关于铁路通信站避雷针架设问题的探讨
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[摘  要]：本文依据GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》标准中环路中感应电压、电流及能量的计算公式，通过对铁路通信站不同位置架设的避雷针在LPZ1区经屏蔽网格衰减后的空间内磁场强度的计算和分析，为铁路通信站避雷针架设的问题提供了设计依据。
[关键词]：铁路通信站   避雷针架设位置   磁场强度  环路感应电压、电流
1、前言
我国进入90年代以后，各种通信站相继进行了无人值守改造，大量控制和保护设备改为微机型，为加强通信的可靠性，一点多址小微波进入主控室，大大小小的微波塔与主控室并行而立，出现了几种避雷针铁塔的架设方式，有的在区域设立独立避雷针，有的在建筑旁边设立独立避雷针，有的在建筑顶部设立独立避雷针，这些改造往往由不同专业部门分别完成，缺乏系统性的雷电防护考虑，给雷电防护工作带来了一系列问题。本文根据这三种常见的避雷针架设方式，从雷电电磁脉冲防护的角度进行了一些探讨，以便更好的解决这些问题。
2、主控室（LPZ1区）电磁环境的分析
按照GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》建立的建筑物模型，我们将主控室（LPZ1区）等效为一个有5m×5m建筑钢筋包裹起来的矩形环路，依据雷电电磁脉冲的特性对以上三种避雷针的架设方式进行分析如下：
2.1、建筑物顶部架设避雷针的情况
如图2所示，当建筑物顶部架设避雷针铁塔时，按照GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》提供的二类建筑物雷击参数，首次雷击雷电流参数为：150KA；后续雷击雷电流参数为：37.5KA；则：
LPZ1区的电磁场强度为：
H1 = KH·iO·w/(dw)                 (A/m)        [2-1]
H0  = i 0/（2·π·Sa）                    （A/m）      [2-2]
SF= 20·log[（ ）/  ] （dB）       [2-3]
dS/1=ω·                              （m）       [2-4]
式中：H0  ——LPZ0区空间无衰减的磁场强度（A/m）；
H1  ——LPZ1区空间经屏蔽网格衰减后的磁场强度（A/m）；
i0   ——雷电流值（A）；
Sa ——雷击点与屏蔽空间之间的平均距离（m）；
SF ——屏蔽系数（dB）；
ω ——屏蔽网格的宽度（m）；
dS/1 ——LPZ1区内空间的安全距离（m）；
dw ——被考虑点距LPZ1区屏蔽壁的最短距离（m）；
dl/r  ——被考虑点距LPZ1区屏蔽顶的最短距离（m）；
图 1建筑物顶部架设避雷针铁塔示意图
依据以上公式计算得，建筑顶部架设避雷针，当建筑天面的建筑钢筋网格为5m×5m时，在建筑物首次雷击（25kHz）的情况下，位于LPZ1区空间中心位置的计算如下：
SF = 20·log[（ ）/  ]≈4.6 dB；
dS/1=ω·≈2.3m；
H1 = KH·iO·w/(dw)  ≈1899A/m;（相当于23.8Gs）
上式中：W=5m；dw=2.5m；dl/r=2.5m；
当铁塔遭雷击时，建筑顶层沿钢筋柱引下线1 m布置有导线直径为16mm2 ，包裹面积为2m×2m的设备供电电源时，其环路的感应电压和电流计算如下：
= {0.8·—0.8·(+)+0.4··[()/(1+)]
+0.4··[()/(1+)]}·10-6  =[ 2.26 -3.2 +4.26+4.26]×10-6  =7.58×10-6 H
开路电压UOC在波头时间T1期间，UOC的最大值UOC/max ：
UOC/max =μO·b·ln(1+/)·KH·(w/)·iO/max/T1 = 2803.9(V)
如果忽略导线的欧姆（最坏情况），短路电流为iSC的最大值iSC/max：
    iSC/max=μO·b·ln(1+/)·KH·(w/)·iO/max/L=357.1A
2.2、建筑物外部架设独立避雷针的情况
如图3所示，当建筑物外部架设避雷针铁塔时，按照GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》提供的二类建筑物雷击参数，首次雷击雷电流参数为：150KA；后续雷击雷电流参数为：37.5KA；依据本文2.1部分的计算依据，我们分别来讨论当建筑物外部架设避雷针铁塔距离建筑物的距离X为3m；5m；10m；20m；30m时的情况。
图2建筑物外部架设独立避雷针铁塔示意图
a、当建筑物外部架设避雷针铁塔距离建筑物的距离X为3m时，依据二类建筑物滚球半径R=45m；当建筑物位于避雷针保护范围以内时，如其接闪点距离建筑物LPZ1区的壁或顶之间的最短距离d按3m计算，则：
LPZ1区空间经屏蔽网格衰减后的磁场强度为：
H1 = H0/10SF/20≈4699 A/m;（相当于59Gs）
H1/ f/max=0.025·i f/d=0.025×150KA÷3 m=1250 A/m
H1/ S/max=0.025·i s/d=0.025×37.50KA÷3 m=312.5 A/m
首次雷击（T1=10μs）磁场强度H1/f感应的电压和电流分别为：
    UOC/f/max ＝ 0.126·b·l·H1/ f/max ≈630V
    iSC/f/max   ＝ 1.26·10-6·b·l·H1/ f/max/L≈831A
后续雷击（T1=0.25μs）磁场强度H1/S感应的电压和电流为：
    UOC/S/max ＝ 5.04·b·l·H1/S/max ≈6300V
    iSC/S/max  ＝ 1.26·10- 6·b·l·H1/S/max/L≈207.8A
b、同上情况，当建筑物外部架设避雷针铁塔距离建筑物的距离X为5m、10m；20m；30m时如下表：
铁塔与建筑物的距离	LPZ1区空间的磁场强度(A/m)	首次雷击感应电压和电流	后续雷击感应电压和电流			H1	H1/ f/max	H1/ S/max	UOC/f/max(V)	iSC/f/max(A)	UOC/S/max(V)	iSC/S/max(A)		X= 3m	4699	1250	312.5	630	831	6300	207.8		X= 5m	2819.4	750	187.5	378	498.6	3780	124.7		X= 10m	1409.7	375	93.75	189	249.3	1890	62.3		X= 20m	704.8	187.5	46.88	94.5	124.7	945	31.2		X= 30m	470	125	31.25	63	83.1	630	20.8		
依据GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》max.book118.com求，主机房内的磁场干扰环境强度不应大于800 A/m。因此，当建筑物外部架设避雷针铁塔时，依据上述计算，对本文3部分所定义的建筑物，铁塔距离建筑物的距离应该大于17.6 m。如受周边环境的限制，无法达到此要求的时候，从经济的角度考虑，不如将避雷针铁塔架设在建筑物顶部，然后对建筑物进

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