作者： 张滔

摘要：港口工程中堆场及码头上高杆灯由于处于空旷场地，易被雷击中，实际施工中往往高杆灯接闪器高度不够，导致灯具被雷电击坏，造成损失。本文以滚球法计算接闪器所需高度，验证发现现场高杆灯接闪器的高度不符合要求，并通过计算，选择合适的接闪器形式及参数。最终有效的减少了灯具设备被雷击中的概率，减少了企业的损失。

关键词：高杆灯 防雷 接闪器

现代港口工程中，由于货物快速流通的需要，港口经常需要在夜晚进行货物的装卸作业，这其中高杆灯的作用可谓是功不可没，夜晚的灯火通明，保证了货物的及时进港出港。

在长期的施工过程中，经常会发现一个问题，高杆灯上的灯具经常在雷暴天气时被雷击坏。经研究发现，原来是设计单位在设计高杆灯时，往往只重视高杆灯的接地系统，却忽视了高杆灯的防雷系统。

高杆灯防雷最主要是要防直击雷。由于直击雷蕴含极大的能量，“主放电”过程约为数十至数百微秒，速度约为108m/s，雷电流幅值可达数十至数百千安。紧接着的“余光阶段”电流约为数百安但持续时间却约达数十至数百毫秒，故具有极大的破坏力，会造成以下三种主要影响：(1)瞬态电涌效应，当雷电直接击中地面物体及防雷装置时，强大的雷电流(约50%～100%)流经防雷接地装置时，会在引下线及接地体上产生一极高的瞬态过电压U，这种过电压可能形成转移过电压，导致对与线路连接的电气设备绝缘遭受损坏。(2)热效应，雷电流的热效应包括高幅值雷电流流经导体电阻时所迅速产生的焦耳热，以及闪电对防雷接闪器或放电间隙击穿所形成的强大电弧附着点热损。(3)机械效应，流过导体的雷电流的磁耦合而产生电磁力，其大小与雷电流的幅值及导体的几何形状有关。当雷电流幅值很大时，其产生的冲击力可达数千牛或数十千牛，可能导致对流过雷电流的设备造成损坏。综上所述，直接雷对电器设备的危害很大，故高杆灯防雷设计比较重要，应引起重视

现以苏州港太仓港区三期工程为例，对高杆灯的防雷问题进行探讨。

该港口工程堆场上设置有40m高杆灯，灯盘直径为2m，上挂9盏高压钠灯，设计院设计杆顶避雷针为1m。通过计算发现避雷针长度无法满足高杆灯避雷的需要。以下为计算过程：

首先确定高杆灯的防雷等级。查附表1得到当地的年平均雷暴日Td为28.1d/a。参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第3.0.4款第4条规定：在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。应划为第三类防雷建筑物。故40m高杆灯应为第三类防雷建筑物。

现根据滚球法确定接闪器的长度。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第5.2.12款规定，查表2得第三类防雷建筑物的滚球半径为hr=60m。

当高杆灯在40m时，接闪器长度50cm时，代入公式，得出保护半径rx=m<灯盘半径1m，这样是无法保护灯盘上的高压钠灯不被雷电击中及击坏。故得出1m的接闪器无法起到防雷保护的作用。

现在我们计算直径为2m的灯盘到底需要多长的接闪器才能保证灯盘上的高压钠灯不被雷电击坏。

将高杆灯在40m时，保护半径≥1m，代入计算式，得出h=43.093m。扣除高杆灯的高度40m，故避雷针长度应≥3.093m，才能保证灯盘上的高压钠灯不被雷电击坏。

现问题是在40m的高杆灯上装3.1米的避雷针，显然是不现实的。由于港口堆场比较空旷，参照规范GB50057-2010中5.2.2条，烟囱顶上的避雷针最小规格规定，若采用镀锌圆钢，圆钢直径≥20mm，若采用镀锌钢管，钢管直径≥40mm。无论采用哪种材料，在空旷的堆场，3.1m的避雷针易被吹倒或吹折。

为了解决这个问题，可采用两种解决方案：1、高杆灯杆顶采用避雷环。2、采用DN40，DN25镀锌钢管和Φ20镀锌圆钢组合焊接。

其中，hr为滚球半径，hx为被保护物的高度，bx为避雷带在hx高度上的保护宽度，h为避雷带的高度。

直径1m的避雷环，保护宽度应大于0.5m，才能有效保护2m的灯盘。由此计算得，避雷环安装高度离杆顶需大于等于1.5m。安装时避雷环底座法兰应与高杆灯杆顶完全焊牢。焊缝需作防锈防腐处理。

方案2(见图2)，拟采用长2m的DN40镀锌钢管，1.5m的DN25镀锌钢管和0.6m的Φ20镀锌圆钢组合焊接方式制作避雷针。安装时避雷针底座法兰应与高杆灯杆顶完全焊牢。焊缝需作防锈防腐处理。

通过以上两种方案比较，显然第一种方案比第二种方案在施工时更简便，且迎风面积也是第一种方案小，在台风季，或大风天，更牢靠，不易被吹倒或吹折。在焊缝的数量上，长度上，第二种方案比第一种方案多，长期风吹日晒，容易生锈腐蚀，导致电气连接不良。

通过这个案例计算分析，有效合理的设置接闪器，能有效的减少电气设备因天气的原因造成的损失。在接闪器的选择上，应通过计算，结合现场实际情况，确定最合理，最经济的接闪器形式及参数。

总的说来，防雷系统是为了建筑物(构筑物)避免被雷电打击造成损失，接地系统是为了防止电器金属外壳带电伤人，防雷与接地同等重要，不能只重视接地系统，而忽视了防雷系统。

参考文献

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