1、防雷工程设计培训 防雷工程设计示例,学习如何做防雷设计方案,对防雷环境要求较高的任何一项建筑工程在做工程建设可行性研究报告时，都要考虑防雷系统的建设，应将“防雷设计方案”作为工程建设设计方案的一部分。 应在新建建筑物的设计阶段就认真研究防雷装置如何利用建筑物的金属结构而得到最大的效益。这样，将使防雷装置的设计和施工与建筑物的设计和施工结合成一体，能以最少的人工和花费建造最高效的防雷装置。 设计方案应具备系统性和可操作性。应对防雷设计方案进行严格审核。,工程建设可行性研究报告防雷部分应包括的内容,1。拟建建筑物所在地的周边环境、地理地貌 、气候和灾害性天气特点以及雷电活动规律的概述，并阐述对该建
2、筑工程进行雷电防护建设的必要性。 2。雷电防护方案应包括对该建筑工程及配套设施的雷电防护要求及防护原则，所 采取的主要技术措施、依据的概述，所选用的主要保护器件的技术性能要求等。,3。防雷工程初步概算。 4。对本公司防雷工程设计、施工的能力（资质）、技术水平及质量保证措施等进行说明（举出所设计、施工完成的较大防雷工程实例）。 5。防雷主管部门的审核意见等。,防雷设计方案应包括的内容,1。概述 2。设计依据 3。总体防雷设计说明 4。分项具体防雷设计方案 5。相关的图纸、资料 6。防雷工程预算 7。防雷工程质量管理措施,1.1防雷设计方案主要内容 1.1.1概述,1.1.1.1 防雷设计方案概述
3、中应详细地描述拟建建筑物所在地的周边环境、地理地貌、地质情况。这些资料的获取一般需要到现场进行实地勘察，要求高的可能需要请专门的地质勘察研究部门来进行此项工作 1.1.1.2防雷设计方案概述中应详细地描述拟建建筑物所在地气候和灾害性天气特点以及雷电活动规律。根据由当地气象部门提供的诸如年平均雷暴日、初雷日终雷日、发生雷暴的强度和时间分布规律、雷暴移动路径以及风速等的统计资料，可以帮助确定建筑物防雷类别、外部防雷装置的安装位置和抗风等级、内部防雷装置尤其是SPD的型式和主要技术指标。根据最大冻土深度可确定人工接地体的埋深。,1.1.1.3防雷设计方案概述中应详细地描述拟建建筑物的使用性质、重要性
4、并阐述对拟建建筑工程进行雷电防护建设的必要性。 1.1.1.4防雷设计方案概述中应详细地描述建筑物的建筑结构、高度、建筑面积、布局，设备布置、通信通讯方式、供配电系统（供配电制式、高、低压电力线路的架设方案、自备油机发电机组、UPS等）以及综合布线等情况。,石家庄新一代天气雷达站 （新乐站）防雷设计方案,概 述 河北省气象局新一代天气雷达站（新乐站）地处石家庄东北部太行山东麓，是中南部地区天气系统和河流的上游，其地理位置是监测暴雨等灾害性天气和指导下游台站的理想位置，其探测范围可覆盖整个河北省中南部地区，它的建设为实现河北省“一保京津、二保铁路、三保油田、四保自己”的防汛方针和解决“保安全，多
5、蓄水”这一突出矛盾，提供可靠的科学依据。它的建设有着特殊的政治意义和经济社会效益。,概述例,概述例,由于选址的要求（净空条件），新乐雷达站地处空旷带，雷暴日数以夏季68月最多，年平均雷暴日数约为32天，见附图1，雷暴的移动路径主要为西北、西南两个方向，见附图2，属于雷暴多发区，近年来石家庄一带雷灾频繁，加强新乐雷达站的防雷建设有着非常重要的意义。新一代多普勒雷达对防雷环境、环境技术有相当高的要求。雷达站防雷工程不仅涉及到雷达站自身安全，且关系到能否准确提供突发性气象灾害信息，关系到政府部门抗灾救灾决策的依据是否准确可靠及时。,新乐雷达站场地属磁河冲洪积平原，根据河北省建设勘察研究院地质勘探的结
6、果其土壤自上而下为粉土、中粗砂、粗砂等，土壤电阻率较高。地下水位在20米以下。（粉土层仅有零点几米到一点几米，土壤电阻率从几百到几千欧姆米，附河北省建设勘察研究院地质勘探的结果），必须加强接地系统的建设，确保作为防雷技术的基础环节的可靠运行。最大冻土深度为0.6米。雷达站的防雷系统应采用当今国内外最先进成熟的外部和内部防雷技术做多层次的综合防雷。,概述例,新乐雷达站为办公楼塔楼建筑，占地面积815平方米，总建筑面积2155平方米，建筑高度49.45米,雷达天线罩顶高度为62米,框架结构,剪力墙身,见附图:总位置图;立面图;设备布置图.基础采用灌注桩和承台结构,见附图:基础平面图;雷达资料传输采
7、用光缆传输;供电系统采用TN-C-S制式,架空高压线至架杆变压器埋地进入配电室,再与柴油发电机组一道用埋地电缆为雷达站供电.见附图 :电力平面图.,1.1.2 设计依据 防雷设计方案应清晰地写明设计依据 应掌握和使用被引用标准的最新版本，以保证引用标准和使用本标准的先进性。一般应以现行国家标准和行业标准为依据，鼓励采用IEC标准。 设计方案中所采取的技术措施及施工工艺，一般应以相关技术标准或规范为依据 对于雷电防护产品生产厂家宣称的产品功能，防雷工程设计人员只能将其作为参考资料，在做具体的防雷设计时，仍应按有关标准确定技术指标,设计依据例,本设计方案主要设计依据为： GB50057-94 建筑
8、物防雷设计规范 GB50174-1993 电子计算机机房设计规范 GB50054-1995 低压配电设计规范 QX 2-2000 新一代天气雷达站防雷技术规范 QX3-2000 气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范 IEC62305 雷电防护标准 IEC61312 雷电电磁脉冲的防护 IEC60364-5-534 过电压保护器件,1.1.3防雷设计总体说明,设计方案总体说明中要明确该雷电防护方案保护的空间范围、建（构）筑物及主要设备等，应列出被保护的主要设备清单。 在防雷设计总体说明中应对概述中介绍的详细资讯进行综合分析，进而对建筑物进行防雷分类的划定。必要时需在进行雷击风险评估后才能确定建筑物的
9、防雷类别。 应写出外部、内部防雷设计总的原则和总的要求以及一些通用的做法，在建筑工程图纸中的总体设计说明、电气施工图和结构施工图中适当的地方应有反映这些要求的文字说明。,总体防雷设计说明例,1. 本雷达站建筑物的外部防雷设计按GB50057-1994第二类防雷建筑物要求进行设计，并要求符合雷达站防雷等级二等要求。 2.雷达站的内部设计采用等电位连接，屏蔽、隔离、合理布线，电涌保护和共用接地系统等措施进行综合防护 EP.,总体防雷设计说明例,3. 充分利用雷达站建筑物内金属构件的多重连接实现等电位连接。凡已明确需要做等电位连接的部位，都应预先设计等电位连接带并施工，还应从建筑物结构主钢筋上引出等
10、电位连接预留件备用。该预留件宜从建筑物中心部位结构主钢筋引出，连接导体一般为16镀锌圆钢或40mm4mm镀锌扁铁,总体防雷设计说明例,4. 雷达站主机房的门和窗处，要在门、窗安装之前从建筑物结构引出等电位预留件备用。使用金属材料在门、窗处进行屏蔽时可与此预留件电气连接。连接导体的最小截面不应小于表2的要求。 5. 在雷达站建筑物设计施工时，在安装雷达天线基座的平台上预留出间距相等的四支避雷针的基础。其与雷达天线罩的水平距离需大于3m。,1.1.4 分项防雷设计方案,具体的防雷分项设计，可按外部和内部防雷的一定顺序针对不同的保护对象进行设计描述。如：建筑物、建筑物顶天线及到机房的电缆、传输系统、
11、供配电系统、等电位连接系统和接地系统及其他装置的防雷,防雷分项设计第一个主题,保护对象：设计方案 要明确本方案雷电防护保护的空间范围、建（构）筑物等，并列出被保护的设备清单。,防雷分项设计第二个主题,外部防雷： 1.外部防雷方案的选择 2.具体保护范围的计算,外部防雷方案的选择例,一、 雷达天线的防护 二、 建筑物的防护,外部防雷方案的选择例：,一、 雷达天线的防护 1. 在安装雷达天线基座的平台上，安装4支避雷针。每支避雷针直接与平台横梁内主钢筋电气连接。连接导体应使用16mm以上镀锌圆钢。考虑到石家庄新乐雷暴大多从西北方向移动过来,避雷针位置在西北方向应加强,其支座位置见图结施-23。 2
12、. 避雷针支座做法见避雷针支座结构图,图2。建筑部门必须设计能承载此避雷针包括底座的承梁。,外部防雷方案的选择例,3. 引下线直接利用雷达站建筑物外墙结构柱主钢筋。在雷达天线平台的女儿墙上应留出4组以上长于150mm的钢筋头，将平台环型水平金属栏杆与之电气连接。避雷针和平台上所有金属组件含雷达天线基础内的金属构件均应与避雷带电气连接。所有焊接均采用16圆钢与梁内钢筋焊接，焊接长度大于6d。详见图电施-16。,避雷针保护范围的计算,4.避雷针高度确定(见避雷针保护范围主视、俯视图) 四根避雷针等距，按二类防雷建筑计算，滚球半径为45米； 天线罩外缘直径11.887m； 避雷针与天线罩外缘距离为3
13、.91m； 被保护物高度放宽0.88m后为11.887-0.968+2.2+0.88=14米。 按保护范围最低点高度h0=14米计算避雷针高度h的计算为：,外部防雷方案的选择例,（1） h0=sqrt(hr2-sqr(d/2)+h-hr （2）h=h0+hr-sqrt(hr2-sqr(d/2)=14+45-sqrt(452-2)=15.13米。 根据QX2-2000新一代天气雷达站防雷技术规范标准要求为减少避雷针对雷达工作的影响，避雷针支撑杆在雷达天线仰角零度下边缘以上使用高强度玻璃钢替代金属杆。其内用截面50mm2多股铜线实现接闪器与金属支撑底座的电气连接。为避免15米长铜缆全部重量加在顶接
14、闪器上造成针弯曲，采取分二级固定铜缆以便分力的措施。 5避雷针抗风等级为30m/s。,外部防雷方案的选择例,二、 建筑物的防护,建筑物本身的外部防雷包括屋顶避雷带和侧击雷的防护。见屋顶防雷图,外部防雷方案的选择例,防雷分项设计第三个主题,LEMP的防护： 屏蔽措施； 传输及通信系统的雷电防护； 等电位连接系统； 接地方法与接地装置； 低压配电系统的电涌保护； 专用设施的雷电保护,LEMP的防护例,二、电缆与波导管的防护 1. 雷达天线接到机房的所有电缆敷设在金属桥架内，金属桥架和波导管在穿经每一楼层时应与该层等电位连接带电气连接。金属桥架首尾应电气贯通。 2. 雷达天线至机房的电缆线入口处应用
15、金属罩屏蔽并接地。,1. 为改善机房内电磁环境，需加强机房屏蔽建设，由于11楼雷达机房大框架结构柱距为3.251米，符合GB50057-94对于首次雷击和后续雷击的钢材屏蔽系数：SF=20log（8.5/w）/sqrt（1+1810-6/r2）和SF=20log(8.5/w)中对于格栅屏蔽的网格宽W适用于5米的要求，机房墙面采用剪力墙结构加强了屏蔽效果。 2. 为防雷击电磁脉冲干扰，所有线缆均应敷设在金属屏蔽槽（管）内，并进行多次等电位连接后进入机房。在建筑物设计、施工时应预留穿管用的孔洞。一楼20对电话壁装箱B1及二楼10对电话壁装箱B2要与结构圆钢做等电位连接，其它所有开关柜、控制柜也如此
16、处理。,LEMP的防护例,3. 由于雷达机房处于顶一层，所以必须加强机房天花板、地板、外墙的屏蔽，雷达机房的外墙、天花板、地板的钢筋宜适当加密，钢筋网孔不宜大于200mm200mm。雷达机房和控制室应使用金属板门，窗上应加设网孔不大于200mm200mm的金属网。金属门与建筑物内的主钢筋应做可靠电气连接。此次雷达机房剪力墙配筋网格为125mm150mm。见图结施-6剪力墙身表和图屋顶平面配筋。 4. 雷达机房和控制室内的设备距外墙及梁柱的距离小于1000mm，条件不允许时应对设备采取电磁屏蔽措施。,LEMP的防护例,四、传输系统的防护例,1. 光缆的金属终端盒与等电位连接带连接。 2. 三十部
17、电话安装防雷排。 3. 雷达天线伺服系统控制电缆的二端设SPD保护，具体型号与雷达厂商协商。 4. 计算机内部网络部分安装网络避雷器约二十个。 5. 县局业务平台用X.25专线和拨号电话专线 SPD各一个。,五、供电系统的雷电防护例,1. 雷达站低压供电选用TN-C-S配电系统。要求高压线进变电室前50米，由架空改为铠装电缆埋地进入，从变电室到雷达楼内的电缆也要铠装埋地进入。外铠应与建筑物做总等电位联结 2. 雷达站安装3级SPD进行多重保护，其中： SPD1：安装在变压器室电源总配电柜上，在每条相线和中性线上选用级分类试验用冲击电流Iimp通过幅值电流不小于40kA的SPD（10/350s）
18、；,SPD2：共3组，安装在雷达站建筑物一层竖井AP、AEP、AL三个配电柜上，宜选用每条相线和中性线上每个SPD标称放电电流不小于20kA的SPD（8/20s）； SPD3: 共13个，分别安装在雷达主机房和控制室以及一楼业务平台、十楼电梯机房等分配电盘11-AP、1-AL、2-AL、2-AP、2-AT1、2-AT2、2-AT3、10-AT、11-AT、1-AP、2-AEL、5-AEL、8-AEL上；宜选用每条相线和中性线上每个SPD标称放电电流不小于10kA的SPD（8/20s）；,例,3. 为加装SPD进行电涌保护，总配电柜、配电盘和分配电盘上均应留出安装SPD的空间。见图电施-15配电
19、箱系统图要求配电箱AP、AEP、AL、11-AP、1-AL、2-AL、2-AP、2-AT1、2-AT2、2-AT3、10-AT、11-AT、1-AP、2-AEL、5-AEL、8-AEL在箱体制作时预留安装35mm导轨以便安装SPD。见电源通道SPD安装示意图。 4采用8个一拖三防雷插座做小型设备的移动保护。 5. 在雷达站顶层的装饰灯、航空障碍灯等，使用屏蔽电缆并加装三级集成的电源防雷箱一个，电缆屏蔽层接地。,六、等电位连接与接地,1. 将分开的设备各导电部分用等电位连接导体或SPD连接，应利用建筑物内主钢筋和所有金属构件的多重连接形成等电位连接网络，见各层干线及接地平面图及雷达站进行等电位连
20、接和接地的例示图。,例,2. 所有进入雷达站的金属管道、信号电缆外屏蔽层、电力电缆外铠均应在雷达站的入口处做等电位连接后与地网连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50054-1995的要求做总等电位连接。进行总等电位连接之后，应在后续的雷电防护区的交界处，进行局部等电位连接。连接主体应包含雷达系统装置本身（含外露可导电部分）、PE线、线缆金属屏蔽层和防静电地板等。,例,例,3. 雷达主机房和控制室内PE线、直流地、屏蔽地、防静电地和SPD接地均应与建筑物主钢筋连接的等电位连接带可靠电气连接。具体做法在11楼雷达机房的八根结构柱上将柱筋用16圆钢各焊上一段钢筋头并过渡到50
21、0mm长、4mm40mm扁铜带，过渡段需做2b以上铜焊，做为机房今后等电位联接用。雷达机房等电位连接采用M型网型结构，通过八点连接到共用接地系统中，形成Mm型等电位连接网络，格栅间隔距离为600600mm 。见雷达机房Mm型等电位系统图，在一楼业务平台和二楼控制室也从内墙筋上预留至少两处等电位连接点，供今后做星形或网型等电位连接系统,4. 利用雷达站建筑物的基础钢筋网作为自然接地体，考虑到新乐雷达站土壤自上而下为粉土、中粗沙、粗沙、土壤电阻率高，为确保联合接地稳定可靠，采用在塔楼外埋设人工辅助接地体，通过办公楼部分基础自然接地体形成环形网。并加化学长效降阻剂，该环形水平接地体在散水坡以外，并在
22、不同方向用4根以上4mm40mm的镀锌扁钢或16镀锌圆钢与建筑物基础钢筋网焊接，共用接地系统的接地电阻值要求不大于2。,例,5. 人工水平环形接地网、化学降阻剂施工方法 水平接地体的接地沟尺寸，如图所示 施工由省防雷中心组织监督施工,例,防雷分项设计第三个主题： 防静电设计,七、防静电设计 机房安装防静电活动地板，防静电接地与其他接地共用。,1.1.5 相关的图纸、资料,防雷设计方案应提供的有关图纸资料包括： 所属区域的年均雷暴日分布图；近十年来各种雷暴统计资料的变化趋势分析；雷暴移动路径图；建筑物平面布局图、立面图，如有可能附效果图；直击雷防护的避雷针、避雷带等接闪器的保护范围示意图；主要设
23、备分布位置图;供配电系统图；电涌保护（SPD）电路原理图；SPD安装位置示意图；等电位连接、均压环、电力干线及接地平面图；各层弱电平面图；配筋图；相应的工程施工图（主要是电施图）；所选主要防雷器件的技术参数、性能指标（附表说明）等。 这些图纸大部分应由建筑设计单位根据防雷设计方案的防雷要求绘制，其余的由防雷工程设计人员提供。所以，在进行防雷工程设计时，必须与建筑设计单位多次会审图纸。,1.1.6 防雷工程预算,防雷工程设计方案中工程预算应包括材料费（包括主材料费和辅助材料费）、施工费、工程管理费，以及设计费、检测费、税金等。费率比例应符合有关规定。 1.2工程质量管理 防雷工程设计方案对工程质
24、量管理要有具体措施，包括施工监理,各阶段检测要求等。另外应提供能说明设计，施工，监理单位能力、水平的有关详细资料。,1.3与建设单位以及建筑施工方的协调,任何一项防雷工程都只是某建设工程的一部分，尤其是涉及大量土建工程时，大部分防雷技术措施都要在土建工程中实施，所以，离不开与建设方及建筑公司的配合施工。 防雷工程设计方案中应有防雷工程对施工方的具体实施要求。 在编制防雷工程设计方案过程中应与建筑设计单位多次协调、修改，将防雷技术贯彻到工程的结构施工图和电施图中去。 防雷工程设计师、建筑工程师和建设方之间定期商议是重要的。,例 设计施工说明:,防雷工程的设计施工与建筑物结构的设计施工紧密关联,河
25、北省防雷中心已对建筑物设计院设计的新乐多普勒雷达楼结构图进行了多次针对防雷工程的修改意见,使之符合国家防雷设计规范和我们提出的防雷设计方案。在今后的工程施工过程中,我们将专门派技术人员在整个工期内进行跟踪监工,对从地桩、承台地梁的等电位连接，到各机房电气预留接地端子，环形人工接地体及各种等电位连接所需的所有预留钢筋进行监督施工，并照像取证，确保防雷工程万无一失，不走弯路。,例 防雷设施部分需要大楼施工方做的工作,1. 施工应符合石家庄新一代天气雷达站（新乐站）防雷设计方案总体说明中4条、5条、6条要求以及方案中其它等电位、电气连接等要求。 2. 所有地桩钢筋笼在绑扎箍筋时至少保证每一根地桩每隔
26、6米有一道箍筋与钢筋笼内所有主钢筋焊接。 3. 每一根地桩至少要保证有4根主筋分别与承台钢筋网上下层焊接；再将承台内主钢筋电气焊接到框架柱的两根以上主筋上。 4. 在地下负一米处从塔楼及邻近的办公楼几个根结构柱子上引16镀锌圆钢出散水500mm，供今后做水平环形接地网用。见各专业资料图中防雷引下线处柱做法。在某一不影响美观外墙处留一防雷检测测试口。办公楼地梁利用两根梁筋做通焊，使之形成环形地网。 5. 框架柱钢筋笼至少要保证每层有一道箍筋与柱内四根主筋焊接。,6. 办公楼一楼业务平台和二楼控制室在内墙柱上均焊引出16镀锌圆钢作为等电位连接预留端子，出墙500mm即可。 7. 塔楼部分自上而下的
27、金属桥架、电梯轨道等在每一层均与横梁结构中螺纹钢焊接一次，桥架本身也应上下电气贯通。 8. 塔楼11楼机房在四根柱子上预留出一段16镀锌圆钢，出墙500mm。供防雷中心做Mm型网状等电位系统用。 9. 办公楼、塔楼墙上所有配电箱、电话壁装箱外壳要就近直接与结构圆钢焊接。所有配电箱规格的选择要求能预留出一排35mm标准导轨，以便安装SPD。电话壁装箱一楼安装10回线标准配线架一排，二楼安装10回线标准配线架两排。 10. 施工四根避雷针的支座，其支座位置和结构图见附图，其中的玻璃钢避雷针体部分由省防雷中心购买，雷达站施工方吊装。要求支座内每根锚杆和底板均与横梁内主钢筋钢筋焊连接。 11. 在散水坡外挖水平接地体沟，沟约80米长，见水平接地体、接地地沟尺寸示意图，经防雷中心指导铺设环形水平接地网（用40mm4mm以上镀锌扁钢），并与从各防雷柱引出的16镀锌圆钢焊接，待防雷中心填装化学降阻剂后，用细土逐层夯实填埋。 12. 其它防雷部分直接见各施工图。 13. 所有防雷隐蔽工程均需监理现场并照相取证后方可往下继续进行。,2.1.3电力平面图与电力系统图（概略图）的配合 电力平面图只有与电力系统图（概略图）相配合，才能清楚地表示出建筑内电力设备及其线路的配置情况。,配电箱系统图,屋顶防雷平面图,2.3.2.2接地平面图,2.3.2.2接地平面图,
