關于高層建筑雷電防護措施的探討

張志科++梁宇航

[摘 要]隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的不斷提高，城市化進程不斷加快，高層建筑群體開始不斷增多，遭受雷擊破壞的事故也經(jīng)常發(fā)生，嚴重威脅了人們生命財產(chǎn)的安全，因此高層建筑在雷電防護方面需要進一步加強。本文根據(jù)雷電的成因及建筑物防雷特點，對高層建筑的雷電防護系統(tǒng)進行分析，對提高高層建筑物防雷效果具有一定的參考意義。

[關鍵詞]高層建筑 雷電防護 防雷措施

中圖分類號：TU976+.55 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0161-01

引言

雷電災害屬于自然界中的一種放電現(xiàn)象，放電過程中產(chǎn)生的過電壓電流會對建筑物和人體安全造成嚴重威脅。隨著現(xiàn)代化進程的加快，建筑物的高層化和智能化程度逐漸加深，高層建筑遭受雷擊的概率更大，尤其是現(xiàn)代逐漸普及的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，使高層建筑內(nèi)各種信息化設備越來越多，由于設備對抗耐過電壓的能力比較低，遇到雷電電磁脈沖侵入所產(chǎn)生的熱效應和電磁效應以及雷電高電壓侵入時對設備和整個系統(tǒng)都會造成損壞，從而加大了雷電災害發(fā)生的頻率。因此，為了確保高層建筑物和人們的生命財產(chǎn)安全，必須做好高層建筑物的雷電防護工作。

1.雷電的成因及高層建筑物防雷特點

1.1 雷電的種類及形成原因

一般情況下，雷電的破壞形式有直擊雷、雷電波和感應雷三種，其中直擊雷是雷電直接作用在建筑物及接觸設備面發(fā)生的機械和熱效應，容易在建筑物的屋角、屋脊等部位發(fā)生雷擊事故，并根據(jù)室內(nèi)設備位置和數(shù)量等情況也可能發(fā)生側擊和繞擊的雷電災害；雷電波入侵是通過與建筑物內(nèi)部連接的管道和線路進入室內(nèi)，對室內(nèi)計算機等其他設備及人身安全造成嚴重威脅；感應雷分為靜電感應雷和電磁感應雷兩種，在發(fā)生雷云時地面上的物體由于靜電感應產(chǎn)生雷電極性相反的束縛電荷，雷云對地產(chǎn)生放電后，云中電荷形成自由電荷，產(chǎn)生感應高壓電。過高電壓與建筑物內(nèi)部導線或不良的接地體裝置之間發(fā)生火花，容易引起火災和爆炸。另外，雷電閃擊時，雷電流的變化率較大，在雷電流通道附近形成較強的感應電磁場，對室內(nèi)電子設備造成干擾，且對周圍金屬物件產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生高熱引發(fā)火災。據(jù)統(tǒng)計雷電事故中80%的雷擊由感應雷擊引起，對建筑物造成較為嚴重的威脅。

1.2 高層建筑物的防雷特點

高層建筑一般是指10層及10層以上的住宅建筑或其高度超過24m的公共建筑。這些高層建筑物結構由混凝土、磚石和筒體結構等組成，室內(nèi)設施包括排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電梯等基礎公共設施，具有高度高，易遭雷擊等特點。特別是高度超過100m的建筑群體，遭受雷擊的可能性與自身高度成正比。同時高層建筑也是人員住房密集的場所，各室內(nèi)配置的設備多且復雜，尤其是現(xiàn)代化廣泛應用的集成電路較高的元電子設備器件，這些設備遭受雷擊的抗電磁干擾能力和耐沖擊電壓能力較差，一旦遭受雷擊，不僅會造成住戶的經(jīng)濟損失或人員傷亡，還會產(chǎn)生不良的社會影響。因此，要加強對高層建筑防雷的意識，綜合建筑物多方面考慮防雷設計，做好直擊雷、雷電波的侵入及雷電感應、地電位反擊等方面雷電防護措施。隨著城市建筑的不斷增高，采取多層面防護措施相結合，最大限度減少雷電造成的人員財產(chǎn)損失，保護建筑物的安全性，達到高層建筑物綜合防雷的目的。

2.雷電防護系統(tǒng)

雷電防護系統(tǒng)主要包括外部防雷、內(nèi)部防雷及過濾防雷三種，用于減少雷電作用于建筑物及人體造成的危害，達到防雷保護建筑物整體安全的效果。其中外部防護由接地裝置、接閃器和引下線組成，將雷電產(chǎn)生的過電壓電流直接泄入地下，達到均壓、引流和防護的目的；內(nèi)部防護是由均壓等電位連接及過電壓保護系統(tǒng)組成，均衡建筑物內(nèi)部系統(tǒng)電壓，限制過電壓增幅；過濾防雷是根據(jù)建筑物結構和室內(nèi)設備安置情況進行合理布線、做接地及屏蔽的防雷設計方式，起到減少或阻止感應雷通過各通道入侵到室內(nèi)造成災害的可能，保護人身財產(chǎn)不受雷電的襲擊。

3.高層建筑物防雷措施

3.1 高層建筑物直擊雷防護措施

高層建筑物直擊雷防護包括側擊雷和直擊雷兩種防護形式。根據(jù)不同等級的防雷標準，對第一類建筑物的防直擊雷采取獨立接閃桿或架空接閃線的方式，對二三類建筑物直擊雷防護是在屋面采用接閃網(wǎng)做接閃器，局部加裝接閃短針，利用建筑物主筋做引下線，室內(nèi)各45m以上部位的結構及其他金屬門窗等設備之間做等電位連接，對超出滾球半徑的保護高度采取均壓環(huán)設計。接地系統(tǒng)較為常見的有防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防靜電接地、設備保護接地等多種。不同接地方式所要求的接地電阻不同，為防止地電位反擊，每個接地網(wǎng)必須留有足夠的安全距離。高層建筑都很難滿足安全距離多個地網(wǎng)的場地要求，因此，通常采用公用地網(wǎng)的聯(lián)合接地方式。將高層建筑內(nèi)部鋼筋混凝土作為防雷裝置中的接地體，與建筑物內(nèi)的保護接地、工作接地及防雷接地連接起來形成共用接地網(wǎng)。一般高層建筑物都做防水處理，會導致接地電阻的增大，需要對建筑物采取周邊圈式接地法，達到均壓，提高安全性的目的。如果建筑物體所處位置的土壤電阻率較高，共用接地電阻值達不到標準要求，可對區(qū)域內(nèi)土壤采取降阻劑、深埋電極、延伸接地體等方式進行降阻。接地線與電器設備間的距離應盡量縮短，以達到較好的防護效果。

3.2 高層建筑物雷電波防護措施

雷電波入侵災害是雷電災害中頻率較高的一種，為了防御雷擊時產(chǎn)生的電磁波沿室內(nèi)進出的金屬管道和線路侵入到室內(nèi)造成設備受損等，要求對進出高層建筑室內(nèi)的金屬管道與防雷接地裝置進行連接，進入室內(nèi)的通信線路及建筑物室內(nèi)外的廣告牌等設施的電源線路盡量利用屏蔽電纜或穿金屬管道埋地后再入室，同時對其做接地處理。比如電梯等大型裝置需要與接地裝置做等電位連接，并在線路端口安裝浪涌保護器。

3.3 高層建筑的屏蔽

若雷擊中建筑物樓頂?shù)姆览自O備，在防雷引下線的疏導下，最終到達防雷接地裝置，將雷電引向大地。最大的雷電流峰值能超過200kA，但其持續(xù)時間非常短，以微秒計量。這時，接地設備電阻、防雷引下線電阻與電感上的電壓降幅比較大。通過理論分析與模擬實驗，可以得知有超過10000V以上的電壓在引下線上。如果建筑物高度大于100m，那么接地設備與防雷設備間的電位差可以超過1.0×106V，這可能造成和引下線連接的金屬體，或某些相鄰的金屬體出現(xiàn)反擊放電。此時，雷電波形陡峭且強大，在進入引下線時，周圍導體出現(xiàn)電磁感應，防雷引下線上附近的未經(jīng)屏蔽的導體很容易出現(xiàn)高電位，絕緣也會因為反擊導體放電而出現(xiàn)被擊穿的情況。如果導線具有屏蔽層，向鐵管穿線，將防雷引下線與屏蔽層做等電位的連接。當屏蔽層接收到雷電的分流，互感電勢將會出現(xiàn)在屏蔽層中的導體之上，屏蔽層預期數(shù)值有相等電壓降。導體一端與屏蔽層存在等電位式的相連，那么導線的絕緣兩端會出現(xiàn)零電位差，絕緣也就不會被擊穿。此外，高層建筑物中心是布置主干電氣線路的主要部分，布置時，不能與引下線過度的靠近，縮短受到干擾的距離。所以，鐵管配線是高層建筑內(nèi)部配置電氣線路的主要形式。若是使用電纜，電纜也應該做好屏蔽措施，一般在封閉的金屬線槽中敷設電纜。

4 總結

隨著高層建筑物朝高度智能化與結構樣式多樣化發(fā)展，其對防雷要求也越來越高。防雷工程是建筑工程中一個重要的分項工程，與各專業(yè)系統(tǒng)交叉點多，所以在建筑設計時應綜合考慮各種防雷因素，做好高層建筑的雷電防護，以確保建筑和人身安全。

參考文獻

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