對(duì)現(xiàn)代建筑物防雷設(shè)計(jì)的綜述

　　摘要:本文以現(xiàn)代建筑物雷電防護(hù)為研究對(duì)象，對(duì)現(xiàn)代建筑物的綜合防雷技術(shù)進(jìn)行了探討分析,從雷電所導(dǎo)致的危害入手，對(duì)現(xiàn)代建筑的綜合防雷技術(shù)進(jìn)行了探討分析，具有一定的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞:雷電；雷電危害；建筑物；防雷設(shè)計(jì)；防雷施工

　　1雷電入侵途徑的類型

　　1.1直擊雷

　　即雷電直接擊在建筑物或設(shè)備上產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)勢(shì)作用。由于雷擊時(shí)，直擊雷電壓高達(dá)幾百萬～2000KV或更高；雷擊電流高達(dá)數(shù)十至～幾百千安、雷電通道可產(chǎn)生最高達(dá)2000℃的溫度，在強(qiáng)大的雷電流作用下，物體縫隙中的氣體劇烈膨脹、水份急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生強(qiáng)大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，從而使被擊物或人、畜受到嚴(yán)重的損壞，同時(shí)可能會(huì)引起火災(zāi)。

　　1.2雷電感應(yīng)

　　雷電感應(yīng)是指閃電放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，也稱間接雷或叫二次雷害；它沒有直擊雷那么猛烈，但它發(fā)生的機(jī)率比直擊雷高的多。當(dāng)空間有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)作用，帶上與雷云極性相反的大量束縛電荷，在雷云對(duì)地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，導(dǎo)體上的束縛電荷變成自由電荷，向?qū)�體的兩端移動(dòng)，從而產(chǎn)生出很高的靜電感應(yīng)電壓，其過電壓幅值可達(dá)幾萬到幾十萬伏，這種靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓對(duì)接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用，對(duì)建筑物內(nèi)的導(dǎo)線，接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電容易產(chǎn)生電火花而引起火災(zāi)；對(duì)存放易燃易爆物品的建筑物有引起爆炸的危險(xiǎn)，危及人身安全。另外，在雷電閃擊時(shí)，由于雷電流有極大峰值和陡度，在雷電流通道周圍的空間產(chǎn)生有強(qiáng)大的脈沖電磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)雷電流形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)2．4G時(shí)，就可以使一般微電子設(shè)備發(fā)生永久性破壞，即使磁場(chǎng)強(qiáng)度降到0．07G也能造成它們誤動(dòng)作，而處在電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體也會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，又或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。

　　1.3雷電波侵入與雷電反擊作用

　　當(dāng)架空線或金屬管道遭受直擊雷或感應(yīng)雷后，所產(chǎn)生的雷電波沿著這些金屬管道、管路，特別是沿輸電線、通信電纜、無線電天線等侵入，形成所謂高電位引入，而造成火災(zāi)或人身傷亡事故。另外，當(dāng)雷電流通過金屬物體落地時(shí)，由該物體的波阻抗及其接地電阻產(chǎn)生電位升高，其值：

　　Vx＝LoHdi／dt十ir十iR

　　式中：r為測(cè)試點(diǎn)至接地體的電阻

　　i通過引下線的雷電流100kA

　　Lo為引下線單位長度電感

　　Lo＝1．67／μH／m

　　H為測(cè)試點(diǎn)距大地的高度，取H＝l0

　　R為接地電阻

　　當(dāng)r＝0，R＝10Ω時(shí)，Vx＝1．6MV

　　當(dāng)r＝0，R＝0時(shí)，Vx＝0．6MV

　　Vx一般高達(dá)數(shù)十千伏至數(shù)百千伏，當(dāng)它擊穿附近的空氣或土壤間隙，把高電位傳送到其它物體上，便形成對(duì)別的物體的反擊，因空氣間隙的擊穿電壓很高，所以反擊一般僅限于幾米范圍內(nèi)，反擊的發(fā)生，可能使電氣設(shè)備絕緣被破壞，金屬管道被燒穿，甚至?xí)�引起火�?zāi)、傷亡事故。

　　2現(xiàn)代建筑物防雷設(shè)計(jì)思路

　　2.1設(shè)計(jì)的全面性

　　建筑物防雷系統(tǒng)由接閃、分流、均壓、屏蔽、布線和接地6項(xiàng)要素組成,這些要素自身結(jié)構(gòu)與建筑物的結(jié)構(gòu)有機(jī)地組成一個(gè)整體,這個(gè)整體與外部環(huán)境有著多方面的聯(lián)系[1]。雷電對(duì)建筑物及其內(nèi)部設(shè)備的作用是多途徑的,有直擊雷擊,有沿金屬管路、各種線路引入的瞬時(shí)過電壓,還有空中傳播的LEMP,因此對(duì)建筑物的防雷設(shè)計(jì)不能片面,而應(yīng)全面系統(tǒng)地對(duì)不同形式的雷電采用不同防護(hù)措施。

　　2.2設(shè)計(jì)的合理性

　　現(xiàn)代建筑物大量采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),而且體積高大,本身具有較強(qiáng)的耐雷擊能力,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把防雷諸要素與建筑物的結(jié)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來,利用鋼筋構(gòu)成協(xié)調(diào)的防雷結(jié)構(gòu),使之發(fā)揮出整體的最優(yōu)防雷功能。主要思路為:

　�、僭诮ㄖ�物屋面采用避雷網(wǎng),在屋面突出部分或通訊設(shè)施上安裝避雷針或帶。

　�、诶�用建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋作引下線,并適當(dāng)增加引下線的數(shù)量,對(duì)減少各層的反擊電壓和減少各分支電流的電磁感應(yīng)都有良好的作用。

　　③利用各層樓板鋼筋或高(多)層建筑物均壓環(huán)與作引下線的主筋連接,有利于均壓的形成,有效降低室內(nèi)反擊電壓和有利于對(duì)空中電磁場(chǎng)的屏蔽。

　�、軓母鲗恿�、板、柱內(nèi)主筋焊出接頭,便于與室內(nèi)設(shè)備接地母線連接。

　�、堇�用四周圈式接地體和基礎(chǔ)鋼筋接地網(wǎng),便于與引入建筑物的各種金屬管道、電纜屏蔽層連接。

　　⑥為避免流經(jīng)建筑物外墻柱內(nèi)鋼筋的雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將信息系統(tǒng)及各種電氣線路放置或敷設(shè)在建筑物內(nèi)的中心部位,把防雷系統(tǒng)諸多要素與建筑物結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合,不但可以降低建設(shè)投資,還能獲得最佳的防雷效果。

　　2.3設(shè)計(jì)的層次性

　　建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次性是指將建筑物需要保護(hù)的空間劃分為幾個(gè)防雷保護(hù)區(qū),指明對(duì)LEMP有不同敏感度的空間,根據(jù)設(shè)備的敏感性確定合適的連接點(diǎn)�？梢愿鶕�(jù)不同防雷保護(hù)區(qū)雷電磁場(chǎng)衰減的分布情況,確定不同性質(zhì)設(shè)備的布設(shè)位置;對(duì)所有穿過不同保護(hù)區(qū)界面的金屬物進(jìn)行等電位連接,并在每個(gè)界面處加設(shè)屏蔽措施;合理布線并對(duì)進(jìn)入不同保護(hù)區(qū)的電纜、線路在不同界面處選擇不同特性的過壓保護(hù)器,進(jìn)行分流和限壓。通過層層防設(shè)使侵入到信息系統(tǒng)防雷保護(hù)區(qū)的雷電干擾信號(hào)降到最低程度。

　　2.4設(shè)計(jì)的目的性

　　在了解建筑物的結(jié)構(gòu)和功能之后,按照需要保護(hù)的程度確定防雷設(shè)計(jì),如在對(duì)建筑物外部防雷設(shè)計(jì)時(shí)要參考當(dāng)?shù)氐耐寥�、氣象、地理環(huán)境等自然條件,及雷擊規(guī)律、雷電參數(shù)和年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)。內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)時(shí)要參考設(shè)備允許電壓脈沖的參數(shù)。在建筑物防雷設(shè)計(jì)時(shí)要參考建筑物受雷擊能力和雷擊事故損失的性質(zhì)和大小,還應(yīng)對(duì)建筑物與建筑物,同一個(gè)建筑物中的房間與房間、設(shè)備與設(shè)備,所采取的防雷措施都應(yīng)區(qū)別對(duì)待,以達(dá)到整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　3現(xiàn)代建筑物防雷系統(tǒng)的施工建議

　　除按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、國家規(guī)范及國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖施工外,施工中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

　　3.1基礎(chǔ)防雷圖的施工事項(xiàng)

　　在利用樁、承臺(tái)、地梁、引下線形成良好的基礎(chǔ)接地時(shí),它們之間的焊接較復(fù)雜,施工單位應(yīng)對(duì)防雷用的鋼筋用油漆標(biāo)明。引下線與引下線之間的連接最好用地梁(或地板筋)連接,盡量不用扁鐵連接。進(jìn)入建筑物的主配電箱的接地也應(yīng)與防雷接地接到一起(防止雷電反擊)。搭接焊指數(shù)要求為單面焊12d,雙面焊6d,焊接角度<90°。

　　3.2立面防雷圖的施工事項(xiàng)

　　均壓環(huán)主要是用于高層建筑物的防雷,它的施工要求是在某個(gè)樓層(十層以上,包括十層)平面內(nèi)形成等電位,即建筑物遭受雷擊后在這個(gè)平面內(nèi)的任一點(diǎn)的瞬時(shí)過電壓都是相等的。但要注意在有窗戶及陽臺(tái)金屬欄桿的地方做等電位連接(預(yù)留接地端子),它們的連接最好是用鏍絲,這樣做的目的主要是防側(cè)擊雷。

　　3.3天面防雷圖的施工事項(xiàng)

　　天面防雷主要包括天面網(wǎng)格、避雷針、帶(建筑物的接閃部分),只有將天面網(wǎng)格、避雷針、帶與引下線良好的連接起來,才能保證建筑物遭雷擊后造成的損失降到最底。30多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明,充分利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計(jì)成“法拉第籠”式防雷網(wǎng)是目前國內(nèi)外公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)可靠的防雷方式。

　　4防雷技術(shù)

　　4.1接地和引下線

　　接地就是讓已經(jīng)納入防雷裝置的閃電能量泄放入地，良好的接地裝置是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過電壓值越低。現(xiàn)代建筑物防直擊雷已廣泛采用避雷帶、避雷網(wǎng)和多引下線系統(tǒng)，實(shí)踐證明利用建筑物深埋地下的基礎(chǔ)樁、梁、柱等結(jié)構(gòu)鋼筋，形成一個(gè)網(wǎng)格的接地體裝置，作為多引下線和接地裝置，具有經(jīng)濟(jì)、美觀和利于雷電流散流以及不必維護(hù)和壽命長的優(yōu)點(diǎn)。將建筑物內(nèi)的樁筋、地梁內(nèi)的主筋和柱內(nèi)的主筋焊接起來，并把地梁外圈梁中間(網(wǎng)格)鋼筋焊接成一個(gè)閉合環(huán)路，組成一個(gè)完整的接地系統(tǒng)。這種接地系統(tǒng)與大地接觸面廣，接地電阻低，而且鋼筋得到混凝土的保護(hù)，受侵蝕作用減少，接地電阻比較穩(wěn)定，防直擊雷是相當(dāng)有效和安全可靠的。

　　4.2屏蔽與均壓

　　現(xiàn)代鋼筋水泥的建筑物內(nèi)有縱橫交錯(cuò)的鋼筋，有效利用建于屋頂?shù)谋芾讕�、網(wǎng)和四周墻面內(nèi)的柱鋼筋作為引下線，以及梁鋼筋相互焊接，把進(jìn)入建筑物的金屬管道及金屬構(gòu)件作良好電氣連接，連接中要注意各信息系統(tǒng)間的電磁兼容問題。這樣，整座建筑物就形成了一個(gè)理想的“法拉第籠”屏蔽網(wǎng)，十分有利于消弱建筑物內(nèi)部的電磁場(chǎng)。不但能使雷電流有良好的散流途徑，均壓分流、接地電阻小，而且整座建筑物形成統(tǒng)—的等電位系統(tǒng)，保持均壓作用，并可以避免建筑物產(chǎn)生雷電反擊的危害。這種設(shè)計(jì)不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且符合現(xiàn)代防雷的思路，為電氣和電子設(shè)備防止雷電磁脈沖（LEMP）破壞提供了基礎(chǔ)條件。

　　4.3防側(cè)擊

　　在高層的建筑物防雷中，考慮到雷電流的散流途徑長、從接閃器到引下線到接地裝置的電位梯度大，為了均衡電位，降低電位梯度，廣東氣象防雷部門在施工方案中都有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：即在30m以上高度，每隔一層，沿建筑物四周敷設(shè)一道避雷帶與各根引下線焊接或直接利用外圈梁的鋼筋焊接成閉合回路，構(gòu)成水平避雷帶，可有效地防范雷電側(cè)擊。

　　4.4電源線與信號(hào)線的防護(hù)

　　隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代高科技電子設(shè)備廣泛使用，由于其靈敏度高、耐壓低，很容易受到雷電電磁脈沖感應(yīng)。因此，除建筑物必須在低壓側(cè)裝設(shè)低壓電涌保護(hù)器及各樓層設(shè)置相應(yīng)的電涌保護(hù)器以及電器匯流排外，還要把電線、電纜穿金屬管埋地并與接地裝置相連。各種電涌保護(hù)器（SPD）的接地線以最直和最短的距離與電器匯流排進(jìn)行電氣連接，這樣可大大減小設(shè)備的損壞，實(shí)踐證明其安全效果相當(dāng)顯著。

　　5結(jié)束語

　　總之，新建筑物防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，防雷裝置也不是一勞永逸的，要結(jié)合實(shí)際因地制宜，靈活應(yīng)用，采取具體措施，重視各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，構(gòu)成一個(gè)完整的綜合防護(hù)體系，才能收到預(yù)期的效果，最終使建筑物的防雷裝置真正發(fā)揮出保護(hù)建筑物內(nèi)人和設(shè)備安全的作用。

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