城市建筑外敷供氣管道的防雷技術(shù)解答

吳正增+吳敏+姚和菊

摘 要： 隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高層建筑（構(gòu)）物的增加，必然會導(dǎo)致燃?xì)夤夤艿腊惭b技術(shù)要求的提高和燃?xì)夤夤艿赖奶攸c(diǎn)，防雷問題的日趨嚴(yán)峻，本文針對燃?xì)夤夤艿赖睦纂娢：Ψ绞竭M(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的防雷技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?供氣 管道 防雷技術(shù)措施

中圖分類號：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0270-02

引言

有史以來，閃電就影響著人類的活動和思維。雷暴是指一部分帶有電離子的云層與另一部分帶異種電荷的云層接觸，或者是帶電離子的云層對大地間迅猛地放電。其中后一種即云層對大地放電，則會對建筑物、人體、電子設(shè)備等產(chǎn)生極大危害，如何避免放電造成的危害是人類開展研究的主要對象。據(jù)估計，任一時刻全球約有2000個雷暴同時存在，這些雷暴以大約100次/秒的速率產(chǎn)生云地閃電。在美國，平均每年閃電擊斃600人左右，擊傷1500人左右。

據(jù)氣象監(jiān)測，2015年浙江省全年共發(fā)生地閃13萬余次，較上年同比減少65%，地閃雷暴日數(shù)達(dá)158天，與上年持平。從空間分布來看，年平均地閃密度為1.30次/km2，地閃高發(fā)區(qū)域和雷暴日多發(fā)區(qū)主要集中在衢州中部、金華南部、寧波南部及臺州中東部；從時間分布來看，全年地閃主要集中在5～8月，占全年總地閃的79%。雷電災(zāi)害仍然是我省造成人員傷亡人數(shù)最多的氣象災(zāi)害之一，據(jù)統(tǒng)計，2015年全省共發(fā)生312起雷災(zāi)事故，其中有7起人員傷亡事故，造成6人死亡。

全國各地都曾發(fā)生過燃?xì)夤夤艿辣焕纂姄舸┦鹿?，例如?984 年，重慶市渝中區(qū)上清寺紅球壩附近發(fā)生埋地燃?xì)夤夤艿辣焕纂姄舸┑睦缀κ鹿实?，因此對于燃?xì)夤艿赖姆览讘?yīng)引起足夠的重視。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷增長，由于消防規(guī)范及其他因素限制，燃?xì)夤夤艿酪话愣佳亟ㄖ锿獠堪惭b至屋面，再安裝進(jìn)入室內(nèi)。這樣的施工現(xiàn)象和安裝工藝的增加，凸顯出燃?xì)夤夤艿赖姆览装踩葹橹匾?。下面就雷電對于燃?xì)夤夤艿赖奈：Ψ绞竭M(jìn)行全方面詳細(xì)的分析，并且提出相應(yīng)的防雷技術(shù)措施。

一、燃?xì)夤夤艿赖睦纂娢：Ψ绞?/p>

1.直擊雷危害

架空或埋地的燃?xì)夤艿溃?dāng)這些管道遭受直接的雷電襲擊時候，閃電中的電壓高達(dá)幾萬伏乃至十億伏，非常容易導(dǎo)致管道被擊穿從而所引起多發(fā)的危害，于此同時產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)或熱效應(yīng)，使燃?xì)猱a(chǎn)生燃燒或爆炸，引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡的事故。

2.感應(yīng)雷危害

雷云在起電、移動和先導(dǎo)放電的過程中，燃?xì)夤夤艿罆S之產(chǎn)生靜電感應(yīng)，雷云會使管道產(chǎn)生異號靜電位，假如雷云對地放電管道中的束縛電荷成為了自由電荷，并且是以沖擊波的形式對稱地向管道兩端移動，電荷移動所形成的電流為雷電感應(yīng)電壓。 當(dāng)雷電閃擊時，將會在空間產(chǎn)生強(qiáng)大瞬變電磁場，處于臨近的管道、燃?xì)庠O(shè)備及燃?xì)馄骶咦髑懈畲帕€運(yùn)動，如圖1所示：

矩形開口環(huán)路上（即在電氣接觸不良和開口處）將以互感偶合形式在閉合環(huán)路開口處ab間產(chǎn)生如下式的瞬態(tài)沖擊過電壓：

將D=500m，=10m，di=104kA，dt=2.5μs代入即得E=1.6kV?？梢姡?dāng)導(dǎo)體環(huán)路有接觸不良情況哪怕僅有1mm間隙時，也會產(chǎn)生電火花而引爆可燃?xì)怏w。因此，必須作好等電位技術(shù)處理。

3.雷電波侵入危害

雷電波侵入是指由于架空線路或金屬管道對雷電的傳導(dǎo)的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設(shè)備。這種事故的發(fā)生率很高，而且往往事故又嚴(yán)重。

其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；

第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，他們在各種電線中感應(yīng)出幾KV到幾十KV的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；

第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到別處，殃及更大范圍。

綜上所述，雷電波侵入的方式主要有以上三種，無論直擊雷還是雷電波侵入，其危害都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷電靜電感應(yīng)。而雷電靜電感應(yīng)可導(dǎo)致1mm間隙產(chǎn)生電火花引爆可燃?xì)怏w，因此對直擊雷與雷電波侵入的危害可想而知。進(jìn)行燃?xì)夤艿婪览椎闹饕O(shè)計思路為：

①將燃?xì)夤馨惭b在原有避雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)，避免直擊雷；

②將燃?xì)夤艿琅c防雷裝置進(jìn)行等電位連接，避免感應(yīng)雷和雷電波侵入

二、燃?xì)夤夤艿赖睦纂姺雷o(hù)技術(shù)

燃?xì)夤艿赖墓馔ǔＳ幸韵聝煞N方法：一種是埋地引入建筑物（通常是低層建筑物）內(nèi)，沿管道井或穿越樓梯間至室內(nèi)用戶的燃?xì)庠O(shè)備或燃?xì)馄骶?；另一種是燃?xì)夤艿缆竦匾两ㄖ锔浇?，沿建筑物（通常是高層建筑物）的外墻敷設(shè)直至屋頂，然后進(jìn)入燃?xì)庠O(shè)備房或燃?xì)庥脩簟?/p>

對第一種方法采取相應(yīng)的防雷措施這里不再分析；采用第二種方法的原因：一是根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045—95）第5.2.4條“輸送可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的管道，嚴(yán)禁穿過防火墻。其它管道不宜穿過防火墻，當(dāng)必須穿過時，應(yīng)采用不燃燒材料將其周圍的空隙填塞密實(shí)”、第 6.2.5.2 條“樓梯間及防煙樓梯間前室內(nèi)不應(yīng)敷設(shè)可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的管道，并不應(yīng)有影響疏散的突出物”及第6.2.5.3條“居住建筑內(nèi)的煤氣管道不應(yīng)穿過樓梯間，當(dāng)必須水平穿過時，應(yīng)穿套管保護(hù)”規(guī)定，建設(shè)單位和燃?xì)夤夤緦Ω邔咏ㄖ锏娜細(xì)夤夤艿啦扇⊙亟ㄖ锘驑?gòu)筑物的外墻敷設(shè)直至屋頂，然后進(jìn)入燃?xì)庠O(shè)備房或燃?xì)庥脩?。二是燃?xì)夤夤緸榘惭b的簡捷方便，無論高層還是低層均采取這種方式。針對這種情況，根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》（GB50028-2006）和《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010），結(jié)合重慶市的特殊氣候背景、雷電參數(shù)等實(shí)際情況，我們必須采取相應(yīng)的防直擊雷、防雷電靜電感應(yīng)和雷電波侵入措施。

1.直擊雷（或側(cè)擊雷）防護(hù)技術(shù)

燃?xì)夤夤艿姥亟ㄖ锘驑?gòu)筑物的外墻安裝鋪設(shè)直至屋頂，沿外墻上的部分為防 止雷電側(cè)擊的危害，應(yīng)將室外燃?xì)夤夤艿烂?2m做一次防雷接地與建筑物的均壓環(huán)連接。以便燃?xì)夤夤艿缹纂娏鬟_(dá)到快速散流的目的。

對屋面上鋪設(shè)的燃?xì)夤夤艿溃瑸榱吮苊饫纂娭苯訐粼谌細(xì)夤夤艿?，因此，燃?xì)夤夤艿啦粦?yīng)跨越建筑物女兒墻（由于燃?xì)夤夤艿啦辉诮ㄖ锓览自O(shè)施的保護(hù)范圍之內(nèi)），應(yīng)從建筑物女兒墻底部進(jìn)入屋面，同時在屋面的燃?xì)夤艿姥鼐€應(yīng)采取屏蔽的金屬網(wǎng)格化處理，盡可能減少直擊雷和感應(yīng)雷的危害。有條件的情況下，可安裝主動式防雷裝置，最大限度地減少雷電直接擊在燃?xì)夤艿赖睦缀κ鹿拾l(fā)生。

2.雷電波侵入防護(hù)技術(shù)

雷擊燃?xì)夤夤艿阑蚶纂姼袘?yīng)電流的雷電波侵入的防護(hù)，應(yīng)在燃?xì)夤夤艿肋M(jìn)入室內(nèi)處作好絕緣技術(shù)處理，即在燃?xì)夤夤艿廊霊籼帒?yīng)插入絕緣段以與戶外埋地的燃?xì)夤艿栏綦x或在法蘭盤處插入絕緣段處理（如圖2、圖3）。

3.雷電靜電感應(yīng)防護(hù)技術(shù)

在燃?xì)夤夤艿赖慕^緣處理中，絕緣段前端的燃?xì)夤艿缿?yīng)該通過放電的間隙與絕緣段后端的燃?xì)夤艿溃ɑ蚩偟入娢贿B接帶）做等電位連接。

如果燃?xì)夤夤艿赖姆ㄌm盤、閥門接頭之間生銹腐蝕或者接觸不良，在電流幅植相當(dāng)?shù)停?0.7kA）的情況下，法蘭盤間也能發(fā)生火花，如遇可燃?xì)怏w立即燃燒爆炸。因此，對室內(nèi)燃?xì)庠O(shè)備及燃?xì)馄骶邞?yīng)做防雷電感應(yīng)接地；對于燃?xì)鈨x表等應(yīng)跨接，做好等電位技術(shù)處理。對于可能遭受雷電靜電感應(yīng)的危害防護(hù)，燃?xì)夤夤艿烂扛?0～25m，應(yīng)設(shè)防雷電感應(yīng)接地，接地電阻均不應(yīng)大于 10；同時在管道的分支處，應(yīng)設(shè)防靜接地，接地電阻不應(yīng)大于30。

三、結(jié)論

1.室外沿外墻鋪設(shè)的燃?xì)夤夤艿缿?yīng)每12m做一次防雷接地與建筑物的均壓環(huán)連接，屋面上鋪設(shè)燃?xì)夤夤艿姥鼐€防直擊雷應(yīng)采取屏蔽的金屬網(wǎng)格化處理，從建筑物女兒墻底部進(jìn)入屋面；在燃?xì)夤夤艿赖慕^緣處理中，絕緣段前端的燃?xì)夤艿缿?yīng)通過放電間隙與絕緣段后端的燃?xì)夤艿溃ɑ蚩偟入娢贿B接帶）做等電位連接；室內(nèi)燃?xì)庠O(shè)備及燃?xì)馄骶邞?yīng)做防雷電感應(yīng)接地；對于燃?xì)鈨x表等應(yīng)跨接，做好等電位技術(shù)處理。

2.燃?xì)夤夤緫?yīng)采取積極有效措施，對燃?xì)夤夤艿兰霸O(shè)施采取相應(yīng)的防雷措施和維護(hù)措施。對燃?xì)夤夤艿婪览追桨杆头览字鞴懿块T審查，并接受其監(jiān)督檢查。

3.對于高度超過45 m 的高層建筑，按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB 50057 —2010） 規(guī)定，對高度超過45 m 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，沿外墻豎直敷設(shè)的金屬管道應(yīng)采取防側(cè)擊和等電位的防護(hù)措施，即金屬管道的頂端和底端與防雷裝置連接。

4.對于多層建筑（高度未超過45 m） ，當(dāng)建筑物屋面有合格的防雷系統(tǒng)時，樓棟燃?xì)夤艿啦捎蒙闲邢鹿┦?，天面燃?xì)夤軕?yīng)完全處于建筑物防雷接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)，還應(yīng)與天面的避雷網(wǎng)（帶） 進(jìn)行等電位連接，可以不作獨(dú)立的接地體。如果建筑物屋面無避雷網(wǎng)（帶） 的，盡量避免走天面管，否則須重新按照規(guī)范安裝防雷裝置。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-2010（2011 年版） .北京：中國計劃出版社，2011年

[2]建筑物防雷設(shè)施安裝（99D501-1）.北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所出版社，2002年

[3]蘇邦禮.雷電與避雷工程.廣州：中山大學(xué)出版社，1996年

[4]肖穩(wěn)安、張小青. 雷電與防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ).北京：氣象出版社，2006年

[5]李景祿. 現(xiàn)代防雷技術(shù).北京：水利水電出版社，2009年

[6]陳渭民. 雷電學(xué)原理.北京：氣象出版社，2006年

[7]李祥瑞. 防雷工程設(shè)計與實(shí)踐.北京：氣象出版社，2010年