出版社書庫綜合雷電防護解決方案
一、概述
1．雷電的形成
雷電是雷雨云之間或雷雨云與大地之間產生的放電現象，在這種放電的過程中,雷雨云是產生雷電的先決條件。雷雨云是對流云發展的成熟階段,其內部帶有大量的電荷，由于電荷的不斷積累，不同極性的云塊之間的電場強度不斷增大，當某處的電場強度超過空氣可能承受的擊穿強度時，就形成了云間放電。同樣，由于云層與大地之間所帶的電荷是不同極性的，當云地之間的電場強度達到空氣的擊穿強度時，就會形成云地間的放電。而這種形式的閃電對我們的生活最為密切。
雷雨云的放電大多數是重復性的,一次雷電平均包括三四次放電.由于雷雨云的大體積和大量電荷,無法在一次放電中完全釋放。第一次在雷雨云的最低層發生放電,重復的放電都是沿第一次放電的通路發展的,隨后的放電是從較高的云層或相鄰區域發生.每一次雷雨云放電所耗費的時間達十分之幾秒,我們通常看到的閃電是多次放電的疊加.雷雨云開始放電時,放電電流急劇增大,在閃電達到地面的瞬間,雷電流高達200—300KA,最大可達430 KA。通道兩端電位差可達上萬伏,所以一旦人或地面上的設備遭受到雷擊則可產生不可估量的后果。
雷電流所到之處會引起強烈的電磁，熱能和機械效應。我們所見的雷電形式有片狀雷，線狀雷，帶狀雷和球狀雷。其中，片狀雷多為云雨放電。線狀雷與我們生產生活的聯系較為密切。它是雷云與大地之間的放電，多以線狀形式出現而稱為線狀雷。通常雷云的下部帶負電，上部帶正電，由于雷云的負電感應作用，附近地面出現大量正電荷，從而使雷云與地面之間形成強大的電場。在雷云的底部形成一個向下發展的梯式先導，同時也在地面形成一個向上的迎面先導。隨著雷雨云的發展，在梯式先導與迎面先導之間形成一個放電通道。再在主通道的基礎上發生很多樹枝狀的放電。帶狀雷是線狀雷的一種，而球狀雷是一種彩色的火焰狀球體。聯珠狀閃電，這種閃電很少發生。
2．雷電的危害
自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產損失不計其數。據不完全統計，我國每年因雷擊以及雷擊負效應造成的人員傷亡達3000～4000人，財產損失在50億元到100億元人民幣。
雷電災害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業。現代電子技術的高速發展，帶來的負效應之一就是其抗雷擊浪涌能力的降低。以大規模集成電路為核心組件的測量、監控、保護、通信、計算機網絡等先進電子設備廣泛運用于電力、航空、國防、通信、廣電、金融、交通、石化、醫療以及其它現代生活的各個領域，以大型CMOS集成元件組成的這些電子設備普遍存在著對暫態過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點，暫態過電壓不僅會造成電子設備產生誤操作，也會造成更大的直接經濟損失和廣泛的社會影響。
二、工程簡介
本工程實施地點為“XXXX”，位于XXXX。該書庫在XX年X月X日曾遭受過雷擊，在閃電的瞬間，傳達室的煙感和紅外光報警器被雷電擊壞。庫本身屬于易燃場所，又鑒于已遭受過雷擊，所以對其雷電防護更為重要。
三、實地勘察及建筑物防雷類別劃分
XXXX周圍開闊且沒有較高的建筑物。該書庫占地面積為16562m2，總共有6個書庫，1棟辦公樓，1個傳達室和1個配電室。
3.1 直擊雷系統
6個書庫均沒有直擊雷防護。書庫1、書庫2為同一庫房，書庫1、書庫2和書庫3均用鋼梁鋼柱搭建，屋面用金屬鐵皮制作。書庫2內有6臺控制打印機的電腦和一臺交換機；書庫4、5、6均為普通的磚混結構，6個書庫中均存放有大量圖書。辦公及生活用房均布置在庫區北側迤東，該房東頭，在庫區東北角為二層樓結構。該房屋沒有直擊雷防護，屋面上有1個水箱和靠外墻1個高出屋面5m的煙囪，水箱和煙囪均未采取任何等電位連接接地處理。東北角二層樓面上有天線，天線桿已做引下線接地處理。傳達室和書庫東南側的變電室沒有直擊雷防護措施。
3.2 配電系統
整個庫區的用電從距傳達室4m處的室外變壓器處采用埋地形式引入總配電室，供電系統采用TN-S形式引入。
3.3 信息系統
信息系統機房位于主辦公區的樓梯間，其供電由辦公樓的配電盤引入。
3.4 建筑物防雷類別劃分
根據勘察人員的勘察資料，按照《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94，2000年版）的規定本方案將對書庫的防雷設計做以下防雷類別劃分評定。
預計雷擊次數的計算：建筑物預計雷擊次數的計算應按下式確定：
N = K Ng Ae
N 建筑物預計雷擊次數
K 校正系數
Ng 建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度
Ae 與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積
Ng = 0.024Td1′3（Td為年平均雷暴日）
北京的年平均雷暴日取36.7d/a
經計算判定：該書庫為第二類防雷建筑物。
四、設計方案
4.1 直擊雷及接地系統
根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057-94，2000年版），規定第二類防雷建筑物避雷網格不大于10m×10m或12m×8m。
4.1.1 本方案設計將在6個書庫樓的樓頂女兒墻上敷設1圈避雷帶，避雷帶采用Φ10mm的渡鋅圓鋼，由于各庫房屋面為坡面，為防止雷電直接擊打在屋脊上，對建筑物造成破壞，所以除在女兒墻上敷設1圈避雷帶以外，同時再沿各庫房屋脊上敷設1條橫向的避雷帶，從而更有效的保護到建筑物。由于屋面上敷設瀝青防雨層，為了不破壞原有的防水設施，所以利用水泥墩作為橫向避雷帶的支撐物。上述所有避雷帶的連接均采用焊接，且焊接長度不得小于60mm，所有焊接處應做防腐處理。
引下線及接地：沿庫房每隔18m，采用Φ10mm的熱鍍鋅圓鋼制作1根引下線，并在每條引下線靠庫房結構柱上制作一個接地點。
4.1.2 辦公樓直擊雷防護：沿屋面四周采用Φ10mm熱鍍鋅圓鋼敷設1圈避雷帶，屋面上的水箱水管、煙囪等金屬設施應和屋面的避雷帶做可靠的電氣連接；將屋面架設在避雷針上的天線拆除，用另外1根高2m的桿作為天線的支撐桿，此桿架設在距原避雷針3m處。
沿大樓每隔18m采用Φ10mm熱鍍鋅圓鋼制作1根引下線。
接地體：本方案設計將在辦公樓前面的空地里用熱鍍鋅角鋼和扁鋼敷設1組地網，此地網用作共用地網，用于連接辦公樓、傳達室和配電室的引下線。
4.1.3 傳達室：傳達室長5m、寬4m、高均3m，本方案設計將在其屋面上采用Φ10mm的熱鍍鋅圓鋼敷設1圈避雷帶，同時采用Φ10mm熱鍍鋅圓鋼制作1根引下線。采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼將引下線連接到辦公樓前面的地網上組成聯合地網。
4.1.4 配電室：沿屋面四周采用Φ10mm熱鍍鋅圓鋼敷設1圈避雷帶和引下線，并用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼將引下線連接到辦公樓前面的地網上組成聯合地網。
4.2 配電系統
電源系統的防雷電波侵入措施主要是在供電線路上安裝適當的浪涌保護器，在雷擊發生時將雷電流泄放入地，并且將線路上的電壓限制在一個安全的范圍之內。
根據國家標準規定，本方案對防雷電波侵入措施將采用分級防護的原則。
4.2.1第一級：在傳達室的照明電源配電箱，及動力電源配電箱，計算機機房總配電箱，1～3號庫動力配電箱，4～6號庫動力配電箱以及紅外配電箱內加裝一級浪涌保護器，Iimp為25kA，Up為2.0kV。
4.2.2第二級：在傳達室內煙感和紅外光報警器線路上、計算機機房配電箱內各加裝第二級浪涌保護器，In為20kA，Up為1.8kV。
4.2.3末級：在重要設備端，加裝插座式電源SPD。
SPD的連接導線應短而直，且連接導線總長度不大于0.5m。安裝線路上的SPD應有過電流保護器，所以在上述各級SPD的接線相線端各連接1片熔斷器。SPD的連接線采用帶絕緣外皮的銅導線，接頭處采用鍍錫的線鼻子壓接，接頭后端用同色絕緣膠帶封緊。線鼻子與避雷器的接口處需壓緊，牢固無松動。
4.3 信息系統
4.3.1 屋面上的天饋線在進入室內視頻分配器處加裝1只有線信號SPD。
4.3.2 在計算機機房內，2條ADSL線路上加裝信號SPD。
4.3.3 在2號書庫的網絡交換機處加裝信號SPD。
4.3.4 在傳達室13路煙感和紅外光報警器線路上各加裝1套信號SPD。
4.4 機房等電位及接地
本書庫信息系統機房設置在辦公樓樓梯間，面積較小，內有信息系統機柜1個和2組UPS電源。為保證雷電過電壓波不對信息系統機房內的設備造成影響，同時由于機房面積相對較小，所以在該樓梯間內靠柱處設置1個30mm×3mm的等電位連接板。并在外墻結構柱上適當位置剔出結構主筋，將其與等電位連接板做可靠的電氣連接。SPD的接地線、機柜外殼和室內所有金屬不帶電物體均應用連接導線單獨與等電位連接板做可靠的電氣連接。使其組成S型等電位連接網絡。
