一、雷电的危险
雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来,雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象(自然)灾害。
1、直击雷
雷电直接击在建筑物、其它物体、大地或防雷装置上,产生电效应、热效应和机械力者。就是说雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备或大地或人身。它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压,产生火花放电,转化为巨大的热能和机械能,直接摧毁建筑物、设备,或造成火灾,危及人身安全。巨大的雷电流沿引下线入地,会造成以下三种影响:
1)巨大的雷电流在数微秒时间内泄放入地,使地电位迅速抬高,造成反击事故,危害人身和设备安全。
2)雷电流产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。
3)雷电流流经电气设备产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故。
2、雷电波侵入
由于雷电对架空线路或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内危害人身安全或损害设备。雷电虽然未直接击中建筑物或设备,但击中与本建筑物内、外各种设备相连的管线,通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入,危害人身、损害设备。
3、地电位反击
因为没有采取等电位接地措施,由于与各种设备相关的各接地系统的冲击接地电阻及所通过的雷击电流存在差异,导致地电位升高和不平衡,当电位差超过设备的抗电强度时,即引起反击,损坏设备。
二、设计依据规范
GB50057-2010 《建筑物防雷设计规范》
GB50343-2012 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
QXT 231-2014 《古树名木防雷技术规范》
QX189-2013 《文物建筑防雷技术规范》
DB11/741-2010 《文物建筑雷电防护技术规范》
GB/T50165—2020 《古建筑木结构维护与加固技术标准》
GB/T50311-2000 《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》
GB50054-1995 《低压配电设计规范》
D501-D505 《防雷与接地》
其它现行国家规范、规程及标准
现行古建筑物保护、管理规范、规定和条例
三、设计思路
防雷是古建筑物重要的一个措施,防止雷电引起古建筑物火灾,积极应对雷电可能对古建筑物造成的损害,对古建筑物进行符合国标的雷电防护,尽可能的减少雷电造成的灾害。古建筑物防雷系统由直击雷防护设备和防雷接地系统组成。直击雷防护避雷针和避雷带相结合的方式置配,大范围覆盖古建筑物本身,同时对一些特定的位置进行单独直击雷防护加装避雷带,覆盖古建筑全身,同时在底部引下线位置安装雷电峰值记录仪,监测古建筑物被雷击的次数和峰值。
整体防雷设计要遵循国家《文物建筑雷电防护技术规范》,也要依据《建筑物防雷设计规范》进行设计,按照二类防雷建筑物进行防雷设计。
项目情况
栖霞寺(Qixia Temple)位于南京市栖霞区栖霞山中峰西麓,又称栖霞古寺,始建于南齐永明二年(484年),迄今已有一千五百多年的历史,是中国四大名刹之一,佛教“三论宗”的祖庭,在中国佛教史上具有重要地位,南朝时期与鸡鸣寺、定山寺齐名,是南北朝时期中国的佛教中心。
南齐永明二年(484年),平原居士明僧绍隐居江乘摄山(即栖霞山),因舍宅为栖霞精舍以居之,是为栖霞寺之始;南梁僧朗于此大弘三论教义,被称为江南三论宗初祖;隋朝高祖时期于八十三州造舍利塔,其立舍利塔诏以蒋州栖霞寺为首;唐朝高祖时期时称功德寺,规模宏大,与山东灵岩寺、湖北玉泉寺、浙江国清寺并称天下四大丛林,高宗时期御制明徵君碑,因敕改功德寺为隐君栖霞寺;明朝洪武二十五年(1392年)重建,赐额称栖霞寺;清朝乾隆年间五次南巡,均驻跸栖霞寺,拨币增建法幢,达二千余间,殿阁宏丽,冠绝东南。
1983年4月,栖霞寺被确定为汉族地区佛教全国重点寺院,同年创建中国佛学院栖霞山分院;1988年1月,被国务院公布为全国重点文物保护单位;2009年,被列为国家AAAA级旅游景区。
现场施工照片
四、防雷、接地系统设计;
1 防雷等级
根据《文物建筑雷电防护技术规范》规定本工程应划分为第二类防雷文物建筑。应根据该规范进行设计、施工。
本次塔体防雷系统主要有:避雷针、避雷带、引下线、接地装置等系统构成。避雷针主要用于防直击雷,避雷带进行侧击防护。由于古建筑防雷设置不仅要具有实效性,同时要尽量保持其原有风貌,所以用避雷针不超出太多的情况下,根据滚球半径法,能覆盖整个塔体,保持美观的同时做到防雷的效果。避雷带采用纯铜材质的铜线,覆盖塔体一周,并和避雷针连接,也和引下线连接。引下线和接地系统连接
2 防直击雷措施
依据规范要求,本方案采用避雷针的接闪方式。在塔体顶部附近做避雷针,避雷针采用绝缘接闪器,接闪器针尖部分采用高导耐腐接闪器针尖,高出塔体1.5米左右,同时加装雷电峰值记录仪,实时记录直击雷数据。
由于本次防雷设计范围仅为塔体的整体.周围其余建筑均无任何防雷保护装置,根据滚球半径法计算:Rp=½{h(2hr-h)+Δt(2hr+Δt)}
引下线装置
根据DB11/741-2010《文物建筑雷电防护技术规范》第7.3.1.4条要求,“第二类防雷文物建筑引下线分布间距不大于18米;冲击接地电阻值不大于10Ω”。“根据现场环境实际情况,引下线沿树干引下。塔体用每根引下线,分别引导到树的旁边处的不同的接地装置上。为保证引下线与其他接触物质起到良好的绝缘性,采用直径纯铜圆线引下线进行全程保护,若现场施工环境不具备安装条件,可将引下线进行明敷设,明装引下线在尽量保持隐蔽不影响塔体美观的前提下最短路径垂直引下,为求整体美观性,经过专业的涂刷工艺,将接地保护管尽量与塔体等周围环境颜色保持一致。
3 接地装置
根据塔体的体量、级别、使用用途,其基础部分的土壤情况也相应较为复杂,为塑造百年工程目标,根据本公司多年在古建文物和塔体防雷工程中总结的实际经验,结合塔体现场特殊情况,设计每条引下线安装两组接地装置。接地装置采用镀铜离子接地极、高纯石墨降阻材料等降阻材料,并使用纯铜材料进行有效连接,形成环形接地体,保证其接地电阻持久保持良好范围内。达到持久泄流目的,电阻在10欧姆以下。
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