菏澤市露天棉花堆放倉庫直擊雷防護設計

程萌++何榮杰

摘要 分析了雷電對棉花堆放倉庫的危害，確定了年預計雷擊次數及滾球半徑，從接閃桿、引下線、接地裝置等方面對棉花堆放倉庫進行了直擊雷防護設計。

關鍵詞 棉花堆放；倉庫；直擊雷；防護設計；山東菏澤

中圖分類號 TU895 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0205-01

雷電是一種災害性大氣放電現象，造成雷電災害的主要原因包括直擊雷、雷電感應和雷電波侵入，其中破壞性最嚴重的就是直擊雷。直擊雷，簡單地說就是雷云與大地上某一點之間發生的迅猛的放電現象，它會造成建筑物毀壞、人畜傷亡、電力和通信線路中斷、油庫爆炸和誘發森林大火等。露天棉垛堆放在室外，一般都在空曠地帶，且棉垛堆放較高，屬于孤立的構筑物，極易遭遇雷電引燃，造成較大的損失。因此，需要對其進行綜合防雷設計，以避免或減少雷電災害。

1 現場勘查及需求分析

該露天棉花堆放場地位于菏澤市東南某鄉鎮，分為2個區域，根據方向位置，分別為南側、北側2個區域。南側露天堆放區東西長172 m，南北寬40 m，棉花垛高6 m。北側露天堆放區東西長172 m，南北寬51 m，棉花垛高6 m。棉花露天堆放區域原已經安裝了4支普通避雷針作為直擊雷防護措施，但據現場勘查，避雷針的位置和高度均達不到完全防護堆放場地的要求[1-2]。

2 設計方案

2.1 建（構）筑物年預計雷擊次數

根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）附錄一計算建（構）筑物年預計雷擊次數。

N=kNgAe

式中：N—建筑物預計雷擊次數（次/年）；k—校正系數，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數值：位于曠野孤立的建筑物取2，金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7，位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物以及特別潮濕的建筑物取1.5；Ng—建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度[次/（km2·年）]；Ae—與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2）。

2.1.1 校正系數k值。根據菏澤棉花存儲倉庫所處地理位置，k值取1。

2.1.2 建筑物所處地雷擊大地的年均密度Ng。計算公式具體如下：

Ng=0.1Td

式中：Td—年平均雷暴日，根據當地氣象臺、站資料確定（d/年）。

2.1.3 建筑物等效面積Ae。建筑物等效面積Ae應為其實際平面積向外擴大后的面積。

Ae=0.028 km2

2.1.4 建筑物年預計雷擊次數計算。由計算可知，該棉花露天堆放場年預計雷擊次數為0.065次/年。

2.2 接閃器的設計

根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）第4.5.5條：糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場，宜采取防直擊雷措施。當其年計算雷擊次數大于或等于0.06時，宜采取獨立避雷針和架空避雷線防直擊雷，獨立避雷針和架空避雷線保護范圍的滾球半徑hr可取100 m。結合露天倉庫實際勘察情況，本次設計以架空避雷線、避雷針為主要防護手段。露天堆放場地設計東西方向架設避雷線。

當避雷線的高度h<2hr時：

其中，hr為避雷線在x-x′平面上的保護寬度；hr是滾球半徑，在本工程中hr=100 m；hx為被保護物的高度，在本工程中hx=6 m。

根據計算結果，采用在東西方向架設避雷線進行直擊雷防護，其中南側區域需架設1根避雷線，避雷鐵塔2座，避雷鐵塔高度為20 m，兩鐵塔東西間距178 m；北側區域需架設1根避雷線，避雷鐵塔2座，避雷鐵塔高度為24 m，兩鐵塔東西間距178 m。

避雷線拉張時，應計及避雷線拉張時的弧垂的影響。本方案中，避雷線的弧垂按4 m計算，材料選用35 mm2鋼絞線，避雷線的牽拉方向均為東西方向。

由于棉花堆場面積較大，年預計雷擊次數較高，且場地堆放有大量的易燃物品，若遭受雷擊將造成嚴重后果。為了降低雷擊風險，延長雷電流的放電時間，減弱雷電流的泄放強度，降低雷電流的陡度，提高對直擊雷的攔截效率，在4座避雷鐵塔頂端各加裝1支優化避雷針，避雷針采用熱鍍鋅避雷鐵塔作為支架，避雷針針體采用優化避雷針[3]。

2.3 引下線的設計

直擊雷防護以避雷針（帶、網）、引下線、接地裝置為主。引下線對分流效果有直接影響，引下線的粗細和數量直接影響分流效果。引下線數量多，截面積大，那么每根引下線單位面積上通過的雷電流就小，其感應范圍就小。在此直擊雷防護設計中，鐵塔、熱鍍鋅鋼均是良好的引下線，可以直接利用鐵塔作為引下線。

2.4 接地裝置的設計

諸種雷害中，對直擊雷的防護措施包含接閃針、帶、網、引下線和接地地網的敷設，而對雷電感應的防護主要包含浪涌保護器的設置、屏蔽、等電位連接、合理布線以及共用接地裝置，由此可見，接地地網的設置是防雷工作中一個最重要的環節，接地地網的好壞直接關系到防雷工程的實際防護效果，良好的接地是防雷成功的重要保證之一[4]。

對于堆場區的直擊雷防護措施，共需要架設4座避雷鐵塔，鐵塔頂端加裝優化避雷針，每一支避雷針，根據規范要求，其接地電阻要求不大于10.0 Ω。每座避雷鐵塔，如果僅利用其基礎及預埋件做接地無法達到規范要求，應當增加人工接地極。人工接地極在土壤中的埋設深度要求不得小于0.5 m，所有獨立接地地網均應離開被保護物及其有聯系的管道、線纜等金屬物3 m的安全距離。接地地網的制作材料，垂直接地體要求使用2.5 m長、50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼，水平接地體要求使用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼，且焊接時要求搭接長度為扁鋼寬度的2倍，不少于3面施焊。人工接地極應與鐵塔基礎內鋼筋可靠焊接，且焊接應不少于2處，所有焊接處均應作防腐處理。

3 結語

防雷工程是一項系統工程，它涉及多方面，需采取全面的防護措施。對直擊雷的防護，主要采取的措施是接閃針、帶、網、引下線和接地地網，其目的就是將雷電吸引過來泄放入地，各項設施相輔相成，缺一不可。根據防護對象的重要性、遭雷擊的可能性及可能導致的后果，在詳細勘察現場基礎上設計綜合方案，力求將雷電可能造成的損害降到最低。

4 參考文獻

[1] 和偉，劉洪建，徐八林，等.建筑群的雷擊選擇性分析及直擊雷防護[J].云南師范大學學報（自然科學版），2011（2）：9-11.

[2] 劉俊.高層建筑直擊雷防護設計應用探討[J].工程建設與設計，2011（4）：122-125.

[3] 馬金福，馮志偉，汝洪博，等.雷達天線罩直擊雷防護計算方法探討[J].建筑電氣，2013（6）：55-59.

[4] 孫順泉，龐華基，黃樹華，等.大型垃圾填埋場直擊雷防護工程設計[J].山東氣象，2014（1）：31-34.