現(xiàn)代建筑物防雷設(shè)計(jì)探究

蔣金暉

摘要：雷電不僅會(huì)對(duì)建筑特造成破壞，還會(huì)損壞建筑物的電力設(shè)施和通訊設(shè)備，因此在現(xiàn)代建筑中防雷工程必不可少，而建筑物防雷是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，在設(shè)計(jì)施工過程中除了嚴(yán)格遵守相應(yīng)的規(guī)范，還要注意運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)，以提高建筑物防雷工程的可靠性和安全性。下文筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑物防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：建筑物；防雷設(shè)計(jì)；施工要點(diǎn)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，建筑物的規(guī)模不斷擴(kuò)大、建筑高度不斷的增加，而高層建筑容易受到雷擊，同時(shí)高層建筑正向智能化發(fā)展，特別是現(xiàn)代家電器具日趨增多，電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一旦遭受雷擊，損失將很嚴(yán)重。這些新問題的出現(xiàn)對(duì)建筑物防雷工程帶來了新的考驗(yàn)

1.建筑物防雷設(shè)計(jì)思路

直擊雷和感應(yīng)雷是雷電入侵建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的兩種形式。直擊雷是雷電直接擊中線路并經(jīng)過電氣設(shè)備入地的雷擊過電流；感應(yīng)雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓，過電流形成的雷擊。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010規(guī)定，建筑物的防雷區(qū)劃分為LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等區(qū)（各區(qū)的具體含義本文不再贅述）。從而決定位于該區(qū)域的電子設(shè)備采用何種電涌保護(hù)器在何處以何種方式實(shí)現(xiàn)與共同接地體等電位聯(lián)結(jié)。

建筑物直擊雷的保護(hù)區(qū)域?yàn)長PZOA區(qū)，其保護(hù)設(shè)計(jì)已為電氣設(shè)計(jì)人員所熟知，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010，設(shè)計(jì)由避雷網(wǎng)（帶），避雷針或混合組成的接閃器，立柱基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)與鋼屋架，屋面板鋼筋等構(gòu)成一個(gè)整體，避雷網(wǎng)通過全部立柱基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體，將強(qiáng)大的雷電流入大地。感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的，形成感應(yīng)雷電壓的機(jī)率很高，對(duì)建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備，尤其低壓電子設(shè)備威脅巨大，所以說對(duì)建筑物內(nèi)部設(shè)備的防雷保護(hù)的重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。

2.建筑物防雷設(shè)計(jì)的因素

2.1接地效果

建筑物防雷效果的成功與否的一個(gè)重要保證是良好的接地效果。建筑物防雷設(shè)計(jì)中都要考慮采用何種接地方式最經(jīng)濟(jì)最好。當(dāng)基礎(chǔ)包在防水卷材內(nèi)或達(dá)不到規(guī)范中規(guī)定的條件時(shí)，可以做周圈式接地裝置，應(yīng)將周圈式接地裝置預(yù)先埋在基礎(chǔ)槽的最外面；當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物符合規(guī)范條件時(shí)，應(yīng)利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置。接地體靠近基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋有利于均衡電位，此外，還可以節(jié)省為挖深溝所花費(fèi)的物力和人力[3]。在基礎(chǔ)完工后再挖深溝會(huì)影響到基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。對(duì)磚混或木結(jié)構(gòu)的建筑物，應(yīng)做獨(dú)立引下線并采用獨(dú)立接地方式。當(dāng)土壤電阻較大，使用接地極很多時(shí)，可以做周圍式接地裝置。這是因?yàn)橹車浇拥匮b置的沖擊阻抗小于獨(dú)立接地裝置的沖擊阻抗，而且也有利于改善建筑物內(nèi)的電位分布，并減小跨步電壓。采用獨(dú)立式接地方式時(shí)，以鉆孔深埋接地極的效果最好，深孔接地極易達(dá)到地下水位，并且可以減少接地極的用鋼量。

2.2接閃功能

接閃功能主要指的是實(shí)現(xiàn)接閃功能所應(yīng)具備的條件，這其中包括耐流耐壓能力、接閃器的形式、接閃器與建筑物的美學(xué)統(tǒng)一性和連續(xù)接閃效果造價(jià)等。

2.3屏蔽作用

建筑物避雷的屏蔽作用的目的主要是使建筑物內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、精密儀器及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等免遭雷電電磁脈沖的損壞。建筑物內(nèi)的這些設(shè)施，不僅由于其本身靈敏性好，耐壓水平低，建筑物附近打雷或接閃時(shí)，會(huì)受到雷電的電磁輻射影響，而且在防雷裝置接閃器時(shí)會(huì)受到電磁干擾，甚至其他建筑物接閃時(shí)，也會(huì)收到從該處傳來的電磁波的影響。因而，在避雷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，建筑物內(nèi)頂板、地板及柱內(nèi)的鋼筋，即籠式避雷網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)屏蔽。由于建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)的不同，墻體的鋼筋有疏密的不同，鋼筋密度不夠時(shí)，避雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照各種設(shè)備的不同增加網(wǎng)格的密度。良好的避雷屏蔽不僅可以防御雷電電磁脈沖，也可以使分流和等電位兩個(gè)問題迎刃而解。

2.4分流影響

分流影響指的是引下線對(duì)分流效果的影響。引下線的數(shù)量和直徑直接影響分流效果，引下線越多，每根引下線通過的雷電流就越小，其感應(yīng)范圍就相應(yīng)越小[4]。引下線相互之間的距離不應(yīng)小于規(guī)范中的規(guī)定。當(dāng)建筑物比較高時(shí)，引下線很長時(shí)，應(yīng)在建筑物的中間位置增加均壓環(huán)，從而減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，還可以降低反擊電壓。

2.5均衡電位

均衡電位指的是建筑物內(nèi)的各個(gè)部位形成一個(gè)相等的電位，即等電位。如果建筑物內(nèi)的各種金屬管線和結(jié)構(gòu)鋼筋都能連接成統(tǒng)一的導(dǎo)電體，建筑物內(nèi)便不會(huì)產(chǎn)生不同的電位，這樣就可以保證建筑物內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生危及人身安全的跨步電壓和接觸電壓，從而對(duì)防止雷電電磁脈沖干擾微電子設(shè)備也有很多好處。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)大部分都是焊接或捆綁在一起的，因而最具備等電位的條件。

3.高層建筑防雷設(shè)計(jì)

3.1防直擊雷的設(shè)計(jì)

雷云對(duì)大地的電壓低則幾百萬伏，高則數(shù)千萬伏甚至更高，雷云對(duì)大地一次閃擊時(shí)其瞬時(shí)功率很大，所以它的破壞力是相當(dāng)大的。到現(xiàn)在為止，防直擊雷都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器，把雷電流接收下來，然后通過良好的接地裝置迅速而安全把它送回大地。大多數(shù)情況下，外部防雷裝置附著于被保護(hù)建筑物上。其布置取決于被保護(hù)建筑、物的形狀、所需的保護(hù)及所采用的幾種設(shè)計(jì)方法。

3.1.1接閃器的設(shè)計(jì)

防雷裝置的設(shè)計(jì)通常采用滾球法和網(wǎng)格法。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的用途、高度、長寬比進(jìn)行選擇。

3.1.2引下線的設(shè)計(jì)

引下線的設(shè)計(jì)時(shí)要注意的是：引下線盡可能短。并盡可能地利用建筑物內(nèi)四個(gè)角的主筋作為引下線和垂直接地體。高層建筑由于高度高，一定要注意防備雷電側(cè)擊。目前，防止側(cè)擊雷的做法是，在30m以上部位，每隔三層，沿建筑物四周敷設(shè)一道避雷帶與各根引下線相焊接。避雷帶可于安裝在外墻抹灰層內(nèi)，或者直接利用結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)每隔適當(dāng)?shù)木嚯x與樓板鋼筋焊接，因此，這個(gè)避雷帶實(shí)際上是均壓環(huán)，建筑物的外墻均壓環(huán)（或避雷帶）可利用結(jié)構(gòu)圈粱中的縱向鋼筋（主筋）。

3.1.3接地裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)考慮的主要因素是土壤的電阻率，土壤的電阻率與土壤的含水量、土壤的溫度、土壤的性質(zhì)有關(guān)。干燥的土壤的電阻率達(dá)無窮大，0～15%，電阻率降低；15～75%時(shí)，電阻率降低不明顯；75%以上時(shí)電阻率增大。0℃以下和100℃以上時(shí)電阻率增大；混凝土的電阻率，混凝土的電阻率與其濕度有關(guān)，在其干燥時(shí)，電阻率較大；當(dāng)具有一定濕度時(shí)，就成了較好的導(dǎo)電物質(zhì)?？蛇_(dá)100～200Ω混凝土的電阻率還與其溫度成一定關(guān)系的反向作用，即溫度升高，電阻率減?。粶囟冉档?，電阻率增大。

3.2內(nèi)部防雷的設(shè)計(jì)

3.2.1對(duì)高壓雷電的第一級(jí)設(shè)防

對(duì)高壓雷電的第一級(jí)設(shè)防，其目的是把高壓雷電脈沖的幅值降低，其辦法一是輸電網(wǎng)金具接地法，光纜高電壓擊穿空氣，并通過金具對(duì)地放電；二是相線與地線并聯(lián)電容的方法，架空電線引入的地方設(shè)保護(hù)電容器對(duì)感應(yīng)雷有良好的保護(hù)效果；三是變壓器隔離法，其原理是當(dāng)輸入端的電壓達(dá)到一定值時(shí)，變壓器達(dá)到磁飽和，失去變壓器的功能。通過上述三種辦法可將雷電高壓脈沖幅值大大降低。

3.2.2電源系統(tǒng)的保護(hù)

建筑物內(nèi)電子設(shè)備使用的交流電源通常是由供電線路從戶外交流電網(wǎng)引入的。當(dāng)雷擊于電網(wǎng)附近或直擊于電網(wǎng)時(shí)，能夠在線路上產(chǎn)生過電壓波，這種過電壓波沿線路傳播進(jìn)入戶內(nèi)，通過交流電源系統(tǒng)侵入電子設(shè)備，造成電子設(shè)備的損壞。

4.總結(jié)語

相關(guān)工程師必須正確認(rèn)識(shí)建筑防雷重要性，嚴(yán)格按照建筑物防雷規(guī)范進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，加強(qiáng)建筑物防雷保護(hù)措施的安全管理，最大程度的減少雷擊事故的發(fā)生，保證建筑物的使用性和人身以及設(shè)備安全，不斷促進(jìn)綜合防雷技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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