淺談三級防雷建筑物設(shè)計施工中的問題

何俊林

(安徽省銅陵市環(huán)湖建設(shè)辦公室，安徽 銅陵 244000)

淺談三級防雷建筑物設(shè)計施工中的問題

何俊林

(安徽省銅陵市環(huán)湖建設(shè)辦公室，安徽 銅陵 244000)

文章對IEC、GB50057－94、JGJ/T16－92等建筑物防雷規(guī)范進行對比，指出對三級防雷建筑物的防直擊雷設(shè)計與施工中存在的誤區(qū)以及應(yīng)采用的相應(yīng)措施，論述建筑物防雷設(shè)計中應(yīng)計算的設(shè)計參數(shù)，安全、經(jīng)濟地實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

建筑物；防雷設(shè)施；裝置間距；跨步電壓；埋地深度；接地電阻

一、前言

在建筑物防雷設(shè)計中，設(shè)計人員對一、二級防雷建筑物的防雷設(shè)計比較重視，疏漏差錯很少，但對大量的三級防雷建筑物的防雷設(shè)計卻常有忽視。由于設(shè)計質(zhì)量管理規(guī)定：對于一般工程的電氣設(shè)計允許可以不要計算書，因此許多設(shè)計人員對三級防雷建筑物的防雷設(shè)計，不再進行設(shè)計計算，僅憑經(jīng)驗而設(shè)計。對于防雷設(shè)施的是否設(shè)置及防雷設(shè)施的各種安全間距未進行計算、驗算，因此造成大量的三級防雷的建筑物的防雷設(shè)計、施工存在較大的盲目性，使有些工程提高了防雷級別，增加了工程造價，而有些工程卻未按規(guī)范設(shè)計、施工，造成漏錯，帶來很大隱患和不應(yīng)有的損失。

二、預(yù)計的年雷擊次數(shù)確定設(shè)置防雷設(shè)施

除少量的一、二級防雷建筑物外，數(shù)量眾多的還是三級防雷及等級以外的建筑物防雷，而對此類建筑物大多設(shè)計人員不計算年預(yù)計雷擊次數(shù)N，使許多不需設(shè)計防雷的建筑物而設(shè)計了防雷措施，設(shè)計保守，浪費了人、材、物?，F(xiàn)計算舉例說明：

例1：在地勢平坦的住宅小區(qū)內(nèi)部設(shè)計一棟住宅樓：6層高 層數(shù)不含地下室，地下室高2.2m ，三個單元，其中：長L=60m，寬W=13m，高H=20m，當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤誘d=33.2d/a，由于住宅樓處在小區(qū)內(nèi)部，則校正系數(shù)K=1。

據(jù)JCJ/T16－92中公式D·2－1、D·2－2、D·2－3、D·2－4得：與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積km2：Ae=L·W＋2L＋WH200－H＋πH200－H×10－6=60×13＋2（60＋13）20（200－20）＋3.14×20（200－20）×10－6=0.02084km2

建筑物所處當(dāng)?shù)氐睦讚舸蟮氐哪昶骄芏龋?/p>

Ng=0.024Td1.3=0.024×33.21.3=2.28次/km2·a

建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)：

N=KNgAe=1×2.28×0.02084=0.0475次/a

據(jù)JCJ/T16－92第12.3.1條，只有在N≥0.05GB50057－94中：N≥0.06才設(shè)置三級防雷，而本例中：N=0.0475＜0.05，且該住宅樓在住宅樓群中不是最高的也不在樓群邊緣，故該住宅樓不需做防雷設(shè)施。

根據(jù)以上計算步驟，現(xiàn)以L=60m，W=13m，分別以H=7m、10m、15m、20m四種不同的高度，K值分別取1，1.5，1.7，2，Ng=2.28 km2·a進行計算N值。

從計算數(shù)據(jù)可知，在本區(qū)內(nèi)：①當(dāng)K=1時，舉例中的建筑物均N＜0.05，不需設(shè)置防雷設(shè)施。②當(dāng)K=1.5時，即建筑物在河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的或特別潮濕的建筑物，在高度達(dá)15m或以上者，必須設(shè)置三級防雷措施。③當(dāng)K=1.7時，即金屬的磚木結(jié)構(gòu)的建筑物，高度達(dá)7m及以上者，必須設(shè)置三級防雷措施。④當(dāng)K=2時，即建筑物位于曠野孤立的位置，高度達(dá)7m兩層以上者，均設(shè)置三級防雷措施?？梢姡械慕ㄖ镌?0m的高度，卻不需設(shè)置防雷措施，而有的建筑物高度在7m，就必須設(shè)置三級防雷措施。關(guān)鍵因素在于建筑所處的地理位置、環(huán)境、土質(zhì)和雷電活動情況所決定。

同時在峻工的工程中，我們也看到，例1中的民用建筑物，有許多類似的工程不該設(shè)置防雷卻按三級防雷設(shè)計施工了。

三、防雷設(shè)施與人、金屬管道等的安全距離

1.雷電流反擊電壓與引下線間距的關(guān)系

當(dāng)建筑物遭受雷擊時，雷擊電流通過敷設(shè)在樓頂?shù)谋芾拙W(wǎng)，經(jīng)接地引下線至接地裝置流入地下，在接地裝置上升高的電位等于電流與電阻的乘積，在接地引下線上某點 離地面的高度為h的對地電位則為：

Uo=UR＋UL=IkRq＋L1

式中Ik—雷電流幅值kA

Rq—防雷裝置的接地電阻Ω

L—避雷引下線上某點 離地面的高度的為h 到接地裝置的電感μH

雷電流的波頭陡度kA/μH

1式中右邊第一項UR即IkRq為電位的電阻分量，第二項UL即為電位的電感分量，據(jù)GB50057－94有關(guān)規(guī)定，三類級防雷建筑物中，可取雷電流Ik=100kA，波頭形狀為斜角形，波頭長度為10μs，則雷電流波頭陡度 =10kA /μs，取引下線單位長度電感Lo=1.4μH/m，則由1式可得出Uo=100Rq＋1.4×h×10=100Rq＋14hkV2

根據(jù)2式，在不同的接地電阻Rq及高度h時，可求出相應(yīng)的Uo值，但引下線數(shù)量不同，則Uo的數(shù)值有較大差異。下面以例1中引下線分別為4、8根假定每根引下線均流過相同幅度的雷擊電流，且忽略雷電流在水平避雷上的電阻及電感壓降。

2.引下線與人體之間的安全間距

雷擊電流流過引下線及接地體上產(chǎn)生的雷擊電壓，其電阻分量存在于雷電波的持續(xù)時間數(shù)十μs內(nèi)，而電感分量只存在于波頭時間5μs內(nèi)，因此兩者對空氣絕緣作用有所不同，可取空氣擊穿強度：電感UL=700kV/m，電阻ER=500kV/m?；炷翂Φ膿舸姸鹊扔诳諝鈸舸姸龋u墻的擊穿強度為空氣擊穿強度的一半。

據(jù)計算的數(shù)據(jù)，下面計算引下線與人體之間的安全距離。因每組引下線利用構(gòu)造柱中的412鋼筋，可以認(rèn)為引下線與人體、金屬管道、金屬物體之間為空氣間隔，且認(rèn)為引下線與空氣之間間隔層為抹灰層，可忽略不計。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，引下線數(shù)量增加一倍，安全間距則減小一半。因此設(shè)置了防雷設(shè)施后，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)置引下線的數(shù)量及間距。同時建議可縮短規(guī)范內(nèi)規(guī)定的引下線間距，多設(shè)一定數(shù)量的引下線，可減少雷電壓反擊現(xiàn)象。這樣處理，對增加工程造價微乎其微。

3.引下線接地裝置與地下多種金屬管道及其它接地裝置的距離Sed

據(jù)JCJ/T16－92第12.5.7條及公式 12.3.6－4 ：Sed≥0.3KcRi=0.3×0.4× 30=3.96m，而在實際施工中，地下水暖管道交錯縱橫，先于防雷及電氣接地裝置施工，等施工后者時，已經(jīng)很難保證Sed≥3.96m了，也難于保證不應(yīng)小于2m的規(guī)定，因此可將防雷接地裝置與各種接地裝置共用，即實行一棟建筑一個接地體。將接地裝置與地下進出建筑物的各種金屬管道連接起來，實行總等電位聯(lián)結(jié)。

結(jié)語

綜上所述，在實行一棟建筑一個總帶電位聯(lián)結(jié)、一個共用接地體的措施后，在樓頂部應(yīng)將避雷帶 針 與伸出屋面的金屬管道金屬物體連接起來，在每層內(nèi)的建筑物內(nèi)應(yīng)實行輔助等電位聯(lián)結(jié)，即引下線在經(jīng)過各個樓層時，將它與該樓層內(nèi)的鋼筋、金屬構(gòu)架全部聯(lián)結(jié)起來，于是不論引下線的電位升到多高，同樓層建筑物內(nèi)的所有金屬物 包括地面內(nèi)鋼筋、金屬管道、電氣設(shè)備的安全接地 都同時升到相同電位，方可消除雷電壓反擊。

TU75

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1007-6344（2015）10-0277-01