談建筑物雷電防護技術(shù)

侯 連 連

(呂梁市建筑勘察設(shè)計院，山西 呂梁 033000)

談建筑物雷電防護技術(shù)

侯 連 連

(呂梁市建筑勘察設(shè)計院，山西 呂梁 033000)

介紹了我國建筑物雷電防護技術(shù)的發(fā)展歷程及重要性，簡述了建筑物雷電防護技術(shù)的種類，并對建筑物雷電防護技術(shù)的組成和工作原理進行了闡述，以期能夠引起人們對雷電防護的重視，避免因雷電自然災(zāi)害造成更大的損失。

建筑物，雷電防護技術(shù)，雷電防護系統(tǒng)

0 引言

雷電是一種正常的自然現(xiàn)象，雷電的發(fā)生伴隨有聲、光、電等多種現(xiàn)象，如果防護不當(dāng)會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全，甚至?xí)斐扇藛T傷亡和財產(chǎn)損失，所以，自古以來雷電防護技術(shù)一直受到人們的廣泛關(guān)注。第一支避雷針是由美國一名叫富蘭克林(Franlin)的科學(xué)家通過對雷電的研究而發(fā)明的，至今已有二百多年的歷史，在這期間國內(nèi)外科研工作者一直在探索更高、更好、更有成效的雷電防護技術(shù)和產(chǎn)品。

和人們的生活息息相關(guān)的就是建筑物雷電防護技術(shù)的應(yīng)用和推廣，在日常生活中經(jīng)常聽到避雷器、接地網(wǎng)、接閃器等和雷電防護有關(guān)的專業(yè)性術(shù)語，這些雷電防護產(chǎn)品的應(yīng)用是為保障人們有一個安全舒適的生活環(huán)境，不會因雷電的出現(xiàn)而產(chǎn)生人員傷亡和經(jīng)濟損失。建筑物中雷電防護技術(shù)的應(yīng)用是為了將雷電產(chǎn)生的強電流的絕大部分電流通過雷電防護產(chǎn)品釋放到大地，進入被防護建筑物的僅僅是沒有通過避雷器和引下線及接地裝置產(chǎn)生的“殘壓”，此時已經(jīng)不會對建筑物造成危險，以此達到保護建筑物的目的。

1 我國建筑物雷電防護技術(shù)發(fā)展概況

1.1 我國建筑物雷電防護技術(shù)發(fā)展歷程

眾所周知，第一支避雷針是由美國的科學(xué)家發(fā)明的，可是中國建筑對避雷針的原理應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于西方。早在南北朝時期，我們的祖先就已經(jīng)將避雷裝置運用到了建筑物防護中，到了康熙盛世，類似避雷針的各種防護裝置已經(jīng)非常普遍?？僧?dāng)時的雷電防護技術(shù)并未形成規(guī)范的卷宗流傳下來，以致我國現(xiàn)代化的雷電防護技術(shù)需要從零開始。

我國的建筑物雷電防護規(guī)范在20世紀(jì)80年代之前尚未出現(xiàn)，建筑電氣行業(yè)設(shè)計師在對建筑物進行雷電防護設(shè)計時僅僅依靠自我的經(jīng)驗和行業(yè)先例摸索著前進，在建國初期大多借鑒日本的雷電防護標(biāo)準(zhǔn)，后來逐漸引進蘇聯(lián)技術(shù)。我國第一部建筑物雷電防護規(guī)范GBJ 57—83建筑物防雷設(shè)計規(guī)范直至20世紀(jì)80年代才姍姍來遲，到1995年前后中國的雷電防護行業(yè)出現(xiàn)了規(guī)?；l(fā)展，本世紀(jì)初逐漸有了成熟發(fā)展。進入21世紀(jì)以來，隨著電力電子技術(shù)、新能源技術(shù)、電氣化鐵路技術(shù)等的快速發(fā)展，我國的建筑物雷電防護技術(shù)也得到快速前進，在同行業(yè)已位居世界前列。

1.2 建筑物中使用雷電防護技術(shù)的重要性

雷電的超高電壓和超大電流對人和建筑物造成的傷害和損失是無法估量的，給建筑物帶來的災(zāi)害后果也是無法想象的，尤其是在信息化高速發(fā)展的21世紀(jì)，各種各樣的信息化設(shè)備和用戶終端在迅速增加，建筑物的高度越來越高，特別是兼具程序化、數(shù)字化和集成化通信系統(tǒng)在高層建筑的廣泛應(yīng)用，使雷電干擾對人們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活的影響越來越大，危害性也在增加，與此同時，電子化產(chǎn)品的高度集成也使設(shè)備的耐壓、耐流水平降低，雷電浪涌的入侵就更加容易，危害發(fā)生的頻率更高，所以，加強建筑物雷電防護技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。

2 建筑物雷電防護技術(shù)的種類

雷電防護根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)具有不同的種類，IEC按照防雷性能的不同，將雷電防護分為外部防雷和內(nèi)部防雷；按照防雷方式的不同，又分為常規(guī)防雷和非常規(guī)防雷。

2.1 外部防雷和內(nèi)部防雷

常規(guī)來說，外部防雷主要是防護直擊雷(雷電按照產(chǎn)生方式不同分為直擊雷、側(cè)擊雷和感應(yīng)雷)，組成外部防雷的裝置主要包括接閃器、引下線和完善的接地系統(tǒng)。在外部防雷的標(biāo)準(zhǔn)上我國標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)均認(rèn)為：外部防雷標(biāo)準(zhǔn)是建立在對雷電的統(tǒng)計規(guī)律上的，是在絕對保護與防雷裝置耗費之間取的一個折衷方案。

內(nèi)部防雷是相對外部防雷而言的，顧名思義，內(nèi)部防雷就是用于內(nèi)部防雷的裝置，內(nèi)部防雷系統(tǒng)的組成主要包括電涌保護器、屏蔽系統(tǒng)、等電位連接系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)以及共用接地系統(tǒng)等，該系統(tǒng)的主要作用是減弱甚至消除需防護空間內(nèi)雷電流所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。內(nèi)部防雷措施包括防止電磁和靜電感應(yīng)、防止線路浪涌、防止地電位反擊和雷電波入侵等，相比較于外部防雷而言內(nèi)部防雷裝置的實用更為常見。

2.2 常規(guī)防雷和非常規(guī)防雷

常規(guī)防雷顧名思義是指常規(guī)意義上的防雷方式，常規(guī)防雷包括對直擊雷、感應(yīng)雷和綜合性雷電的防護，常規(guī)防雷裝置的組成一般包括接閃器、引下線和接地體，其中，避雷網(wǎng)、避雷針、避雷線和避雷帶是接閃器的幾種形式。一般用避雷器來防止感應(yīng)雷的入侵，將多種不同避雷裝置應(yīng)用在同一個被保護建筑物上，稱為綜合性雷電防護。由于常規(guī)防雷裝置是由各種導(dǎo)線和電子元件組成，所以要定期對其進行檢測和維護，避免因電線或元器件老化引起導(dǎo)電性差或接觸不良而起不到保護作用。

非常規(guī)防雷是指利用科研新技術(shù)進行雷電防護的防雷裝置，比如火箭引雷、激光束引雷、放射性避雷針、水柱引雷、排雷器等雷電防護裝置，由于此類防雷裝置技術(shù)含量高，涉及多學(xué)科的交叉運用，大部分仍處于研究實驗階段，尚未投入使用，這也是科學(xué)技術(shù)在建筑物雷電防護領(lǐng)域的新應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

3 建筑物雷電防護技術(shù)的組成和工作原理

雷電防護技術(shù)必須借助于建筑物雷電防護系統(tǒng)這個載體才能被廣泛應(yīng)用到建筑物的雷電防護中，起到保護建筑物和人類生命及財產(chǎn)安全的作用。

3.1 建筑物雷電防護系統(tǒng)組成

建筑物雷電防護系統(tǒng)主要包括雷電接收裝置、接地線(引下線)和接地裝置，先進的雷電防護技術(shù)結(jié)合合理的接地裝置才能有效地進行雷電防護。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同的建筑物可以采用不同規(guī)格不同材質(zhì)的防雷接地裝置，但該裝置的組成元素都是相同的。

3.1.1 雷電接收裝置

直接或間接接收雷電的金屬桿(又稱接閃器)，在建筑物雷電防護系統(tǒng)經(jīng)常使用的接閃器有避雷針、避雷帶及避雷網(wǎng)等(見圖1)。避雷針和避雷帶均屬于同種類型的接閃器，區(qū)別在于避雷針的方向是豎直向上的，利用其根部和引下線相連，且采用的是明設(shè)方式；避雷帶(在最新版本的GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范稱為接閃帶)一般采用傾斜或水平的敷設(shè)方式，傾斜角和屋面的傾斜度有關(guān)，其和引下線連接的部位至少是首尾兩端，既可以采用明設(shè)方式也可以暗敷在屋頂?shù)幕炷粱蛲咂南旅?。避雷網(wǎng)又分為明網(wǎng)和暗網(wǎng)，在鋼混結(jié)構(gòu)的建筑物上一般使用暗網(wǎng)，而在非混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物上一般使用明網(wǎng)。雷電接收裝置是直接和雷電相接觸的雷電防護裝置，所以要嚴(yán)格按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》進行設(shè)置，以確保雷電防護系統(tǒng)的安全可靠運行。

3.1.2 接地線(引下線)

用來連接雷電接收裝置和接地裝置的金屬導(dǎo)體。有時也被稱作生命線，因為在雷電發(fā)生時，接地線可以將雷電接收裝置接收到的雷電高壓輸送給地球，以確保被保護建筑物和設(shè)備的安全。不同雷電防護等級的建筑物所配備的接地線規(guī)格也不相同，在配備接地線時要嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，嚴(yán)禁利用常規(guī)電線代替接地線，避免雷電災(zāi)害事故的發(fā)生。

3.1.3 接地裝置

埋設(shè)在地下的接地極和從該接地極到設(shè)備之間的連接導(dǎo)線的總和統(tǒng)稱為接地裝置，它實現(xiàn)了電氣系統(tǒng)和大地之間的連接。接地極又分為自然接地極和人工接地極，自然接地極可以是建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋、行車的鋼軌、埋地的金屬管道以及輻射與地下且數(shù)量不少于兩根的電纜金屬外皮等，建筑物的雷電防護系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先使用自然接地體，這樣可以節(jié)省成本，在自然接地體不能滿足雷電防護等級要求時，再鋪設(shè)人工接地極，人工接地極可以是鋼管、圓鋼和角鋼等，在具有腐蝕性場所敷設(shè)接地極時采取防腐措施，如熱鍍錫、熱鍍鋅等，或者適當(dāng)加大接地極橫截面面積。

3.2 建筑物雷電防護系統(tǒng)工作原理

建筑物雷電保護系統(tǒng)工作時依賴于其系統(tǒng)組成，由上述內(nèi)容可知其系統(tǒng)組成包括雷電接收裝置、引下線和接地裝置，雷電發(fā)生時由雷電接收裝置將雷電產(chǎn)生的高電壓和高電流引入引下線，通過引下線傳遞至和大地相連接的接地裝置，由于接地裝置是和大地直接相連，所以，此時雷電產(chǎn)生的高電壓和高電流就被順利泄放到大地，從而避免建筑物遭受雷電入侵而損毀。建筑物雷電防護系統(tǒng)接地電阻的大小決定了雷電產(chǎn)生的大電流傳遞至接地裝置的速度，接地電阻越小，電流疏散的速度就越快，雷電災(zāi)害產(chǎn)生的幾率就越小，所以《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》雷電防護等級高的建筑物其接地系統(tǒng)的接地電阻值越小。

4 結(jié)語

建筑物雷電防護技術(shù)的應(yīng)用和研究是一個常談常新的話題，伴隨著建筑物種類的不同和建筑特征的差異，其雷電防護措施也不盡相同。人們在一些新的建筑物防雷技術(shù)和防雷產(chǎn)品的應(yīng)用上要端正科學(xué)態(tài)度，利用實踐檢驗使用效果后再在建筑物中投入使用，以確保建筑物雷電防護技術(shù)切實合理地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。總而言之，我國的建筑物雷電防護技術(shù)在科研人員的共同努力下正在向高、精、尖方向前進，雷電防護相關(guān)理論和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也在相關(guān)部門的關(guān)注和努力下逐步趨于完善，為我國建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展創(chuàng)造了一個有力的保護屏障。

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Discussiononlightningprotectiontechnologyofbuildings

HouLianlian

(LvliangArchitecturalSurveyandDesignInstitute,Lvliang033000,China)

This paper introduced the development process and importance of lightning protection of buildings in China, discussed the types of building lightning protection technology, and elaborated the composition and working principle of building lightning protection technology, in order to attract attention to the lightning protection, to avoid greater losses caused by lightning natural disasters.

building, lightning protection technology, lightning protection system

1009-6825(2017)23-0134-03

2017-06-08

侯連連(1971- )，女，工程師，注冊電氣工程師(供配電)

TU895

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