《建筑物防雷設計規(guī)范》常見問題探討

朱 奎 榮

(浙江省湖州市氣象局, 浙江 湖州 313000)

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《建筑物防雷設計規(guī)范》常見問題探討

朱 奎 榮

(浙江省湖州市氣象局, 浙江 湖州 313000)

針對GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》實施以來的防雷現(xiàn)狀,討論了對規(guī)范某些條款的理解,主要包括第二、三類防雷建筑物的相關條文中應加入獨立接地的內容,節(jié)日彩燈、航空障礙燈等的配電線路可不采取屏蔽措施,非獨立接閃器支柱不應懸掛電線,以及彩鋼板可作為易燃易爆場所的接閃器。

獨立接地; 安全距離; 屏蔽; 非獨立接閃器

0 引 言

自GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》(簡稱《雷規(guī)》)實施以來,不少學者根據(jù)工作經(jīng)驗以及學識,探討了有關《雷規(guī)》方面的問題。如汝洪博等對建筑物等效截收面積計算公式的局限性作了研究,并提出相應的解決方法[1];陳軍認為《雷規(guī)》對間隔距離的表述尚存不足,缺少相關防雷技術理論體系的完備性[2];王翔等針對《雷規(guī)》中的防雷分類、引下線、電涌保護器等問題進行了探討[3-4]。

本文討論了第二、三類防雷建筑物獨立接地以及節(jié)日彩燈、航空障礙燈等的配電線路屏蔽問題等。

1 第二、三類防雷建筑物獨立接地的問題

在發(fā)生雷擊時,強大的雷電流通過接閃器、引下線和接地裝置向大地泄放,雷電流在泄放過程中將引起暫態(tài)地電位抬升,危及人身和設備的安全。理論上,為防止暫態(tài)地電位的反擊,防雷接地裝置與建筑物、電氣設備及其他系統(tǒng)等之間最好保持足夠的安全距離。建筑物總有各種引入管線,這些管線具有分布范圍廣的特點,而且當建筑物采用混凝土基礎作為接地體時,引入的管線以及建筑物內部電氣設備等系統(tǒng)的接地是無法與防雷接地系統(tǒng)真正分開的,因此《雷規(guī)》第4.3.4條、第4.4.4條規(guī)定了第二、三類防雷建筑物的外部防雷接地裝置應與其他設備、系統(tǒng)等接地共用接地裝置,取消了原《雷規(guī)》中有關獨立接地的條文。

《雷規(guī)》第4.3.1條、第4.4.1條規(guī)定:“第二、三類防雷建筑物的接閃器宜裝設在建筑物上”?！耙恕弊终f明在條件許可的情況下,可將接閃器直接裝設在建筑物上,同時也表明在條件不許可時,接閃器可不直接裝設在建筑物上,如某些古建筑物、全玻璃結構的建筑物等,因其特殊性質只能在其周圍設置接閃器。若根據(jù)《雷規(guī)》第4.3.4條、第4.4.4條的要求,該接閃器的接地裝置應與建筑物內的電氣設備等系統(tǒng)的接地共用接地裝置,但此時的共用接地措施有可能不是最好的選擇,原因如下:

(1) “應”字在《雷規(guī)》的“本規(guī)范用詞說明”中表示在正常情況下均應這樣做,而對于不正常情況時的處理,規(guī)范并沒有給出相應的措施,因此存在不考慮實際條件,機械執(zhí)行共用接地措施的情況,違反因地制宜的要求。

(2) 若兩個接地裝置相互連接,一旦接閃器遭到雷擊,雷電流在泄放過程中使得電氣設備等系統(tǒng)的接地體與接閃器的接地體具有相同電位,為防止暫態(tài)地電位的反擊,只能在電氣設備或其他設備處增設電涌保護器等內部防雷措施,不但增加了施工成本,而且增加了防雷裝置保護失敗而發(fā)生損壞的概率。

(3) 設計單位在設計建筑物的接地措施時,除《雷規(guī)》外,還會采用其他相關規(guī)范作為設計依據(jù)。例如在采用獨立接地措施時,接閃器的沖擊接地電阻一般不大于10 Ω,電氣設備的工頻接地電阻一般不大于4 Ω。當采用共用接地措施時,根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》要求,共用接地裝置的工頻接地電阻要小于1 Ω。因此有可能要補加接地裝置,使得施工成本增加。

(4) 城區(qū)內的建筑物、設備管線多,滿足獨立接地所要求的安全距離的條件基本不存在,但位于郊區(qū)、空曠地帶的建筑物,只要做好規(guī)劃以及隱蔽工程資料,規(guī)范施工過程,就能保證獨立接地體所要求的安全距離。

綜上所述,保留獨立接地的條款是符合實際情況的,但應限制使用。目前《雷規(guī)》沒有規(guī)定第二、三類防雷建筑物的獨立接地體與其他接地體之間的間隔距離要求,但可根據(jù)《雷規(guī)》條文說明中一類防雷建筑物地中間隔距離的推導公式Se1≥IRi/500計算。對于第二、三類防雷建筑物,電流I分別取150 kA和100 kA時,可分別得Se2≥0.3Ri和Se3≥0.2Ri。因此,《雷規(guī)》第4.3.4條中宜加入“當建筑物采用不裝設在其上的接閃器時,防直擊雷接地可不與防閃電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統(tǒng)等接地共用接地裝置,但與防閃電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統(tǒng)等接地以及埋地金屬管線在地中的距離應滿足Se2≥0.3Ri的要求,且不應小于2 m”[5];《雷規(guī)》第4.4.4條中宜加入“當建筑物采用不裝設在其上的接閃器時,防直擊雷接地可不與防閃電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統(tǒng)等接地共用接地裝置,但與防閃電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統(tǒng)等接地以及埋地金屬管線在地中的距離應滿足Se3≥0.2Ri”。

2 節(jié)日彩燈、航空障礙燈等的配電線路穿鋼管的問題

《雷規(guī)》第4.5.4條第2款規(guī)定了從配電箱引出的配電線路應穿鋼管,但該條文在實際操作時已有的配電線路很難穿鋼管敷設，有些配電線路,如建筑物亮化措施中的LED光帶等無法穿鋼管、金屬線槽敷設。

從配電箱引出的配電線路可不用穿鋼管,原因如下:

(1) 《雷規(guī)》第4.5.4條的條文說明明確了配電線路穿鋼管并接地的目的在于屏蔽和分流。因此,接地金屬線槽和屏蔽線纜的屏蔽層都有屏蔽和分流的作用,只要屏蔽層的截面積滿足《雷規(guī)》附錄H的相關條文。

(2) 防閃電電涌侵入作為內部防雷的一部分,其防范措施可由等電位聯(lián)結、共用接地裝置、屏蔽、合理布線和電涌保護器等[6]組成?！独滓?guī)》第4.3節(jié)和第4.4節(jié)的相關內容只要求在建筑物的入戶配電箱處裝設I級試驗的電涌保護器(某些情況下可裝Ⅱ級試驗的電涌保護器),并沒有說明引入建筑物前的配電線路需要采取屏蔽措施;作為建筑物配電系統(tǒng)的一部分,同時也是引入建筑物前的節(jié)日彩燈、航空障礙燈的配電線路,卻要求在配電箱電源側裝設Ⅱ級試驗的電涌保護器(因分流導致流經(jīng)電涌保護器的能量不會很大,以及需與上游的電涌保護器配合,故選用Ⅱ級試驗的電涌保護器)以及入戶線路穿鋼管兩種措施,其設計思路可能已違反經(jīng)濟、合理的原則[7]。

當取消屏蔽措施后,電涌保護器還是應設置在控制節(jié)日彩燈、航空障礙燈的配電箱開關的電源側(閃電電涌從屋面進入室內,即閃電電涌去的方向)。根據(jù)《雷規(guī)》附錄J的電涌保護器具體接線圖,在建筑物的總配電箱以及分配電箱處裝設的電涌保護器均設置在配電箱開關的負荷側(閃電電涌從戶外進入室內,即閃電電涌去的方向),未說明是否需要考慮過電壓電涌擊壞開關的可能性。同理,可以不考慮控制節(jié)日彩燈、航空障礙燈的配電箱開關是否會被擊壞的可能性。

綜上所述,屋面配電線路穿鋼管并不需要嚴格執(zhí)行,甚至連屏蔽措施都不需要嚴格執(zhí)行,但從安全、可靠的角度考慮,在條件許可時可以采取屏蔽措施。因此《雷規(guī)》第4.5.4條第2款的條文宜由“從配電箱引出的配電線路應穿鋼管”修改為“從配電箱引出的配電線路宜采取屏蔽措施,屏蔽層的截面積應滿足附錄H的要求”。

3 獨立接閃器支柱上嚴禁懸掛電線的問題

為防高電位引入,《雷規(guī)》第4.5.8條規(guī)定了獨立接閃桿、架空接閃線、架空接閃網(wǎng)的支柱上嚴禁懸掛電線。作為強制性條文,該條文過于寬松,存在安全隱患。

(1) 由于建筑物的結構類型和其上的防雷裝置類型有很多種,若接閃器裝設在建筑物上,當雷電閃擊接閃器時,懸掛在接閃器上的電線會產生閃電電涌,造成高電位引入,會造成人員傷亡或設備損壞。

(2) GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》[8]第5.2.2.6條、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工與質量驗收規(guī)范》[9]第6.1.1款第5條均要求電線不能附著在接閃器上,且沒有電線不應附著在獨立接閃器上的相關條文,當設計人員允許電線懸掛在接閃器上,而檢測、驗收人員不允許電線懸掛在接閃器上時,易出現(xiàn)推諉扯皮的問題。

綜上所述,從安全角度出發(fā),該條文宜由“在獨立接閃桿、架空接閃線、架空接閃網(wǎng)的支柱上,嚴禁懸掛電話線、廣播線、電視接收天線及低壓架空線等”修改為“在接閃器及支柱上以及引下線處嚴禁懸掛電話線、廣播線、電視接收天線及低壓架空線等”。

4 彩鋼板下面有易燃品時彩鋼板作為接閃器的問題

《雷規(guī)》規(guī)定金屬板最小厚度的原因是為防止金屬板遭雷擊時熔化物滴落到易燃物品上而引發(fā)火災?！独滓?guī)》的條文說明以彩鋼板為例,說明了彩鋼板的上層金屬板遭雷擊熔化穿孔,當夾層的物質為非易燃物時,其熔化物因夾層物質及下層金屬板的阻擋而不會滴到易燃物上,不會引起夾層物質的燃燒?？梢?滿足《雷規(guī)》第5.2.7條第2款要求的金屬材料也可以作為金屬板下面有易燃物品時的接閃材料。設計人員通常認為金屬板下面無易燃物是指整塊金屬板(包括上、下層金屬板以及金屬板之間的保溫材料)下面無易燃物,而不是僅指上層金屬板的下面無易燃物,同時由于條文說明不具備與標準正文同等的法律效力,僅供使用者作為理解和把握規(guī)范規(guī)定的參考[7]。因此,設計人員只按《雷規(guī)》第5.2.7條第3款設計接閃器的材料規(guī)格,4 mm厚熱鍍鋅鋼板的重量可達31.6 kg/m2,不但增加了結構設計和施工建造的難度,而且造價高昂。

綜上所述,彩鋼板作為常用的建筑材料,其作為接閃器的詳細規(guī)格要求宜在標準正文中規(guī)定,而不是在條文說明里僅供使用者理解和參考。因《雷規(guī)》第5.2.7條第3款中宜增加“當采用符合第5.2.7條第2款的雙層彩鋼板作為接閃器時,彩鋼板夾心層應為高級阻燃類別的材料”。

5 結 語

(1) 獨立接地體是有其存在意義的,因此《雷規(guī)》第4.3.4條和第4.4.4條中宜增加獨立接地體的相關條文。

(2) 節(jié)日彩燈、航空障礙燈等配電線路應穿鋼管的條文,其規(guī)定過于嚴苛,穿鋼管敷設、屏蔽措施都不是必須的。因此,第4.5.4條第2款的條文中宜由“應穿鋼管”修改為“宜采取屏蔽措施”。

(3) 電線懸掛在獨立接閃器或非獨立接閃器上,均易將閃電電涌引入室內,有可能危及人身安全。因此,《雷規(guī)》第4.5.8條的條文中宜刪除“獨立”兩字。

(4) 作為常用的建筑材料,當彩鋼板下有高級阻燃類別的夾芯材料或吊頂材料時,彩鋼板可以作為其下有易燃物品時的接閃器材料,因此宜在《雷規(guī)》第5.2.7條第3款的條文中增加彩鋼板的規(guī)格要求。

[1] 汝洪博,馬金福,馮志偉,等.建筑物雷擊次數(shù)等效截收面積計算方法[J].氣象科技,2013,41(1):191-195.

[2] 陳軍.間隔距離問題研究[J].建筑電氣,2013,32(2):70-72.

[3] 王翔.對GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的探討[J].現(xiàn)代建筑電氣,2012,3(1):49-53.

[4] 鄒越華,關象石.對《建筑物防雷設計規(guī)范》的理解[J].建筑電氣,2013,32(3):8-16.

[5] 建筑物防雷設計規(guī)范:GB 50057—1994(2000年版)[S].

[6] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范:GB 50343—2012[S].

[7] 建筑物防雷設計規(guī)范:GB 50057—2010[S].

[8] 民用建筑電氣設計規(guī)范:JGJ 16—2008[S].

[9] 建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范:GB/T 21431—2015[S].

[10] 建筑物防雷工程施工與質量驗收規(guī)范:GB 50601—2010[S].

Discussion on Some Common Problems of Code for Design Protection of Structures Against Lightning

ZHU Kuirong

(Huzhou Weather Bureau, Huzhou 313000, China)

Since the introduction of GB 50057—2010,according to the current situation of lightning protection,this paper mainly summarized some ways to standardize some clauses.The content of independent grounding to relevant clauses of the second & third type lightning protection building should be added.The distribution lines of festival lanterns and aviation obstruction lights etc have no shielding measures.The hanging wires on non-independent flash device pillars are forbidden.The color steel plates are as flash devices for inflammable and explosive places.

independent grounding; safe distance; shielding; non-independent flash device

朱奎榮(1980—),男,工程師,從事雷電防護工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0001-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.001

2016-07-25