淺析建筑防雷問題

吳雪峰　李春蘭

【摘 要】本文重點從防雷的基本機理以及傳統(tǒng)建筑防雷問題進行闡述，并且探討了現(xiàn)代智能建筑中應(yīng)采取的相應(yīng)防雷措施。

【關(guān)鍵詞】雷電；防雷；建筑防雷；智能建筑

1.建筑防雷

1.1外部防雷裝置與內(nèi)部防雷裝置

國際電工委員會編制的標準（IEC1024-1）將建筑物的防雷裝置分為外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置。外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器是指避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，它位于建筑物的頂部，其作用是引雷或叫截獲閃電，即把雷電流引下。引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。內(nèi)部防雷裝置的作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外，所有為達到此目的所采用的設(shè)施、手段和措施均為內(nèi)部防雷裝置，它包括等電位連接設(shè)施（物）、屏蔽設(shè)施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。

1.2防雷電感應(yīng)和雷電波侵入

雷電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花。因此被保護建筑物內(nèi)的金屬物接地，是防雷電感應(yīng)的主要措施。首先，是做好等電位聯(lián)結(jié)。對一、二類防雷建筑物內(nèi)平行或交叉敷設(shè)的金屬管道，其凈距小于100mm時，應(yīng)采用金屬線跨接，是防止電磁感應(yīng)所造成的電位差能將小空隙擊穿，而產(chǎn)生電火花，每隔≤30m做好接地。

1.3防雷電流經(jīng)引下線和接地裝置時產(chǎn)生高電位對金屬設(shè)備或電氣線路反擊的措施

目前建筑物內(nèi)大多采用共同接地裝置，當(dāng)雷直擊于本建筑物防雷裝置時，假設(shè)流經(jīng)靠近低壓電氣裝置處接地裝置的雷電流為20KA，當(dāng)沖擊接地電阻=1Ω時，接地裝置上電位升高為20KV，而一般室內(nèi)低壓裝置的耐沖擊電壓最高為8KV。其結(jié)果就使低壓電氣裝置絕緣較弱處可能被擊穿而造成短路，發(fā)生火災(zāi)、損壞設(shè)備，這是非常危險的。因此對防雷建筑物構(gòu)建全方位、多層次的防雷網(wǎng)絡(luò)，使雷電對建筑物的影響減至最小。

建筑物為高壓進線時，高、低壓側(cè)各相上均設(shè)避雷器，用以防護由高壓進線的雷電和操作（斷路器動作，投切大電動機和電容器組等）過電壓。電子設(shè)備較多且重要的建筑，在低壓配電支線上再裝設(shè)過電壓保護，做為后備保護，主要用于進一步抑制經(jīng)前置保護限制后的剩余過電壓和電源線上由感應(yīng)或耦合產(chǎn)生的過電壓。建筑物為低壓進線時，在電源總進線處裝設(shè)過電壓保護器。

2.智能建筑防雷

2.1智能建筑

現(xiàn)在智能建筑主要由建筑自動化系統(tǒng)（BAS）、辦公自動化系統(tǒng)（OAS）、信息通信系統(tǒng)（CAS）三個系統(tǒng)組成，并利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)將此三個系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成。系統(tǒng)內(nèi)的電子設(shè)備的數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，大量采用計算機技術(shù)，而電子計算機、微處理器以及其他電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差的弱點，當(dāng)其受到電磁脈沖，特別是閃電電磁脈沖的襲擊，使得這些高靈敏的電子系統(tǒng)在運行時，出現(xiàn)程序運行錯誤、數(shù)據(jù)錯誤、時間錯誤；、死機、無故重新啟動甚至造成用電設(shè)備的永久性損壞，給各行各業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ钤斐删薮髶p失。

2.2智能建筑中的防雷措施

直擊雷防御系統(tǒng)是捕捉雷電閃擊保護建筑物及設(shè)備。感應(yīng)雷防御系統(tǒng)是為了降低雷擊時的沖擊電位差和電磁脈沖。采用傳統(tǒng)的裝設(shè)接閃器，由接閃器和引下線將雷電流導(dǎo)入接地極，流向大地，并在電網(wǎng)中加裝避雷器等防雷措施，雖然可以有效防止直擊雷和消弱電壓波的強度，減少雷擊的破壞程度，但這些措施并不能完全消除電網(wǎng)中的又雷擊引起的暫態(tài)過電壓，感應(yīng)雷電脈沖一般都在千伏以上，普通的電氣設(shè)備一般可允許閃電脈沖電壓6000V，但對于計算機設(shè)備，其信號電壓很低，一般只有100V左右，最小僅有10V左右，當(dāng)其閃電脈沖電壓為在幾十伏或到幾百伏就會使計算機損壞，因此需采取以下措施。

2.2.1對電源系統(tǒng)和信息系統(tǒng)分級保護

為了有效防止暫態(tài)過電壓的災(zāi)害， IEC664-1中提出，對電源系統(tǒng)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級防護，將過電壓數(shù)值降低到設(shè)備可以承受的水平。

雷電及其它瞬態(tài)浪涌沖擊現(xiàn)象，對精密電子設(shè)備和計算機設(shè)備（包括UPS電源），造成很大的危害。采用電源過電壓保護器可以利用快速響應(yīng)模塊，通過其優(yōu)良的非線性伏安特性，來實現(xiàn)抑制暫態(tài)過電壓的。在正常工作時，模塊呈高阻抗特性，泄漏電流很低，不影響正常工作。當(dāng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓時，模塊呈低阻抗特性，使暫態(tài)過電流迅速泄放，抑制暫態(tài)過電壓，維持電壓穩(wěn)定。

信號防雷系統(tǒng)由于雷電波在線路上能感應(yīng)出較高的瞬時沖擊能量，因此要求網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備能夠承受較高能量的瞬時沖擊，而目前大部分設(shè)備由于電子元器件的高度集成化而使耐過電壓、耐過電流水平下降，必須在網(wǎng)絡(luò)通信接口處加裝必要的防雷保護裝置以確保網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的安全運行。

對通信系統(tǒng)進行防雷保護，選取適當(dāng)保護裝置非常重要，應(yīng)充分考慮防雷產(chǎn)品與通信系統(tǒng)匹配。對于信息系統(tǒng)，應(yīng)分為粗保護和精細保護。粗保護量級根據(jù)所屬保護區(qū)的級別確定，精細保護要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進行確定。

2.2.2采用等電位聯(lián)接

防止雷電的侵害的一項關(guān)鍵措施，即采用等電位聯(lián)接。等電位聯(lián)結(jié)的目的在于減小需要防雷的空間內(nèi)，各種金屬部件和各種系統(tǒng)之間的電位差，而實施的導(dǎo)體聯(lián)結(jié)。電源線、信號線、金屬管道等都要通過過壓保護器進行等電位聯(lián)接?？偟入娢宦?lián)接，就是將所有進出保護范圍的金屬管道（包括水管、供熱管道等）以及所有電源線和所有信號線（包括載流導(dǎo)體），當(dāng)閃電電流流經(jīng)這些導(dǎo)體時，等電位聯(lián)接可以用來安全地承載涌流。

2.2.3加強傳統(tǒng)防雷裝置傳統(tǒng)避雷針在引雷后會引發(fā)地電位反擊和二次雷擊效應(yīng)

為了減少雷電流精度徒度和電磁輻射場，應(yīng)選用阻抗型的避雷針和接閃器等。或者采用提前放電式避雷針， 如采用提前放電式避雷針PULSAR。它的主要原理是將一個高脈沖電壓系列加在普通避雷針尖端（大約10000伏），來引發(fā)自發(fā)電暈效果，形成上行先導(dǎo)，從而吸引雷電流使其更準確地通過避雷針形成的泄放通道泄放雷電流。由于提前放電式避雷針在雷電泄放前提前放電，形成上行先導(dǎo)，所以，它將傳統(tǒng)避雷針的被動吸引雷電流變?yōu)橹鲃游纂娏鳌Ｒ簿涂朔藗鹘y(tǒng)避雷針的缺陷，相當(dāng)于加長了傳統(tǒng)避雷針的高度，自然在同等高度下也就加大了避雷針的保護角，使其提供的保護范圍更大、更加可靠有效。使其具有更大的保護范圍。充分利用建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成的經(jīng)濟可靠的籠式避雷網(wǎng)。增加引下線數(shù)量，加速雷電流的分流，減少磁場集中程度。加強所有外漏的金屬門窗與結(jié)構(gòu)的連接，提高建筑物的自然屏蔽能力。減少接地電阻值，降低接地電位。

3.結(jié)論

建筑防雷這個老話題，隨著科技的進步防雷技術(shù)還有許多需要探索的東西，建筑防雷技術(shù)也在不斷的發(fā)展中，故此一些建筑防雷技術(shù)及防雷產(chǎn)品其性能和效果，仍需以科學(xué)的態(tài)度在實踐中檢驗，并在理論上發(fā)展完善。由于雷電本身是小概率事件，需要大量長期的統(tǒng)計分析才能得到有益的結(jié)果，這需要各方的通力合作才能得以實現(xiàn)。為此，我們必須站到歷史時代的新高度來認識和研究現(xiàn)代防雷技術(shù)，提高人類對雷災(zāi)防御的綜合能力。

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