高雷电密度地区的主要办公大楼的外部雷电保护系统外文翻译资料

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高雷电密度地区的主要办公大楼的外部雷电保护系统

Reynaldo Zoro

Lightning Research Center, School for Electrical Engineering amp; Informatic, Institut Teknologi Bandung, Indonesia, Jl. Ganesha No.10, Bandun 40132

摘要：在每一个拥有主要办公楼的行业中，都配备了大量的易受损坏的设备，这些设备必须受到保护以防止因自然原因和其他原因造成的任何损害风险。这种风险的可能性之一来自于我们称之为闪电的天气现象。在印尼西亚Java省Subang地区，每年每平方公里雷击的次数非常多。据报道有电子设备的损坏和人类生命的死亡。该研究的目的是评估当地的闪电活动，并设计和安装保护系统以抵御雷击的危害。防雷系统(LPS)是防止直接雷击造成人类生命损失、火灾和死亡的必要条件。这个地区的主要办公楼有特殊的结构。由于其特殊的结构形式需要对其进行一些外部防雷设计及改造，在结构的位置上安装厚钢板以防止被闪电击中。通过利用电子几何概念，分析了主要办公大楼整个区域的防雷系统，以确定具有工作人员和车辆行动的闪电活动频繁区域的防雷系统。

关键词：高闪电密度，特殊的建筑和外部防雷系统的修改。

1．引言

Subang是位于印尼亚Java岛西部的一座城市。在这个城市的北侧，有一个占地600公顷用来制造高爆炸材料的工业建筑。这个区域的闪电密度非常高，超过10次/平方公里/年。必须安装一个适合的防雷系统维护整个区域的安全，特别是在爆炸物工厂及其下游的地区。主要办公大楼和水塔是有特殊的结构形式的建筑，它们需要通过修改外部防雷系统来加以保护。大部分建筑都分散的建在建筑群之间，它们由道路和行人相连接。为了保护这一主要办公区域内的人员和车辆，在路的两边必须利用在接闪杆的顶端安装的避雷针，以为其周围地区提供稳定的防护。为了给建筑物及其结构在复杂环境下提供良好的保护，必须安装外部的防雷系统。

2．闪电参数

热带地区的闪电参数如图1所示，由于其天气和地质条件的不同，它与在亚热带地区测量的闪电参数有很大的差异。印度尼西亚位于热带，是一个拥有海洋的国家，空气中有大量的盐分和水分。太阳的地表加热使空气中产生上升气流，上升气流也可以通过有很多岛屿地形条件产生。防雷系统的两个重要雷电流参数是雷电峰值电流(i)单位千安培，和雷电流的陡度(di/dt)单位千分/微秒。

接地系统的冲击电压升高(千伏特)

Subang地区峰值电流的概率。(2000年1月1日- 12月31日)

对于办公大楼的计算是通过使用出现25 kA闪电峰值电流概率的50%处的闪电峰值电流。

对于爆炸物的计算是使用出现20 kA峰值电流概率的80%处的闪电峰值电流。

图1雷电流参数

在雷电保护系统中起重要作用的第二个参数是在Mnt测量站中记录的雷电流的陡度。Tangkuban Perahu高达30 kA 的概率为50%。电感会使建筑结构和接地系统的电压升高:

式中：L为的建筑结构或引下线的电感值，单位：微亨利/米。

为中闪电电流的陡度。单位：千安培/微亨利。

V为千伏电压。

3．当地闪电数据

该建筑位于具有高闪电密度的区域，由于其特殊的建筑形式，必须改进防雷系统以满足建筑形式的要求。当地的闪电数据表明这里需要一个合适的雷电防护系统，并根据IEC 61305 /2006标准，利用电子几何概念计算覆盖面积。地图上的边界(图2)显示了该区域的闪电密度。它由办公楼、爆炸物工厂组成，往下是储存区域等。这些会议建筑、公用设施、房屋、道路等设施必须防止直接雷击和间接雷击，它们都将是受保护的区域。

为了获得当地闪电数据，用GPS测量该区域的纬度和经度的位置，经度6,34°纬度107,50°(图3)，并使用从印度尼西亚闪电探测系统导出数据,如闪电密度、闪电地图和如下表和图所示的雷击极性的数据细节。

图2 位于印度尼西亚西Java岛的Subang城的北部地区的办公楼和Dahana爆炸区域的闪击地图。

图3数据显示该地区闪电密度高于10次/平方公里/年。

3．闪击距离

为了具有良好的建筑保护角度和避雷针的保护覆盖范围，必须确定闪击距离。闪击距离是闪击点即下行先导遇到地面物体的上行流光处，距离是在地面物体与闪击点之间的距离。冲击距离(Rs)是峰值电流的函数:

(3.1)

或者使用标准IEC 61302/2006的公式

(3.2)

对于外部保护，利用闪电发生概率为80%为30 kA计算出闪击距离。

通过使用(3.1)公式，闪击距离Rs为：

m

这段距离为通过电子几何概念计算出的保护整个区域结构的保护覆盖范围，爆炸区域除外，爆炸区域将按照闪电峰值电流概率的80%来计算。

4．主要办公大楼的位置。

主要的办公大楼(图4)由一个位于建筑群中央的大礼堂，和周围有5个有半圆屋顶的建筑物(图5)组成。

图4 主要办公大楼的视野，周围有5栋建筑。

图5 礼堂和办公室围绕着它。

利用当地闪电数据，将电子几何概念导出的闪击距离应用于建筑，并给出了如下保护设计。

图6 使用EGM概念得出的保护覆盖区域，在大礼堂顶部安装一个高40米的加长接闪杆。

图7 一个EMT的保护覆盖范围的俯视图。h=40米

经过计算的得出的保护措施，为了保护整个办公区域内的整栋建筑，必须在大礼堂的屋顶安装一个40米高的加长接闪杆(图6-8)，由于建筑的情况，这是不可能的。这个柱子将非常的重。新的计算结果可能给出一个适当的外部防雷系统，即通过使用额外的避雷针和礼堂旁半圆形建筑上的铁板，如图9-12所示。

图8 使用EGM概念得出的覆盖面积为1EM 15米高和3米高的常规杆安装在大礼堂顶部。铁板安装在周围的建筑物上。

图9 覆盖范围的俯视图有一个15米的EMT和3个常规杆。铁板安装在周围的建筑物上。

标准的滚动球法给出了一个适当的不仅能保护整个建筑，还能保护周围人的外部防雷系统。一个早期的线缆终端被设计成避雷针的15米高的避雷针安装在大礼堂顶上，以获得更有效的保护。为了使闪电电流流向嵌入在基建筑基础上的接地系统，安装了双重屏蔽的引下线。它会在引下线产生低电感，而不对建筑或人产生任何影响。它也可以在电缆的底部面板内的安装闪电计数器。

图10 铁板安装作为半圆屋顶的避雷器以提供良好的保护。

图11 主要办公大楼整体保护系统。

这个外部避雷系统的一个重要的点是在在下芯电缆的底部使用闪电计数器。当闪电击中LPS时这个计数器将开始计数，它显示了防雷系统在这栋大楼的工作是否正常。这个闪电计数器可以监控建筑物内设备如PABX、电话系统、计算机系统、闭路电视等设备损坏的原因。本研究未提及的内部防雷系统也必须安装，以保护建筑物内的易受损坏的设备，尽量减少设备损坏。

4.结论

这个建筑位于一个闪电密度非常高的区域。雷击的影响可能会破坏建筑物内的易受损坏的设备，也可能会因为直接的雷击而导致人类死亡。一个适合和适当的外部雷电防护系统对于保护主要办公室和周围的人十分重要。电子几何概念赋予了在这座结构特殊的办公楼安装避雷针的可能，并为防止直接雷击提供最优保护。使用双重屏蔽电缆，在礼堂的基础结构上，将15米塔顶部的避雷针与接地系统连接起来，可以确保闪电流在这条电缆内而不产生雷电感应或在周围区域产生侧闪。由于电感很低，这条电缆有很多优点；这样就降低了接地系统的电压升高。这样可以最大限度地减少建筑物内电子设备的损坏，通过在电缆底部使用计数器，防止在该区域内的出现跨步电压和接触电压的危险，并记录闪电电流。这个计数器可以提供关于外部雷电防护系统的有效性和防雷系统的维护目标的信息。

致谢

作者想感谢PT. Dahana, Subang，West Java，印度尼西亚爆炸材料工厂，属于在国防部的支持和合作的前提下这项研究才得以顺利进行。

参考文献

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[11] Zoro, Reynaldo. “Advance Course on Lightning Protection and Grounding System”. Lightning Research Centre–School for Electrical Engineering and Informatics, Institute of Technology Bandung, Bandung. 2012.

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