污水处理厂防雷设计问题探讨

摘 要：文章针对污水处理厂内不同单体建（构）筑物的防雷要求，提出了不同的防雷措施，同时对防雷设计过程中存在的问题进行分析和总结。

关键词：污水厂；防雷措施

中图分类号：U664.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0161-02

根据中国气象局雷电防护管理办公室的资料，福建省各地年平均雷暴日数均超过40 d/a，其中福州为53 d/a，龙岩74.1 d/a，厦门47.4 d/a，属于多雷区。因此，雷电防护对污水厂各生产设备的安全运行有重要的意义，对厂内生产及生活人员的人身安全有重大的影响，同时也对设计人员在污水厂防雷设计中提出了更高的要求。

1 防雷等级

污水处理厂内各单体建（构）筑物需根据厂区内建（构）筑物的重要性、用途、布置以及发生雷电事故的可能性和后果，按照防雷要求进行分类。一般污水厂内建筑物均不高，大部分建筑物高度不大于20 m，按照下式对各建（构）筑物年预计雷击次数进行计算：

N=k×Ng×Ae

其中：N为建筑物年预计雷击次数（次/a）；

k为校正系数，在一般情况下取1；

Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/k m2/a）；

Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（k m2）；

根据上式计算，污水厂内建（构）筑物的年预计雷击次数一般不高于0.25次/a，故可按三类防雷建筑物考虑。

规范规定，其中污泥消化池、沼气柜、沼气过滤间、沼气压缩机房、沼气火炬、加氯间等有爆炸危险的构筑物属于二类防雷建筑物。

2 防雷措施

防雷分为外部防雷和内部防雷以及防雷击电磁脉冲。外部防雷为防直击雷；内部防雷包括防闪电感应、防反击以及防闪电电涌侵入和防生命危险。防雷击电磁脉冲是对建筑物内系统防雷电流引发的电磁效应，包含防经导体传导的闪电电涌和防辐射脉冲电磁场效应。针对以上几种防雷类型，污水厂内污泥消化池等二类防雷构筑物应采取防直击雷（外部防雷）、防闪电感应和防雷电波侵入（内部防雷）的措施。办公楼、泵房等三类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入等措施。

2.1 外部防雷

防直击雷通常采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带（旧称避雷带，新规范已取消该术语）。接闪网、接闪带沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂直面上，也可设在外墙外表面或屋檐边垂直面外。国标图集D501-1第2-09页避雷带（接闪带）在天沟，屋面，女儿墙上安装图中“天沟上明装（二）”已不符合规范要求，可按照“天沟上明装（一）”的做法进行设计，或者将安装图中“天沟上明装（二）”原支架顶适当加长斜弯到所规定的位置，也可满足规范要求。

除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，设计中需注意明确不同金属材料的厚度要求，同时要保证金属板无绝缘被覆层。在龙岩污水厂技改项目中，新建的加药间为钢结构，屋面采用100 mm厚彩钢板岩棉夹芯板，上钢板厚度需明确不小于4 mm。污水厂内除综合楼、加氯间、泵房、脱水车间等建筑物外，通常还包括细格栅沉砂池、生物池、污泥泵房、调节池、回收水池等构筑物，设计中考虑利用金属栏杆作为接闪器，需按规范要求明确不锈钢栏杆的截面及壁厚。

污水厂内各建筑物利用结构柱内对角两根不小于φ16通长钢筋作为防雷引下线，引下线采用的材料、结构及最小截面要求与接闪器相同，根据规范要求，当建筑物采用钢结构或钢筋混凝土结构时，在其钢构件或钢筋之间的连接满足焊接要求或采用金属绑线绑扎的要求并利用其作为引下线的条件下，当其垂直支柱均起到引下线作用时，可不要求满足专设引下线之间平均间距的要求。设计要求所有结构柱均需起到自然引下线的作用，包括建筑物四周结构柱钢筋及建筑物内结构柱钢筋，才不用考虑设置专设引下线。针对氧化沟、生物池等没有结构柱的单体构筑物，采用专设引下线，专设引下线不应少于2根，沿建（构）筑物四周均匀对称布置，专设引下线应沿建（构）筑物外墙外表面明敷，经最短路径接地。在各引下线上距地面0.3 m处装设断接卡，断接卡可以按照国标图集的做法制作。针对污水厂其他建筑物，如综合楼、脱水车间等，利用混凝土内钢筋作为自然引下线并同时采用基础接地体时，不需另外设置断接卡，但利用钢筋作引下线时应在室内外若干处距室内地面0.3 m、室外地上0.5 m、室外地下0.6 m处预埋连接板，作焊接接地干线、测量接地电阻及增打接地极用，连接板处有明显标志。

2.2 内部防雷

内部防雷装置应防止由于雷电流流经外部防雷装置或建筑物的其他导电部分而在需要保护的建筑物内发生危险的火花放电，设计中通常采用等电位连接或采用电气绝缘。

按照规范规定，污泥消化池、沼气柜、沼气过滤间、沼气压缩机房、沼气火炬、加氯间、次氯酸钠制备间等有爆炸危险的二类防雷建筑物防闪电感应的措施包括：建（构）筑物内的设备、管道、金属支架、铠装电缆金属外皮等主要金属物，就近通过接地线接到防雷装置或共用接地装置上；建筑物内防闪电感应的接地干线与接地装置的连接，不应少于两处。在污水厂设计中，满足以上要求的建（构）筑物为污泥消化池、加氯间（加氯或加二氧化氯），设计中需强调防闪电感应的措施。

为防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气和电子系统线路的反击，采取措施按照《建筑物防雷设计规范》第4.3.8条执行，其中需引起重视的是在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设I级试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5 kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时应等于或大于12.5 kA。设计过程中容易忽视对电涌保护器的选择与标示，包括冲击电流、标称放电电流以及电压保护水平等。表1以菲尼克斯电涌保护器为例列出各项参数，供设计参考使用。

表中：UC为最大持续工作电压；

Iimp为冲击电流；

In为标称放电电流；

Imax为最大放电电流；

UP为电压保护水平；

对污水厂内加氯间等二类防雷建筑物，其防闪电电涌侵入措施为：低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端将电缆金属外皮、金属线槽接地，并与防雷的接地装置相连。对变配电间等三类防雷建筑物，其防护措施还应包括：对架空进出线，在进出处装设避雷器；避雷器、电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等，应连在一起接地；进出建筑物的架空金属管道，在进出处就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地。

2.3 防雷击电磁脉冲

随着污水厂自动化程度的加强，计算机、在线监测仪表、PLC系统、DCS系统等电子系统的应用日渐增多，但其耐冲击电压的能力不高，由雷电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成的雷击，可能造成厂内电子设备损坏、数据丢失等损失。因此，污水厂内各种电子系统的防雷保护，也日趋重要。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010规定，建筑物防雷区划分为LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2…n等后续防雷区。按照雷击电磁脉冲的严重程度将需要保护的空间划分为不同防雷分区，是为了明确该区域电子设备采用何种电涌保护器及明确设置共同接地体等电位连接的位置及方法。

通常设计将建（构）筑物的金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个联合接地系统，并在需要之处预埋等电位连接板。设计过程中尤其要对不同防雷区中电涌保护器的选型及放电电流选择引起重视。

另外一个需要在设计中引起重视的地方是当电源采用TN系统，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。

2.4 其他防雷措施

在污水厂设计中，有时会在建筑物屋顶上设置投光灯等用电设备作为附近生产构筑物的照明灯具，需采取相应的防止闪电电涌侵入的措施，具体做法参考《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010中第4.5.4条。根据最新规范要求，在建（构）筑物引下线附近需采取防接触电压和跨步电压的措施，以保护人身安全，这点需在防雷设计图纸中说明。

3 结 语

污水厂防雷设计主要依据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010及《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012。这两本规范在旧规范的基础上修订较多，需要引起设计人员的重视，按照新规范的要求，针对不同建（构）筑物的防雷分类，采取适宜的防雷措施，力求做到经济、合理、完善、可靠。

参考文献：

[1] GB 50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].

[2] GB 50343-2012，建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].

[3] CJJ 120-2008，城镇排水系统电气与自动化工程技术规程[S].