防雷設(shè)施在城市建筑中的應(yīng)用探析

浦益

摘 要：隨著建筑物的規(guī)模不斷擴(kuò)大，其內(nèi)各種電氣設(shè)備的使用日趨增多，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，建筑物越來(lái)越多采用各種信息化的電氣設(shè)備。我國(guó)每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的事件時(shí)有發(fā)生，所造成的損失非常巨大。因此建筑物的防雷設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：防雷設(shè)施 城市建筑 應(yīng)用

前言

傳統(tǒng)的防雷技術(shù)是在高大的建筑物樓頂或其附近，安裝防直擊雷的防護(hù)裝置。這種防雷裝置是由接閃器、引下線和接地體三部分組成。安裝這種防護(hù)裝置的目的是將強(qiáng)大的雷電電流，按照設(shè)計(jì)的通道泄放到大地。也就是由設(shè)在建筑物頂端的接閃器攔截雷電電流，之后通過(guò)導(dǎo)電通暢的引下線，引導(dǎo)到電阻值很小的接地體泄入到大地。這是屬于防直擊雷的措施，一般我們稱之為外部防雷。

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，建筑物的外部防雷裝置確實(shí)有效地防御了雷擊對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，防止和減少了火災(zāi)和人身傷亡。但它并不能保護(hù)建筑物內(nèi)的電氣系統(tǒng)和電子系統(tǒng)免遭雷擊。因?yàn)?，首先?dāng)雷電流快速泄放到大地的同時(shí)，在空中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的變化磁場(chǎng)，處在這個(gè)強(qiáng)力變化磁場(chǎng)作用范圍內(nèi)的所有電氣和電子系統(tǒng)的線路和設(shè)備，都會(huì)因?yàn)榍懈盍舜艌?chǎng)的磁力線而感應(yīng)產(chǎn)生出電涌電流，輕則會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，重則會(huì)造成設(shè)備損壞。原因之二，雷擊發(fā)生時(shí)雷電流可能擊中架空的電力線或通信線，也可能擊在這些金屬線纜附近而感應(yīng)出電涌電流。這些電涌電流會(huì)沿著金屬線纜進(jìn)入電氣和電子系統(tǒng)，造成破壞。

通過(guò)感應(yīng)磁場(chǎng)的效應(yīng)即“場(chǎng)”的作用；以及通過(guò)線路雷電流侵入即“路”的作用統(tǒng)稱為雷擊電磁脈沖，也有的稱為二次雷擊。這種二次雷擊的破壞，不象直擊雷那樣伴隨著強(qiáng)烈的電閃雷鳴，而是在人們看不見的感應(yīng)磁場(chǎng)中發(fā)生的。由此可見，雷擊電磁脈沖的破壞作用是悄然發(fā)生，不易察覺，但后果遠(yuǎn)比直擊雷嚴(yán)重得多。防御雷擊電磁脈沖的技術(shù)可稱為“內(nèi)部防雷”。外部防雷與內(nèi)部防雷共同組成了系統(tǒng)的綜合防雷體系。

1、建筑物防雷的分類

建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果、按防雷要求分為三類。

1.1 應(yīng)劃為第一類防雷建筑物

1.1.1凡制造。使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。

1.1.2具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。

1.1.3具有1區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大坡壞和人身傷亡者。

1.2 應(yīng)劃為第二類防雷建筑物

1.2.1國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物。

1.2.2國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國(guó)賓館、國(guó)家級(jí)檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。

1.2.3國(guó)家級(jí)計(jì)算中心、國(guó)際通訊樞紐等對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑。

1.2.4制造、使用或貯存爆炸物質(zhì)的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

1.2.5具有1區(qū)爆危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

1.3 應(yīng)劃為第三類防雷建筑物

1.3.1省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物及省級(jí)檔案館。

1.3.2預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級(jí)辦公建筑物及其重要或人員密集的公共建筑物。

1.3.3預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。

1.3.4預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a的一般性工業(yè)建筑物。

1.3.5根據(jù)雷擊后對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟆⒌匦?、地質(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境。

1.3.6在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。

2、建筑物防雷的具體應(yīng)用

2.1 綜合性防雷

綜合性系統(tǒng)防雷工程的第一道防線，就是攔截直擊雷。最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法，仍然是采用安裝包括接閃器、引下線和接地體在內(nèi)的防直擊雷防護(hù)裝置的方法。作為攔截雷電的接閃器—避雷針，其保護(hù)的范圍是有一定限制的。在防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)建筑物的直擊雷防護(hù)，要通過(guò)滾球法計(jì)算來(lái)確定設(shè)置避雷針的高度，或采用多根避雷針來(lái)覆蓋被保護(hù)的建筑物。當(dāng)接閃器接閃后，為了分流，可能需要多根引下線將雷電流引下，這就好比使用多條河道或拓寬了河道以泄洪水。大地是泄放雷電流的最好場(chǎng)所，如同海納百川一樣。如果接地裝置的接地電阻很低，則雷電流的泄放速度更會(huì)加快。如果接地電阻值較高，根據(jù)歐姆定理U=R0I，當(dāng)電流值一定時(shí)，引下線上的電位會(huì)因接地電阻值較高而增大，此時(shí)可能對(duì)引下線周邊的物體發(fā)生閃絡(luò)。好比象洪水因泄流不暢，而漫出大堤的效果一樣。

2.2 屏蔽措施

屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一，屏蔽的目的，一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護(hù)的空間傳播?？罩械睦讚綦姶艌?chǎng)是無(wú)孔不入，特別是對(duì)磚木結(jié)構(gòu)的建筑物以及鋼筋結(jié)構(gòu)建筑物的非金屬門窗這樣的“洞”，強(qiáng)的雷擊電磁場(chǎng)會(huì)輕易地鉆進(jìn)來(lái)破壞設(shè)備。對(duì)于電子設(shè)備的屏蔽，主要依賴其外殼。對(duì)于屏蔽要求很高的設(shè)備，應(yīng)設(shè)置專用的屏蔽室。因此，當(dāng)被保護(hù)的電子設(shè)備比較重要，同時(shí)耐磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，就要采用金屬網(wǎng)或金屬板組成的屏蔽室，將設(shè)備屏蔽起來(lái)的措施予以保護(hù)。這也就如同防洪中，加固堤防的措施一樣。

2.3 等電位連接

等電位連接也稱作均壓。我們知道，站在地上的人觸摸電線就會(huì)被電擊，而在高壓線上作業(yè)的工人不會(huì)被高壓電電擊，原因是他與高壓線的高電壓是等電位的，由于沒有電位差，所以沒有電流流過(guò)，就不會(huì)被電擊。同樣道理，為了保證設(shè)備和操作人員的安全，各類電器設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備均應(yīng)采取等電位連接的措施。就是把各類設(shè)備包括所有的導(dǎo)體，都要做到良好的導(dǎo)電性連接，并且還要與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導(dǎo)體可直接用導(dǎo)線連接，帶電導(dǎo)體通過(guò)電涌保護(hù)器（SPD）連接。其目的是使所有的設(shè)備和導(dǎo)體與接地系統(tǒng)做到電位均衡連接，也就是所有導(dǎo)電部件之間不能存在顯著的電位差，導(dǎo)電部件與接地系統(tǒng)之間也就不會(huì)產(chǎn)生電位差，從而形成電位相等的電磁環(huán)境，這樣就組成了一個(gè)安全的電位補(bǔ)償系統(tǒng)。具體地講，就是對(duì)進(jìn)入建筑物的所有金屬導(dǎo)體、管道、電纜的外屏蔽層，都做等電位連接與接地。而對(duì)于配置有電子信息系統(tǒng)設(shè)備的機(jī)房?jī)?nèi)，應(yīng)設(shè)等電位連接端子板，端子板也應(yīng)可靠接地。機(jī)房?jī)?nèi)的電氣設(shè)備和電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、屏蔽線外層以及在電源通道、天饋通道和信號(hào)通道上加裝的各種SPD，都要以最短的距離就近與等電位連接端子板連接。

2.4 防閃絡(luò)措施

所謂閃絡(luò)現(xiàn)象就是，電流傳導(dǎo)過(guò)程中在導(dǎo)體之間跨越絕緣體產(chǎn)生電弧，從而改變了電流傳遞通道。產(chǎn)生電弧的主要原因是電弧兩端的導(dǎo)體之間電位差很大，距離又很近，從而擊穿了絕緣體，如空氣或土壤等介質(zhì)。因此，為防止閃絡(luò)的發(fā)生，可以采取隔離或保持安全距離的方法。如外露外引下線使用耐100kV的絕緣層隔離以防止對(duì)人體和其他導(dǎo)體的閃絡(luò)；在引下線入地處鋪設(shè)厚度為5cm以上的瀝青層使其3m范圍內(nèi)的土壤地表層電阻率大于5kΩ.m防止跨步電壓等。這也是如同在防洪中加固大堤，防止洪水溢出。當(dāng)然防止閃絡(luò)還有其他的措施，如：采取等電位連接，使閃絡(luò)的兩端等電位；用網(wǎng)狀接地裝置對(duì)地面作均衡電位處理以防止跨步電壓等。

3、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)高層建筑物的防雷設(shè)計(jì)來(lái)講，每一個(gè)建筑物都有不同的設(shè)計(jì)方案，本文是針對(duì)某一高層建筑防雷設(shè)計(jì)的實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行探討的，不能千篇一律的將其賦予每一個(gè)建筑物，確保防雷設(shè)計(jì)方案能夠做到合理有效，防止或者減少雷電事故的發(fā)生。