九疑山舜帝陵国家名胜景区雷电灾害防御探讨

九疑山舜帝陵国家名胜景区雷电灾害防御探讨

宾雍伟1,宾雪2宋伊文1秦向宏1,李琼2

1. 永州市气象灾害防御技术中心，湖南 永州 425000；2.永州市气象局， 湖南 永州425000

[摘要] 风景名胜区位于地势开阔的野外或山区,雷电灾害防御措施较为单薄,从全国来看雷击造成游客人身伤害和仿古建筑损坏的事件频发;本文对国家4A级风景名胜区九疑山舜帝陵雷电灾害防御设计进行了研究探讨, 从接闪、分流、接地等方面入手，使游客成功避险成为可能,达到有效保障游客生命财产及世界自然遗产的安全。笔者认为能够给花岗岩地貌的文物风景名胜区的雷电防护提供有益的设计技术参考。

[关键词] 九疑山舜帝陵国家名胜景区          雷电灾害防御           设计研究探讨

前言

九嶷山舜帝陵风景名胜区位于永州市宁远县境内城南三十公里处的九疑山。是国家级风景名胜区，国家AAAA旅游景区，中华民族始祖“五帝”之一——舜帝的陵庙，舜帝陵占地面积5万平方米，分为两个自然院落，从外入内有玉带桥，仪门、神道、山门、干门、拜殿、正殿、寝殿、左右厢房、钟鼓楼、左右碑房和碑廊等多精美的单体建筑，三面宫墙环绕；气势恢宏，结构严谨，是我国始祖陵中最高最大的陵，被称为“华夏第一陵”。陵园占地面积436.5亩，舜帝陵景区自然风光秀美，人文底蕴深厚，是世界华人舜帝后裔寻根祭祖之圣地。

现在的舜庙为20世纪90年代迁移重建，国家共斥巨资近3000万元，于1999年落成。由于当时国家防雷规范正在逐步完善中，风景名胜区及相关仿古建筑未做硬性要求。防雷减灾方面十分欠缺。目前景区暂无雷击安全事故。为有效保护九疑山舜帝陵国家名胜景区不可再生资源和游客及工作人员的安全，按照国家防雷减灾工作的有关法律法规要求，落实“防雷减灾”预防为主，防治结合的方针。应用接闪、分流、均压、屏蔽、接地网等现代防雷技术进行设计，对景区古建筑雷电防护系统进行设计探讨，以点带面供永州市两区一市八县其它相似景区借鉴参考。

1、地理环境

九嶷山舜帝陵风景名胜区地处九嶷山属于“大萌渚岭”山脉。因境内有舜源、娥皇、女英、桂林、杞林、石城、石楼、朱明、等九座峰峦，且峰峰相似难以区别，故名九嶷山。九嶷山的主峰是舜源峰，海拔高度610米，舜源峰上小下大,呈覆斗状，为花岗岩峰林和岩溶地貌发育，山尖峻峭，孤峰林立。九嶷山舜帝陵风景名胜区属于中亚热带季风湿润气候区，中亚热带向南亚热带过渡地带，气候温和，冬暖夏凉，雨量充沛，干湿季节交替明显。受热带海洋气团和极地大陆气团影响，九嶷山舜帝陵风景名胜区容易产生降水过程，并伴有大量雷暴。根据气象资源雷暴日统计，宁远雷暴日65天，属于多雷区。 因此九嶷山舜帝陵风景名胜区及仿古建筑雷电防护显得尤其重要。

2、设计实施

九嶷山舜帝陵风景名胜区雷电防护要求较高，应该严格依照《建筑物防雷的设计规范》GB50057-2010，建筑物电子信息系统防雷技术规范》50343-2012等《国家现行防雷规范进行设计实施。现场勘察后精心设计，在不破坏风景名胜区文物、古建筑的前提下进行。采用接闪、分流、均压、等电位联接、接地系统等等现代防雷技术进行设计，对花岗岩土壤电阻率高的地带，考虑采用换土、降阻剂、等离子铜接地棒等防雷技术进行处理，达到防雷规范标准要求。

2.1直击雷措施

2.1.1依据《建筑物防雷的设计规范》GB50057-2010，采用接闪带与接闪杆相结合的方式。舜帝广场人员密集，在四周设置6根20米高仿生态提前放电式避雷针，提高舜帝广场的雷电防护能力。仿真树避雷针塔是古建筑区域景区雷电防护避雷针塔与周围的自然环境相协调，有效地解决了风景区等地建难的问题，

2.1.2在仪门、神道、山门、干门、拜殿、正殿、寝殿、左右厢房、钟鼓楼、左右碑房等建筑物设置避雷网进行保护，沿屋面四周女儿墙、屋檐、屋脊上分别设置避雷网，屋面采用不大于20m×20m或24m×16m的避雷网格保护，避雷网支撑高度为：150mm-200mm，支架间距为：1000mm。避雷带弯曲处不得小于90°，弯曲半径不得小于圆钢直径的10倍。用Ф12镀锌圆钢制作，屋顶所有金属物件与避雷网做可靠焊接。引下线利用建筑物的柱内主筋焊接连通，引下线的间距不大于24m。以防止办公大楼等遭受直接雷击，保障工作人员和游客的人身安全。

2.1.3玉带桥、神道、碑廊的亭子塔尖，分别设置1支2.5米的优化避雷针，雷电发生闪击后，将雷电流导入大地，从而保护在亭内休息的游客及亭子免遭直击雷击。

3、感应雷措施

在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在1KM范围内的金属环路，电源、网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击，将会影响供电、网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。

3、感应雷防护部分

弱电系统防雷设计依据：

GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ0A、LPZ0B区对电涌保护器（SPD）的要求。GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章：配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定；参照JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》第13部分：电力设备防雷、第14部分接地及安全；DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第三章到第十章；DL/T621-1997《交流电气装置的接地》第三章、第四章、第六章、第七章的部分条文。感应雷防护系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置。通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。

3.1电源系统防护措施

3.1.1电源第一级防护

依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定，高压低配配电房电源系统防雷，电源防雷应满足B级保护分级保护。电源一级防雷要求：第一级标称放电电流15KA（10/350us）或≥60KA（8/20us）。防雷保护措施是整个防雷中必不可少的一个环节.要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入,使其在进入重要设备之前将其泄放入地，在电源做多级防雷保护。

在景区配电房电源控制处，分别并联安装100KA限压型第一级电源防雷模块，将数万甚至数十万伏的过电压限制到几千伏以内，主要作用是将雷电流的大部分能量泻放入地。
3.1.2电源第二级防护

依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定，高压低配配电房电源系统防雷，电源防雷应满足C级保护分级保护。电源二级防雷要求：标称放电电流≥40KA（8/20us）。虽然已经在总配电间进线端安装了第一级的防雷器，但是当较大雷电流进入时，第一级防雷器可将绝大部分雷电流由地线泄放，而剩余的雷电残压还是相当高，因此第一级防雷器的安装，可以减少大面积的雷击破坏事故，但是并不能确保后接设备的万无一失还存在感应雷电流和雷电波的二次入侵的可能。

在景区电源分支回路配电箱安装40AK间隙型第二级电源防雷器，泻放线路上剩余的雷电流, 可以将残压限制在较低。

3.1.3、电源第三级防护

根据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定，高压低配配电房电源系统防雷，电源防雷应满足D级保护分级保护。电源三级防雷要求：标称放电电流≥20KA（8/20us）。虽然已经安装了第二级的防雷器，但是当较大雷电流进入时，前二级防雷器可将大部分雷电流由地线泄放，而剩余的雷电残压还是比较高。

景区重要设备前端安装20KA间隙型第三级电源防雷器，进一步限制线路上的浪涌过电压，它能将通过电源线路感应的雷电脉冲抑制在重要设备承受的安全电压之内。

4、信号系统防护措施

在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在1KM范围内的金属环路，网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击，将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。进入信息机房的雷电流除沿电源线路侵入外，网络线路也是其通道之一。核心交换机是整个网络系统的核心，其工作电压低，易受感应雷电流和浪涌电流影响，在值班室的核心交换机、分交换机处各安装RJ45接口网络浪涌保护器，以防止感应雷电流侵入交换机，保护网络系统的正常运行。

5、监控系统措施

监控机房电源部分安装了防雷措施后，感应雷电流还可能沿进入监控机房的摄像头供电线路、控制线路和视频线路侵入并损坏设备，因此需要在相应线路上安装防雷器以作保护。

具体措施：

室外摄像头由机房统一供电，在机房供电处安装一个AC/DC-2P型串联端子低压防雷器，（1）摄像头的直击雷防护室外摄像头一般都放在立杆的顶部，容易遭受直击雷的损坏，因此在摄像头立杆顶安装L500型普通避雷针，以防止其被雷击坏。避雷针应与金属立杆牢固焊接，焊接点应作防腐处理，利用金属立杆作为接地线，用4*40的扁钢将其连接到简易地网角钢处，以便将直击雷电流安全泄放入地。室外摄像头其自身的引雷途径就有：电源、控制和信号线路三种，我们要在引雷的线路上安装相应防雷器对其进行保护。从经济角度出发，在室外36个摄像头各个立杆附近挖一个适当大小的坑，将JDM接地模块埋入，作一个简易接地，模块共计36块。采用4*40mm的扁钢引出，将三合一防雷器地线及立杆都接到接地模块上，不能与直击雷汇放点共点。焊接点或无镀锌部分，均应做防腐处理，涂沥青油或防锈漆防腐。接地模块安装完成后，逐层回填泥土，在接地体周围不得填入砖石、焦渣、垃圾之类的杂物。

6、地网系统

一个良好的接地系统是保护人身、设备安全、系统稳定工作的重要保证，也是防雷系统的重要基础。特别是在强雷区，一个合理的接地系统能更快地泄放雷电流，降低残压，防止地电位反击事故，有效地降低雷害威胁。利用建筑物的桩基及承台内的钢筋连通作为接地系统的接地装置，当接地电阻达不到要求时，需要增加人工接地。采用1500mm长的热镀锌角钢和4×40mm的热镀锌扁钢，制作接地地网。垂直接地体（热镀锌角钢）之间间隔为3000mm，水平接地体用4×40mm的热镀锌扁钢，水平接地体与垂直接地体须焊接牢固。挖深800mm，宽800mm，角钢垂直打入地下，使接地电极的顶部高出地面100mm，然后用水平接地体焊接连通。水平接地体应钝角弯曲引上地面上300mm，然后与接地线焊接，接地体在焊接时，扁钢搭接长度为宽度2倍，并应焊接3个棱边，圆钢与扁钢焊接处的搭接长度不应小于100mm。接地体的焊接点或无镀锌部分，均应做防腐处理，涂沥青或防锈漆防腐。有的地带是花岗岩土质时采用换土的办法 ，并在土壤中放入长效降阻剂，垂直接地体采用等离子铜接地棒。接地体安装完成后，逐层回填泥土，在接地体周围不得填入砖石、焦渣、垃圾之类的杂物，并保证接地体阻值不大于设计所要求的阻值。

接地地网示意图

结束语

国家名胜景区防雷是综合、系统性的雷电防护工程,一旦遭受雷电袭击，必然会造游客人身安全和建筑物破坏，影响景区设备的正常运行。本文以九疑山舜帝陵国家名胜景区进行设计，根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012，从防直击雷、防感应雷、等电位联接等提出综合防雷防御设计方案，只要采取全方位、多层次综合防护，就能取得较好的防雷效果。

作者简介：宾雍伟（1978-），男，永州东安，本科，工程师，研究方向：气象防灾减灾

参考文献

[1]王金莲，胡善风，刘安平，黄山风景区旅游气象灾害防御系统探析——以雷电监测预警系统为例 [J]; 《地理科学》；2014，01

[2]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010（2010年修订版）

[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规》GB50343-2012

[4]李江林，彭妮，黎云霞，石林风景名胜区雷电灾害防御体系初探 [J]; 《云南大学学报(自然科学版)》；2013，01

[5]张华明，刘耀龙，逯曦，旅游景区雷电灾害特征及防御研究[J];《中国人口·资源与环境》2015，01

[6]王金莲，胡善风，刘安平，黄山风景区旅游气象灾害防御系统探析——以雷电监测预警系统为例[J];《地理科学》2014，01

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