張春哲，周國(guó)剛

(1.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽(yáng)110003，2.遼寧省江河流域管理局，沈陽(yáng) 110003)

1 庫(kù)區(qū)防雷的必要性

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)等微電子設(shè)備大量參與水庫(kù)的數(shù)據(jù)采集及日常管理，由于其靈敏度高、耐壓低，很易受雷電電磁脈沖干擾。如果防雷系統(tǒng)有缺陷，接閃裝置接閃后，建筑物內(nèi)的微電子設(shè)備必然會(huì)受到影響，輕者可導(dǎo)致有關(guān)設(shè)備的誤動(dòng)作，重者會(huì)造成硬件的永久性損壞，以致通訊中斷等嚴(yán)重后果。庫(kù)區(qū)防雷是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須綜合考慮，將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體統(tǒng)一考慮。

2 庫(kù)區(qū)建筑物防雷的特點(diǎn)

庫(kù)區(qū)的建筑物一般包括管理房、大壩、溢洪道、輸水洞、啟閉室等，主要防雷建筑物指有機(jī)電設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)和人活動(dòng)的地方。管理房、啟閉室、閘室、電站是主要的防雷對(duì)象。大壩、溢洪道、輸水洞由于跟大地直接接觸，另外，這些建筑遭受雷擊后損害并不明顯，在庫(kù)區(qū)防雷時(shí)可以不做直接考慮。

我國(guó)的大、中、小型水庫(kù)分布不均，環(huán)境條件也不盡相同，建議有條件的水庫(kù)首先在大壩兩端的山頂上建設(shè)避雷塔，建設(shè)中關(guān)鍵是對(duì)兩座塔都要按標(biāo)準(zhǔn)要求做良好的接地連接，使兩座塔能起到良好的引雷避雷的作用，使庫(kù)區(qū)大部分都在兩座塔的保護(hù)之下，并將兩座塔的良好接地用引下線一直引到相關(guān)需要防雷建筑物的接地裝置上，使整個(gè)地區(qū)形成一個(gè)統(tǒng)一的防雷帶。并在低處的建筑物接地裝置的引下線上加裝防止電流反向沖擊的設(shè)備，以免由于山上山下形成點(diǎn)位差時(shí)對(duì)下面建筑物及里面的設(shè)備造成損害。在整個(gè)防雷系統(tǒng)中重要的就是良好的接地，沒有良好的接地一切避雷設(shè)施都有可能將“引雷入室”，給人的生命及國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損失。

3 防雷分區(qū)的定義及綜合防雷系統(tǒng)的組成

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62305—4(GB/T 21714.3)［1］中規(guī)定的防雷方案的基礎(chǔ)原理是:在電涌達(dá)到終端設(shè)備并對(duì)其造成損壞之前將電涌逐級(jí)降低到安全的電平?；谶@個(gè)原則，建筑物的整個(gè)電源線路被分為多個(gè)避雷區(qū)(LPZ=Lightning Protection Zone)，在由一個(gè)區(qū)進(jìn)入另一個(gè)區(qū)的各個(gè)過渡位置安裝用于實(shí)現(xiàn)電平平衡的電涌保護(hù)器，即根據(jù)相應(yīng)必要的規(guī)定等級(jí)加以劃分。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn):通過直接的線路在建筑物的入口處將能量巨大和危險(xiǎn)的雷擊電流釋放掉進(jìn)入到其它線路系統(tǒng)的耦合量減少到最小。可以避免由于磁場(chǎng)帶來(lái)的故障。可經(jīng)濟(jì)、合理地為新建、擴(kuò)建和改建建筑規(guī)劃出具有針對(duì)性的保護(hù)方案。

由外至內(nèi)，防雷分區(qū)被定義如下:

1)LPZOA:在建筑物外部，不受外部保護(hù)裝置保護(hù)的區(qū)域?？赡茉馐苤睋衾祝瑢?duì)雷電電磁脈沖沒有任何屏蔽防護(hù)。

2)LPZOB:在建筑物外部受外部防雷裝置保護(hù)的區(qū)域。對(duì)雷電電磁脈沖沒有任何屏蔽防護(hù)。

3)LPZO1:建筑物內(nèi)部區(qū)域。有小部分雷電能量進(jìn)入的可能性。

4)LPZO2:建筑物內(nèi)部區(qū)域。有低的浪涌過電壓進(jìn)入的可能性。

5)LPZO3:建筑物(也可能是設(shè)備的金屬外殼)內(nèi)部區(qū)域。沒有雷電電磁脈沖產(chǎn)生的干擾，也沒有浪涌過電壓。

防雷分區(qū)理論的必要條件是正確安裝的等電位連接系統(tǒng)，然后在各分區(qū)之間安裝防雷器作為補(bǔ)充，因而對(duì)于防雷來(lái)說(shuō)，建立等電位連接系統(tǒng)同樣重要。在水庫(kù)范圍內(nèi)，多是雷電頻發(fā)地區(qū)，然而，由于周圍山體巖石比較多，接地體的制作比較困難，比較好的方法是在建庫(kù)初期，修建大壩時(shí)就把接地體從大壩下引出來(lái)，對(duì)已建成的水庫(kù)來(lái)說(shuō)，尤其是山區(qū)的水庫(kù)，就得根據(jù)規(guī)范中深挖洞，加降阻劑等方法安裝接地極使接地電阻達(dá)到相應(yīng)的要求，并且讓各接地設(shè)備等電位連接，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)免于或部分免于雷電的破壞。一般分散的接地的電阻值可大一些，例如取4 Ω。若采用統(tǒng)一接地，則接地電阻值必須＜1 Ω。防雷是一個(gè)重要的系統(tǒng)工程，單一的防雷措施只能局部片面地減少雷電的損害，建筑物的綜合防雷系統(tǒng)涵蓋了建筑物內(nèi)外部?jī)蓚€(gè)方面，外部防雷措施以接閃器、引下線及接地裝置為主，內(nèi)部防雷措施則以屏蔽隔離帶(層)、等電位連接 和安裝各級(jí)浪涌保護(hù)器為主，詳細(xì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

4 庫(kù)區(qū)防雷措施

雷對(duì)建筑物的危害作用主要通過兩種方式:

1)直擊雷的作用。

2)感應(yīng)雷的作用。

在防雷避雷措施中要明確一個(gè)概念就是所謂防雷、避雷其實(shí)是將直接雷引開，將感應(yīng)雷屏蔽掉，實(shí)際上就是將雷引導(dǎo)至不受其破壞或受其損害比較小的地方，以達(dá)到保護(hù)重點(diǎn)建筑和設(shè)備，減少雷電造成的損害的作用。實(shí)踐中除了按照防雷分區(qū)進(jìn)行整體的布局外，更應(yīng)當(dāng)多注重細(xì)節(jié):

圖1 綜合防雷系統(tǒng)框圖

1)在水庫(kù)的防雷體系中，尤其重要的是對(duì)接地體的制作，沒有一個(gè)好的接地裝置，其它的方法都是空談。

2)除去建筑物本身必須的防雷措施外，還應(yīng)注意進(jìn)入建筑物的各種線路及金屬管道宜采用全線埋地引入，并在入口端將電纜的金屬外皮、鋼管及金屬管道與接地裝置連接。

3)受保護(hù)的設(shè)備一定要遠(yuǎn)離引雷體，如果受保護(hù)裝置完全暴露在雷電的范圍里，接地效果還不明顯，可以試一試將設(shè)備架空(至少要2～3 m以上)，下面用絕緣的支架安裝牢固，這樣一來(lái)是設(shè)備本身成為了“絕緣體”，雷電在設(shè)備與大地之間沒有回路可走，無(wú)處釋放電荷也就避免了雷擊的發(fā)生。

4)在一些通訊設(shè)備、采集設(shè)備的線路板上，為了防止包括雷電所產(chǎn)生的電磁脈沖，采用了光電隔離裝置，可有效地保護(hù)重要的電路，最大的損失就是換一個(gè)光電耦合器，即經(jīng)濟(jì)又方便。

總之，避雷防雷的目的就是要把雷引走，讓雷電遠(yuǎn)離需要保護(hù)的設(shè)備，在水利水電自動(dòng)化系統(tǒng)中，要在建設(shè)初期就設(shè)計(jì)好全面有效的防雷措施，才能使自動(dòng)化系統(tǒng)在水庫(kù)的運(yùn)行管理中發(fā)揮更大的效益。

［1］中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集D501—1～4 防雷與接地安裝:2003年合訂本［M］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.