出版社书库综合雷电防护解决方案
一、概述
1．雷电的形成
雷电是雷雨云之间或雷雨云与大地之间产生的放电现象，在这种放电的过程中,雷雨云是产生雷电的先决条件。雷雨云是对流云发展的成熟阶段,其内部带有大量的电荷，由于电荷的不断积累，不同极性的云块之间的电场强度不断增大，当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时，就形成了云间放电。同样，由于云层与大地之间所带的电荷是不同极性的，当云地之间的电场强度达到空气的击穿强度时，就会形成云地间的放电。而这种形式的闪电对我们的生活最为密切。
雷雨云的放电大多数是重复性的,一次雷电平均包括三四次放电.由于雷雨云的大体积和大量电荷,无法在一次放电中完全释放。第一次在雷雨云的最低层发生放电,重复的放电都是沿第一次放电的通路发展的,随后的放电是从较高的云层或相邻区域发生.每一次雷雨云放电所耗费的时间达十分之几秒,我们通常看到的闪电是多次放电的叠加.雷雨云开始放电时,放电电流急剧增大,在闪电达到地面的瞬间,雷电流高达200—300KA,最大可达430 KA。通道两端电位差可达上万伏,所以一旦人或地面上的设备遭受到雷击则可产生不可估量的后果。
雷电流所到之处会引起强烈的电磁，热能和机械效应。我们所见的雷电形式有片状雷，线状雷，带状雷和球状雷。其中，片状雷多为云雨放电。线状雷与我们生产生活的联系较为密切。它是雷云与大地之间的放电，多以线状形式出现而称为线状雷。通常雷云的下部带负电，上部带正电，由于雷云的负电感应作用，附近地面出现大量正电荷，从而使雷云与地面之间形成强大的电场。在雷云的底部形成一个向下发展的梯式先导，同时也在地面形成一个向上的迎面先导。随着雷雨云的发展，在梯式先导与迎面先导之间形成一个放电通道。再在主通道的基础上发生很多树枝状的放电。带状雷是线状雷的一种，而球状雷是一种彩色的火焰状球体。联珠状闪电，这种闪电很少发生。
2．雷电的危害
自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。据不完全统计，我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达3000～4000人，财产损失在50亿元到100亿元人民币。
雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展，带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。
二、工程简介
本工程实施地点为“XXXX”，位于XXXX。该书库在XX年X月X日曾遭受过雷击，在闪电的瞬间，传达室的烟感和红外光报警器被雷电击坏。库本身属于易燃场所，又鉴于已遭受过雷击，所以对其雷电防护更为重要。
三、实地勘察及建筑物防雷类别划分
XXXX周围开阔且没有较高的建筑物。该书库占地面积为16562m²，总共有6个书库，1栋办公楼，1个传达室和1个配电室。
3.1 直击雷系统
6个书库均没有直击雷防护。书库1、书库2为同一库房，书库1、书库2和书库3均用钢梁钢柱搭建，屋面用金属铁皮制作。书库2内有6台控制打印机的电脑和一台交换机；书库4、5、6均为普通的砖混结构，6个书库中均存放有大量图书。办公及生活用房均布置在库区北侧迤东，该房东头，在库区东北角为二层楼结构。该房屋没有直击雷防护，屋面上有1个水箱和靠外墙1个高出屋面5m的烟囱，水箱和烟囱均未采取任何等电位连接接地处理。东北角二层楼面上有天线，天线杆已做引下线接地处理。传达室和书库东南侧的变电室没有直击雷防护措施。
3.2 配电系统
整个库区的用电从距传达室4m处的室外变压器处采用埋地形式引入总配电室，供电系统采用TN-S形式引入。
3.3 信息系统
信息系统机房位于主办公区的楼梯间，其供电由办公楼的配电盘引入。
3.4 建筑物防雷类别划分
根据勘察人员的勘察资料，按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94，2000年版）的规定本方案将对书库的防雷设计做以下防雷类别划分评定。
预计雷击次数的计算：建筑物预计雷击次数的计算应按下式确定：
N = K Ng Ae
N 建筑物预计雷击次数
K 校正系数
Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度
Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积
Ng = 0.024Td¹´³（Td为年平均雷暴日）
北京的年平均雷暴日取36.7d/a
经计算判定：该书库为第二类防雷建筑物。
四、设计方案
4.1 直击雷及接地系统
根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-94，2000年版），规定第二类防雷建筑物避雷网格不大于10m×10m或12m×8m。
4.1.1 本方案设计将在6个书库楼的楼顶女儿墙上敷设1圈避雷带，避雷带采用Φ10mm的渡锌圆钢，由于各库房屋面为坡面，为防止雷电直接击打在屋脊上，对建筑物造成破坏，所以除在女儿墙上敷设1圈避雷带以外，同时再沿各库房屋脊上敷设1条横向的避雷带，从而更有效的保护到建筑物。由于屋面上敷设沥青防雨层，为了不破坏原有的防水设施，所以利用水泥墩作为横向避雷带的支撑物。上述所有避雷带的连接均采用焊接，且焊接长度不得小于60mm，所有焊接处应做防腐处理。
引下线及接地：沿库房每隔18m，采用Φ10mm的热镀锌圆钢制作1根引下线，并在每条引下线靠库房结构柱上制作一个接地点。
4.1.2 办公楼直击雷防护：沿屋面四周采用Φ10mm热镀锌圆钢敷设1圈避雷带，屋面上的水箱水管、烟囱等金属设施应和屋面的避雷带做可靠的电气连接；将屋面架设在避雷针上的天线拆除，用另外1根高2m的杆作为天线的支撑杆，此杆架设在距原避雷针3m处。
沿大楼每隔18m采用Φ10mm热镀锌圆钢制作1根引下线。
接地体：本方案设计将在办公楼前面的空地里用热镀锌角钢和扁钢敷设1组地网，此地网用作共用地网，用于连接办公楼、传达室和配电室的引下线。
4.1.3 传达室：传达室长5m、宽4m、高均3m，本方案设计将在其屋面上采用Φ10mm的热镀锌圆钢敷设1圈避雷带，同时采用Φ10mm热镀锌圆钢制作1根引下线。采用40mm×4mm的热镀锌扁钢将引下线连接到办公楼前面的地网上组成联合地网。
4.1.4 配电室：沿屋面四周采用Φ10mm热镀锌圆钢敷设1圈避雷带和引下线，并用40mm×4mm的热镀锌扁钢将引下线连接到办公楼前面的地网上组成联合地网。
4.2 配电系统
电源系统的防雷电波侵入措施主要是在供电线路上安装适当的浪涌保护器，在雷击发生时将雷电流泄放入地，并且将线路上的电压限制在一个安全的范围之内。
根据国家标准规定，本方案对防雷电波侵入措施将采用分级防护的原则。
4.2.1第一级：在传达室的照明电源配电箱，及动力电源配电箱，计算机机房总配电箱，1～3号库动力配电箱，4～6号库动力配电箱以及红外配电箱内加装一级浪涌保护器，Iimp为25kA，Up为2.0kV。
4.2.2第二级：在传达室内烟感和红外光报警器线路上、计算机机房配电箱内各加装第二级浪涌保护器，In为20kA，Up为1.8kV。
4.2.3末级：在重要设备端，加装插座式电源SPD。
SPD的连接导线应短而直，且连接导线总长度不大于0.5m。安装线路上的SPD应有过电流保护器，所以在上述各级SPD的接线相线端各连接1片熔断器。SPD的连接线采用带绝缘外皮的铜导线，接头处采用镀锡的线鼻子压接，接头后端用同色绝缘胶带封紧。线鼻子与避雷器的接口处需压紧，牢固无松动。
4.3 信息系统
4.3.1 屋面上的天馈线在进入室内视频分配器处加装1只有线信号SPD。
4.3.2 在计算机机房内，2条ADSL线路上加装信号SPD。
4.3.3 在2号书库的网络交换机处加装信号SPD。
4.3.4 在传达室13路烟感和红外光报警器线路上各加装1套信号SPD。
4.4 机房等电位及接地
本书库信息系统机房设置在办公楼楼梯间，面积较小，内有信息系统机柜1个和2组UPS电源。为保证雷电过电压波不对信息系统机房内的设备造成影响，同时由于机房面积相对较小，所以在该楼梯间内靠柱处设置1个30mm×3mm的等电位连接板。并在外墙结构柱上适当位置剔出结构主筋，将其与等电位连接板做可靠的电气连接。SPD的接地线、机柜外壳和室内所有金属不带电物体均应用连接导线单独与等电位连接板做可靠的电气连接。使其组成S型等电位连接网络。
