guò)電壓將對變壓器的正常運行造成威脅。在此建議在變壓器的低壓側也安裝一組避雷器，以防止低壓側過(guò)電壓傳遞到高壓側而對變壓器的高壓側絕緣構成危脅。

同時(shí)由于大樓現有供電采用的變壓器為普通變壓器，耐雷電沖擊水平較低。在這里建議對于重要設備供電的電源，如大樓風(fēng)機，電梯及其他重要用電設備等，可以選用耐雷電沖擊水平相對普通變壓器較高的高耐雷變壓器，以保證重要設備的供電可靠性。在高耐雷變壓器的選擇上，可以選用雙曲折防雷變壓器，其相對普通變壓器的耐雷電沖擊水平可提高30%左右。

同時(shí)由于變壓器的高低壓側都裝有避雷器，其接地方式相對于原來(lái)僅在高壓側安裝避雷器的接地方式有所改變。此變壓器的接地應當采用“四點(diǎn)共地”的接線(xiàn)方式。如圖3所示，采取這種接地保護方式時(shí)，變壓器絕緣在避雷器動(dòng)作時(shí)僅承受避雷器的殘壓，免受了避雷器殘壓加接地引下線(xiàn)上電壓對變壓器主絕緣的沖擊，間接提高了變壓器的耐雷電沖擊水平。在雙曲折變壓器的接地上，也應當采用此種方式。在接地引下線(xiàn)方面，接地引下線(xiàn)應盡可能短，且采用鍍鋅材料以起到防腐蝕作用。

圖3 “四點(diǎn)共地”法保護

4、 等電位連接的完善措施

1）為了使配電室內設備在有故障電流或雷電流流入地網(wǎng)時(shí)由于地電位不等而不造成損壞，因此要在配電室進(jìn)行接地母線(xiàn)設計，以確保室內所有設備一直處于相同的電位上。

在室內等電位環(huán)形接地母線(xiàn)的設計上，可在采用截面積不應小于120mm2的扁銅在配電間內距地面15～30 cm高鋪設。在接地母線(xiàn)的接地上，采用截面積為40mm×4mm扁鋼與接地網(wǎng)可靠連接，在與地網(wǎng)的連接上，母線(xiàn)每隔2～4m就應有一個(gè)與地網(wǎng)的連接點(diǎn)，在連接點(diǎn)應采取一定的防腐措施。

將接地母線(xiàn)做好后，將配電間內所有用電設備及自來(lái)水管道、暖氣管道、金屬門(mén)窗等均與接地母線(xiàn)相連。在設備與接地母線(xiàn)的連接上，為了防止由于接地引下線(xiàn)過(guò)長(cháng)造成接地感抗過(guò)大而造成設備上電壓過(guò)高，應使接地引下線(xiàn)做的盡可能短。同時(shí)，為防止雷電流入地時(shí)在配電間形成的跨步電壓的威脅，在配電間巡視過(guò)道上應鋪一定厚度的橡膠絕緣墊。

2）由于大樓機房面積相對較小，只有二十幾平方米，而且都是采用的機柜，要接地的設備較少。因此在機房?jì)鹊牡入娢唤拥卦O計上，宜采用S型等電位連接。如圖4所示。

由圖中可以看出，S型等電位連接只有一個(gè)點(diǎn)連接到大樓共用接地系統中，各設備都直接按星形結構與基準點(diǎn)相連，避免了感應環(huán)路的產(chǎn)生。且由于所選用材料為銅，電阻較小，所以各設備基本上位于同一電位點(diǎn)，因此不會(huì )有與雷電關(guān)聯(lián)的低頻干擾進(jìn)行到機房的信息系統。同時(shí)此基準點(diǎn)也是機房?jì)劝惭b浪涌保護器的基準點(diǎn)。

圖4 S形等電位連接方式

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結論

本文對某大樓雷害事故較多的原因進(jìn)行了分析，并采取適當的防雷措施對該大樓進(jìn)行了防雷改造，取得了較好的防雷效果。同時(shí)對大樓防雷有以下建議。

（1）對整個(gè)大樓供電系統采用三級防雷措施，確保入侵的雷電過(guò)電壓在設備的承受范圍以?xún)取?/span>

（1）為了保證大樓內重要用電設備供電可靠，建議用雙曲折防雷變壓器對大樓內重要設備供電。

（2）完善配電室、機房用各樓層的等電位連接，防止因電位不等造成對設備的危害。

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??????????????????????? 2020-5-6 摘錄