談?wù)劯邔咏ㄖC合防雷措施

朱禹龍

【摘 要】在夏秋季，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，高層、起高層建筑及高聳構(gòu)筑物極易遭受直擊雷、感應(yīng)雷等的損毀。為此，我們應(yīng)針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應(yīng)的防雷措施。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；直擊雷；感應(yīng)雷；接閃器

隨著城市化的快速發(fā)展，不僅在大城市，中小城市中的建筑也都在向高層化和智能化方向迅速發(fā)展著。但是，據(jù)有關(guān)氣象資料顯示，在夏秋雷雨季節(jié)里，能產(chǎn)生放電現(xiàn)象的雷云，其最低高度一般在距地面約20m左右，也就是說，建筑總高度在30m以上的高層、超高層建（構(gòu)）筑物，不但其屋頂高聳入云，其中部也在雷云包圍之中，因此，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，高層、超高層建筑以及如廣播電視塔、高壓輸電線路上的高架鐵塔等構(gòu)筑物均極易遭受直擊雷、感應(yīng)雷或球形雷的損毀，其后果不堪設(shè)想；不僅如此，雷電發(fā)生后所形成的感應(yīng)雷還會造成高層、超高層建筑內(nèi)的電子設(shè)備遭受損毀，因?yàn)楦袘?yīng)雷入侵電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常是通過以下三條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體侵入電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；（2）由交流電源線路入侵；（3）由通訊信號線路入侵。無論通過哪種形式、哪種途徑入侵，都會使電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受到不同程度的損壞或嚴(yán)重干擾。為此，我們應(yīng)針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應(yīng)的防雷措施。

1 高層建筑的防雷措施

傳統(tǒng)的建（構(gòu)）筑物的防雷措施是，在建（構(gòu)）筑物屋面（或頂部）裝設(shè)接閃器（俗稱避雷針，在我國最近修訂的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中將避雷針更名為“接閃針”），由接閃器和引下線將雷電流引入接地裝置，再流向大地。因此，防雷系統(tǒng)是由接閃器（針）、引下線和接地裝置三部分組成。高層、超高層建筑屬于一、二類建筑，必須采取防直擊雷的措施。綜合現(xiàn)有國內(nèi)外防直擊雷技術(shù)的基本要求，高層建筑防雷電技術(shù)可以從以下幾方面來實(shí)施。

1.1 提高高層建筑自身具有的屏蔽能力

現(xiàn)代高層、超高層建筑從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身的要求來說，普遍采用鋼筋混凝土框架、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)，或框支結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，在這些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋骨架（網(wǎng)）便自然形成為高層建筑防雷電需要的籠式避雷網(wǎng)，這個(gè)籠式避雷網(wǎng)的眾多引下線通過筏板基礎(chǔ)中的鋼筋網(wǎng)絡(luò)連接起來，與接地裝置連接后，就能提高高層建筑自身的屏蔽雷電能力。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，必須使鋼筋之間構(gòu)成電氣通路

充分利用高層建筑主體結(jié)構(gòu)框架柱、剪力墻、筒體墻柱、構(gòu)造柱內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線，并使它們與建筑物基礎(chǔ)里的鋼筋連接起來，形成閉合、性能良好的法拉第籠；建筑物內(nèi)的豎向金屬管道應(yīng)每三層與圈梁內(nèi)的均壓環(huán)相連，而均壓環(huán)應(yīng)與防雷裝置專設(shè)的引下線相連。在混凝土澆筑前，各鋼筋之間必須用電焊連接成電氣通路，其中，特別是作為接地體的樁基中的豎向鋼筋與其上的承臺中鋼筋的連接，一定要焊接牢固、可靠；另外，選定作為引下線和均壓環(huán)屏蔽網(wǎng)的梁柱鋼筋的駁接處，也必須牢固地焊接，不允許綁扎，以使其成為可靠的電氣通道。當(dāng)建筑總高度超過30m時(shí)，應(yīng)將30m處及以上的欄桿、金屬門窗（含塑鋼窗）等較大金屬物件直接或通過金屬門窗預(yù)埋鐵件與防雷裝置電焊連接。

1.3 優(yōu)選新型接閃器和接閃針

在高層建筑樓頂或高度大于30m金屬構(gòu)筑物頂部設(shè)置由避雷帶、接閃針或混合組成的接閃器或選用新型接閃針和接閃器時(shí)，必須優(yōu)選有資質(zhì)的正規(guī)廠家產(chǎn)品，必要時(shí)應(yīng)作技術(shù)性能測試。傳統(tǒng)避雷針在引雷后往往會引發(fā)大地電位反擊和二次雷擊效應(yīng)。為消除此種異?，F(xiàn)象，應(yīng)選用阻抗型接閃器（針），或者采用提前放電式接閃針；提前放電式接閃針的主要原理是將一個(gè)高脈沖電壓系列加在普通避雷針尖端，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(zhǔn)確地通過避雷針形成的泄放通道泄放雷電流。正因?yàn)樘崆胺烹娛浇娱W針在雷電流泄放前提前放電，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?，有效消除了雷電帶來的危害?/p>

2 雷電波入侵高層建筑的防護(hù)措施

通常所說的建筑物內(nèi)電源系統(tǒng)的防雷電保護(hù)，包括建筑物電源進(jìn)戶線的防雷保護(hù)和接通建筑物內(nèi)電子設(shè)備的電源部分的防雷保護(hù)。配電變壓器是交流供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，對它采取防雷保護(hù)措施，一方面可防止變壓器本身受到雷電過電壓對它的損壞，確保它向高層建筑內(nèi)電子設(shè)備供電的可靠性；另一方面也可以防止雷電過電壓波通過變壓器傳送到高層建筑內(nèi)的電源系統(tǒng)，使電子設(shè)備得到保護(hù)。為此，應(yīng)在變壓器的高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器，高壓側(cè)裝設(shè)三個(gè)串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，低壓側(cè)也裝設(shè)三個(gè)串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。高壓側(cè)的三個(gè)避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，以減小雷電暫態(tài)電流在引線寄生電感上產(chǎn)生的電壓降。高層建筑內(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)雷電直擊電網(wǎng)時(shí)，能在線路上產(chǎn)生過電壓波，這種過電壓波沿線路進(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)備被損壞；同時(shí)，雷電過電壓波也能從交流電源側(cè)或通信線路傳播到直流電源系統(tǒng)，危及直流電源及其所連接的負(fù)載電路的安全。為避免雷電波入侵，可在高層建筑變配電所的高壓柜內(nèi)的各相安裝避雷器作為一級保護(hù)，在低壓柜內(nèi)安裝氧化鋅防雷裝置作為二級保護(hù)，以防止雷電波入侵高層建筑。

3 高層建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷措施

一般地講，直擊雷擊中高層建筑內(nèi)的電子設(shè)備的可能性較小，因此，通常情況下不必安裝防護(hù)直擊雷的設(shè)備。而感應(yīng)雷卻是造成電子設(shè)備損壞的重要原因。因?yàn)楦袘?yīng)雷入侵電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要有如下三個(gè)途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵；（2）由交流供電電源線路入侵；（3）由通信信號線路入侵。但不管通過哪種方式入侵，都會使電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遭到不同程度的損壞或干擾。為此，應(yīng)采取以下三種防御措施。

3.1 屏蔽措施

電子設(shè)備中大量采用半導(dǎo)體元器件和集成電路，這些電子和微電子元器件是很脆弱的，由雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上感應(yīng)出暫態(tài)過電壓波，沿線路侵入電子設(shè)備，使其工作失靈或損壞。利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種很有效的防護(hù)措施；電子設(shè)備常用的屏蔽體有設(shè)備的金屬外殼、屏蔽室外部金屬網(wǎng)和電纜的金屬外套等。

3.2 均壓措施

當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，在雷電暫態(tài)電流經(jīng)過的路線上將會產(chǎn)生暫態(tài)電位升高，使該路線與周圍的金屬物體之間形成暫態(tài)電壓降，如果這種暫態(tài)電壓降超過了兩者之間絕緣的耐受強(qiáng)度，就會發(fā)生對金屬物體的擊穿放電。因此，為了消除雷電暫態(tài)電流路線與金屬物體之間的擊穿放電，應(yīng)對室內(nèi)各種金屬物體進(jìn)行等電位連接，使它們形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體，這樣，就可在發(fā)生雷電時(shí)避免在不同金屬外殼或構(gòu)件之間出現(xiàn)暫態(tài)電壓降，使它們彼此間等電位，并維持在地電位水平上，這就叫做均壓措施。

3.3 接地措施

在電子設(shè)備和電子系統(tǒng)中，各種電路均有電位基準(zhǔn)點(diǎn)，將所有基準(zhǔn)點(diǎn)用導(dǎo)線連接在一起，該導(dǎo)線就是設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的地線；如將這些基準(zhǔn)點(diǎn)連接到一個(gè)導(dǎo)體平面上，那么這個(gè)導(dǎo)體就叫做基準(zhǔn)平面，所有電子信號都是以該平面作為零電位參考點(diǎn)。電子設(shè)備的工作接地主要是為了使整個(gè)電路有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，并為該高頻干擾信號提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施能發(fā)揮良好的效能。

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