国庆六十周年群众游行彩车组装场地防雷设计

大 雷云 雷电先导 放电 迎雷先导 地 国庆六十周年群众游行彩车组装场地防雷设计 摘要：本文简要讲述了雷电的形成及避雷针的作用，并通过在设计方案中对传统避雷针和高压脉冲 式提前放电避雷针的方案比选及工程实践应用，验证了高压脉冲式提前放电避雷针应用于空旷场地防雷 系统的可行性和优越性。 关键词：避雷针、高压脉冲式提前放电避雷针、空旷场地、防雷 0 引言 国庆六十周年群众游行彩车作为国庆六十周年纪念活动的重头戏，一直备受大众关注和期望。而我 有幸参与了国庆六十周年群众游行彩车组装场地的电气设计，提前目睹了彩车的组装过程，同时也掌握 了彩车组装场地电气设计的重点和难点问题。 按照有关部门要求，彩车组装时间定在七、八月份，正属雷雨多发季节。而且，由于彩车数量多、 车辆高度高、占地面积大，防雷就成为这次设计和施工的重点和难点问题。 1 正文 1.1 首先简单介绍一下雷电的形成及基本概念。 （1）雷电的形成 雷电是带有电荷的“雷云” （thundercloud）之间或“雷云”对大地（或物体）之间产生急剧放电的 一种自然现象。目前我国对于雷云形成比较普遍的认识是：在闷热的天气里，地面的水汽蒸发上升，在 高空低温影响下，水汽凝成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂，气流挟带一部分带正电的小冰 晶上升，形成“正雷云”,而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云” 。据观测，在地面上 产生雷击的多为负雷云。 （2）避雷针的作用 当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到 2530KV/cm 时，雷云开始向这一方位放电，形成一个导电 的空气通道，即雷电先导；大地的异性电荷集中的上述方位 尖端上方，在雷电先导下行到离地面 100300m 时，也形成 一个上行的迎雷先导，当上、下先导相互接近时，正、负电 荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，这就是直击雷的主放 电阶段。 【见右图：负雷云对建筑物顶部尖端放电（直击雷） 示意图】 而目前在生活中广泛采用的避雷针就起到了上行的迎雷先导作用。由于雷云对避雷针产生的静电感 应作用，避雷针对雷电场产生一个附加电场，将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方向， 吸引到避雷针本身，然后经由可靠的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地中去，使被保护物免受直接 雷击。 本文重点介绍了国庆六十周年群众游行彩车组装场地工程中避雷针的选择方案。 1.2 工程概述及特点 国庆六十周年群众游行彩车组装场地改造项目为临时建筑，设计占地面积约 72500 平方米，共停放 66 辆组装彩车、50 辆吊车及其他车辆，建筑设计面积约 2972.95 平方米。主要为车辆组装场地及附属办 公用房等。 为节约资金，业主要求车辆组装场地为敞开式，不搭建厂房等遮挡性建筑，故车辆组装场地防雷方 案依据空旷场地防雷设计。 附属办公用房建筑高度最高 5.10m，按照第三类防雷建筑物设计。 本文主要阐述彩车组装场地防雷设计方案。 1.3 设计思路 （1）依据业主基本要求 在初步设计阶段，业主结合使用功能，提出以下几点要求： 1) 由于组装的彩车长度在 1030 米之间，最高高度达到 15 米，考虑到彩车行车路线、停车位置 等众多因素，在彩车组装场地内尽量减少障碍物的设置； 2) 彩车组装场地现有 20 米高度灯杆 6 套，在设计中尽量多利用现有资源。 （2）依据设计规范 依据建筑物防雷设计规范 （GB50057-94）第 20.4 条“六、在平均雷暴日大于 15d/a 的地区， 高度在 15m 及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;在平均雷暴日小于或等于 15d/a 的地区，高度在 20m 及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。 ”，且北京平均雷暴日为 35.6d/a，场内存在高度在 20m 及 以上的孤立的高耸建筑物。 综合以上因素，故彩车组装场地按照第三类防雷建筑物设计。 1.4 设计方案比选 结合业主使用要求和建筑物防雷设计规范 （GB50057-94）第 3.5.5 条：粮、棉及易燃物大量集中 的露天堆场，宜采取防直击雷措施。当其年计算雷击次数大于或等于 0.06 时，宜采用独立避雷针或架空 避雷线防直击雷。独立避雷针和架空避雷线保护范围的滚球半径 hr 可取 100m。由于本工程场内彩车高度 预估高达 15 米，且要求车辆能够在场内沿一定路线行驶，为满足业主尽量减少场内障碍物的要求，初步 选用独立避雷针设计方案。 我国目前依据新颁国家标准 GB50057-94建筑物防雷设计规范规定采用 IEC 推荐的“滚球法”来 确定避雷针的保护范围。依据手册，查得下表： 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸 建筑物防雷类别 滚球半径 hr/m 避雷网格尺寸/m 第一类防雷建筑物 30 5*5 或6*4 第二类防雷建筑物 45 10*10 或12*8 第三类防雷建筑物 60 20*20 或24*16 本工程为第三类防雷建筑物，故 hr=60m。按照公式： ，)2()2(xrxx hr )2(0hr h避雷针高度； hr滚球半径 60（m） ； hx被保护物的高度 15（m） ； r0避雷针在 地面 上的保护半径。 rx避雷针在 hx =15 米高度的平面上的保护半径。 （1）采用传统方案，利用普通金属杆避雷针。 计算得：当 h=25m 时（考虑到利用灯杆本身高度 20m） ，r 0=48.73m，r x=9.04m；如按此参数设计，车 辆组装场地面积 414.403*168.119m2， （未考虑车辆顶部平面上保护半径是否足够因素）需安装避雷针 207 个，不满足业主减少障碍物的要求且施工困难重重。故此方案行不通。 （2）采用新型高压脉冲式提前放电避雷针。 针对传统避雷针的缺陷，我们考虑采用新型高压脉冲式提前放电避雷针。这种脉冲式提前放电避雷 针与金属杆制作的普通避雷针的本质区别在于它自身设置有脉冲器。其功能在于：在自然的上行先导形 成前，脉冲器会从周围电场中吸收能量，产生高压脉冲，率先产生一个上行先导，迅速向雷电方向传播 直至捕获雷电，并将其导入大地。实验室中证实：比普通避雷针更早地产生上行先导的启动抢先时间 T，使避雷针具有更加有效的防雷保护功能。 参考国家建筑标准设计图集 D501-14防雷与接地安装 （2003 年合订本） ，我们选用T=60s 的 Pulsar60 型高压脉冲式提前放电避雷针，查表得选用 h=5m 的 Pulsar60 避雷针在离地面高度为 20m 的 平面上的保护半径为 107m。 1.5 确定最终方案 经过方案比选，考虑到现场灯杆位置及其它因素，在现场共设置 6 套 Pulsar60 型高压脉冲式提前放 电避雷针，既保证了现场安全防雷需要，也满足了业主减少障碍物的要求。 附属办公用房按照第三类防雷建筑物设计，沿女儿墙敷设 10 镀锌圆钢，并在屋面设置20*20 或 24*16 的避雷网格。所有凸出屋面的金属体（风机外壳、金属骨架等）均需与屋面避雷带连接。 3 结论 本工程为临时性工程，在此工程从建设到拆除重新规划的整个过程中，防雷接地系统实施安全可靠。 此实践证明，高压脉冲式提前放电避雷针在空旷场地防雷设计中是可行的，并且比普通避雷方式在保护 范围等方面有很大的优越性，以后在我国的建筑领域中可以广泛应用。 参考文献 1.工厂供电 （第 3 版） ，刘介才编，机械工业出版社。 2. 国家建筑标准设计图集 D501-14防雷与接