行政办公大楼的雷电防护设计

肖健 李昕 肖敏

【摘要】本文根据怀化市某行政单位新建办公大楼的基本情况，确定此大楼的防雷类别和电子信息系统防雷等级，从屏蔽、等电位连接和过电压保护等方面对大楼的雷电防护进行了系统设计，从而确保整个大楼更加安全。

【关键词】办公大楼；雷电防护；设计

引 言

随着科学技术的发展，通信设备应用日趋广泛，各行各业相继建立了各种类型的信息网络系统，为提高工作成效发挥了巨大的作用。但是通信设备抗击雷击电磁脉冲能力比较弱，雷击灾害往往使这一系统受到破坏，严重影响工作的正常开展和系统的正常运行。为最大可能地避免雷电给通信系统及人身安全带来的危害，本着“综合防御、多重保护”的原则，设计了此办公大楼的雷电防护解决方案。

1 现场勘查

怀化市地处武陵山脉和雪峰山脉之间，多为山地丘陵，年平均雷暴日为49.9 d/a ，属于雷暴高发区。经现场勘查测量得知：该单位地处市府行政新区，周围地势平坦，土壤是砂质粘土，土壤电阻率150Ω·m，新建办公楼长约50 m、宽约20 m、高约60m，框架结构，地上十二层，地下一层，其中地下一层主要为停车场和总配电室之用；第一层是接待大厅，二层至九层是办公室，新增通信机房设在八层，其余各层留作它用。总配电室引出干线至每层配电箱，每层的照明和其它用电从该层配电箱引出。因为该大楼本身是行政办公大楼，所以宽带、电话和各类监控等信号系统都依托自己的通信网络，从通信机房引出上下辐射分布。

该大楼利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋构成暗装接闪网，大楼四周干挂玻璃幕墙，楼顶设置明敷避雷带和钢构网格。经测量计算该大楼外部防雷设施符合防直击雷、侧击雷标准。因为还未正式投入使用，发现该大楼没有安装电涌保护器、新增通信机房没有任何内部防雷设施。

2 大楼防雷类别与电子信息系统防雷等级的确定

2.1大楼的防雷类别

《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）根据防雷建筑物的重要性、使用性质、发生雷电灾害的可能性和后果将建筑物分为三类。

该办公大楼的防雷等级是由以下计算来确定的：

办公楼楼高60m、长50m、宽20m，所处地区年平均雷暴日为49.9 d/a，则办公楼的年预计雷击次数N为：N = kNgAe

其中：k为校正系数，在这里取1；

Ng为建筑物所处地区的雷击大地的年平均密度，通过年平均雷暴日来确定；

Ae为建筑物的等效截收面积。

Ng =0.024Td1.3，在这里Td取整为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

则办公楼的年预计雷击次数：N=kNgAe=3.88×0.04=0.155（次/年）

同时考虑到该建筑物内有大量电子通信设备并且属于人员密集的公共建筑物，因而综合各方面因素判定该大楼属于第二类防雷建筑物。

2.2大楼内电子信息系统的防雷等级

2.2.1线缆入户设施情况

根据现场勘查，该大楼的电源线缆入户方式为低压埋地，线长约200m，因为土壤电阻率为150Ω·m，故等效ds取值为150m，采用2×10-6 ds×L得到电源线缆入户设施截收面积Ae1为0.06km2；信号线缆入户方式为埋地信号线缆，线长约150m，等效ds取值为150m，采用2×10-6 ds×L得到信号线缆入户设施截收面積Ae2为0.045km2。

2.2.2建筑物及入户线路年击次数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电子信息系统雷击电磁脉冲防护等级

雷击电磁脉冲防护分级可由下式求取：E =1-NC /N

式中：E为防雷装置拦截效率； NC为因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数；N为建筑物及入户线路年预计雷击次数，该值可由下式求取：

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结论

建筑物及入户设施年预计雷击次数N =0.155，可接受的最大年平均雷击次数NC =0.071，防雷装置拦截效率E =0.87，防雷等级为C级。

3 通信机房防雷设计技术方案

3.1屏蔽

3.1.1在机房各类门窗加装外表镀锌的金属网，并将墙壁内的结构钢筋在相交处和金属门框焊接。

3.1.2所有信号线缆和低压电源线缆都采用有金属屏蔽层的电缆，电源线和信号线避免平行走线，并将其屏蔽层在出入机房时做良好接地。

3.1.3所有进出该机房的金属导体及金属线槽等都在出入机房时做良好接地。

3.2等电位连接

3.2.1从配电室引出的接地排经由电气竖井引至各个楼层配电箱处做好等电位接地端子板，将电涌保护器、电缆金属外皮等在此做可靠连接。

3.2.2在通信机房内沿墙壁敷设铜制的水平环型体接地排，并与电气竖井中的接地排可靠连接。将金属门窗、防静电地板金属骨架、各种电子设备的金属外壳、机柜等均与该水平环型接地体做可靠连接。

3.2.3在机房内敷设的活动防静电地板下用扁钢设置金属网格，形成均衡接地网，并将该网与水平环型接地排可靠连接。

3.2.4各种信号线的屏蔽管在进入机房后，在此将屏蔽层与水平环型接地排做可靠连接。

3.3过电压保护

3.3.1大楼的总配电柜处安装第一级避雷器，参数：8/20μs，80kA。

3.3.2各楼层的配电箱处安装第二级避雷器，参数：8/20μs，40kA。

3.3.3通信机房内电源处安装第三级避雷器，参数：8/20μs，20kA。

3.3.4在通信机房内各种设备的直流电源进线端，利用设备配电柜自带防雷模块作为设备的电源末级防护，但要求自带防雷模块标称放电电源参数：8/20μs，10kA。

4 结束语

通过对行政办公大楼及新增通信机房的雷电防护设计，使该高层建筑对于防直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲方面得到有效的综合防护，减少了雷电损坏几率，保障了人身安全和设备的稳定运行。

参考文献

[1] 中国机械工业联合会.GB50057-2010， 建筑物防雷设计规范.北京：中国计划出版社，2011.

[2] 四川省住房和城乡建设厅.GB50343-2012， 建筑物电子信息系统防雷技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2012.