建筑物防雷裝置檢測技術應用研究

劉 勇

(福建省建筑科學研究院 福建福州 350025)

0 引言

雷電，是云中電荷積累到一定程度時產(chǎn)生的瞬時放電的自然現(xiàn)象。雷電破壞力巨大，經(jīng)常導致供配電系統(tǒng)、通信設備、民用電器的損壞，甚至引發(fā)火災或產(chǎn)生爆炸，嚴重威脅著社會公共安全和人民生命財產(chǎn)安全[1]。隨著國家城市建設的快速發(fā)展，各類建筑的建設突飛猛進，合適的防雷裝置可以有效地防止或減少雷擊建筑物所引發(fā)的財產(chǎn)損失、人身傷亡等事故。然而，隨著時間的推移，防雷裝置遭受雷擊或所處環(huán)境條件發(fā)生變化，防雷裝置可能發(fā)生斷裂、銹蝕、脫焊、接地電阻增大等情況，使得防雷裝置性能下降，甚至失效。如果不及時檢測并修復，將給建筑物留下極大的雷電安全隱患。因此，必須對建筑物的防雷裝置進行檢測，以確保在雷電災害發(fā)生時，防雷裝置能正常發(fā)揮其效能。

1 雷電的危害及建筑物防雷措施

1.1 雷電危害的表現(xiàn)形式

雷電的破壞作用，主要是雷電流引起，它的危害可以分為3種類型[2]：一是直擊雷的作用，即雷電直接擊于建筑物、外部防雷裝置、大地或其他物體上時發(fā)生的放電現(xiàn)象，并由此而產(chǎn)生電效應、熱效應、機械力作用等破壞效應；二是閃電感應，即閃電放電時，在附近導體上產(chǎn)生閃電電磁感應和閃電靜電感應，使金屬部件之間產(chǎn)生火花放電；三是閃電電涌侵入，即閃電電涌沿著線路或金屬管道侵入建筑物內(nèi)，危及人身安全或損壞設備。

雷電的具體危害表現(xiàn)如下[3]：

(1)電效應

雷電流具有幅值大，陡度大、沖擊性強等特點，在雷電放電時，能使桿塔、構架、輸電線路、電氣設備外殼等處于很高的電位，從而使電氣設備的絕緣發(fā)生閃絡，導致財產(chǎn)損失和危及人身安全。

(2)熱效應

當很大的雷電流通過導體，會在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱能，可熔化金屬，故在雷電通道中產(chǎn)生的高溫，容易引發(fā)火災。

(3)機械效應

由于雷電流的熱效應，雷擊點處縫隙的氣體在雷電流的作用下劇烈膨脹，水分急劇蒸發(fā)，因而在被擊物內(nèi)部產(chǎn)生強大的機械壓力，致使被擊物遭受嚴重破壞。

(4)閃電電磁感應

由于雷電流具有幅值大、變化快的特點，在周圍空間會產(chǎn)生瞬變的強電磁場，處在這電磁場中的導體會感應出很高的電動勢，并且還會在構成閉合回路的導體中感應出很大的電流，若回路中局部接觸電阻過大或有間隙時，就會產(chǎn)生局部發(fā)熱或火花放電。

(5)閃電靜電感應

當導體處于雷云和大地電場中時，導體會感應出與雷云性質(zhì)相反的大量電荷，雷云放電后，雷云與大地間的電場突然消失，導體上的電荷若未立即消散，就會產(chǎn)生很高的對地電位。

(6)閃電電涌侵入

雷電波通過架空線路、金屬管道侵入建筑物內(nèi)，可造成配電裝置和電氣線路絕緣層擊穿，危及人身安全或損壞設備。

1.2 建筑物的防雷措施

針對雷電的危害，為減少建筑物的物理損害及對生命體的傷害，最主要及最有效的防護措施為雷電防護裝置。雷電防護裝置，主要由外部防雷裝置、內(nèi)部防雷裝置以及防雷擊電磁脈沖系統(tǒng)組成，如圖1所示[2]。

圖1 建筑物雷電防護裝置的組成

外部防雷裝置，主要采用接閃器、引下線、接地裝置來防直擊雷，但不包括防外部防雷裝置受到直接雷擊時向其他物體的反擊。外部防雷裝置的主要作用如下[4]：

①使用接閃器攔截直接擊中建筑物的雷電；

②使用引下線引導雷電流安全入地；

③使用接地裝置快速泄放雷電流，使雷電流入地消散。

內(nèi)部防雷裝置，主要采用防雷等電位連接，或使外部防雷裝置與建筑物內(nèi)其它導電部件保持一定間隔距離的措施來防止閃電感應、防閃電電涌侵入、防反擊以及防生命危險。

防雷擊電磁脈沖，主要采用屏蔽措施、等電位連接、電涌保護器來防雷電流引發(fā)的電磁效應，它包含防閃電電涌和防輻射脈沖電磁場效應。

2 建筑物防雷裝置檢測的關鍵技術

2.1 建筑物防雷檢測的基本流程

建筑物防雷檢測服務機構，應結合自身特點和用戶需求，制定合理、高效的服務流程。建筑物防雷裝置檢測的服務流程，可分為業(yè)務受理、前期準備、現(xiàn)場檢測、綜合處理、文書發(fā)放等5個階段[5-6]，如圖2所示。

圖2 防雷裝置檢測服務流程

(1)業(yè)務受理

檢測機構應有固定的業(yè)務受理場所，同時可供提供電話、網(wǎng)絡、信函等受理服務。

(2)前期準備

在業(yè)務受理完成后及時了解被檢防雷裝置的情況，首次檢測時，應進行現(xiàn)場勘查并制定檢測方案。檢測方案，包括但不限于：檢測范圍及具體檢測參數(shù)、檢測費用、現(xiàn)場作業(yè)方案、檢測工作中的注意事項。

(3)現(xiàn)場檢測

檢測前，檢測負責人應就現(xiàn)場作業(yè)方案與委托方做好溝通，并進行安全交底和技術交底。按規(guī)定的方法進行檢測，確保檢測原始記錄真實、準確。

(4)綜合處理

檢測人員對檢測原始記錄分析處理，并按相關標準進行符合性判定。判定合格的，按照規(guī)定的格式、程序編制檢測報告；對于存在不符合項的，擬定存在問題意見書。校審人員，對檢測原始記錄、檢測報告或存在問題意見書進行復審；授權簽字人，對檢測報告進行審定，并簽發(fā)；檢測原始記錄和檢測報告應一并存檔。

(5)文書發(fā)放

檢測報告或存在問題意見書，應按檢測機構與委托方約定的方式進行發(fā)放。當委托方要求采用電話、傳真或其它電子方式傳送檢測結果時，應有適當?shù)姆绞酱_定委托方的真實身份后，方可傳送結果。

2.2 防雷檢測包含的主要檢測參數(shù)

建筑物防雷檢測，必須嚴格按照國家和地方相關標準規(guī)范執(zhí)行。目前，我國現(xiàn)行有效的建筑物防雷裝置檢測執(zhí)行的規(guī)范是《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》GB/T 21431-2015。根據(jù)《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》的要求，建筑物防雷裝置的主要檢測參數(shù)如表1所示[7]。具體防雷裝置的檢測參數(shù)，需根據(jù)設計文件、首次檢測或定期檢測等因素來確定。

表1 建筑物防雷裝置的主要檢測參數(shù)

2.3 建筑物防雷檢測要點分析

建筑物防雷裝置檢測，是為確定防雷裝置滿足標準要求而進行的檢查、測量及信息綜合分析處理的全過程。按照相關標準規(guī)范要求，對防雷裝置外觀部分進行目測檢查，對隱蔽部分利用隱蔽工程施工記錄和/或質(zhì)量監(jiān)督資料進行核查，同時對防雷裝置的參數(shù)進行測量，對所獲得的檢查資料、測量數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)等資料進行分析處理，并對防雷裝置安全性能作出判定。

3 建筑物防雷裝置檢測工程實例分析

某新建的一般性民用住宅建筑物，長70.5m，寬17.6m，高52.1m，所在地區(qū)的年平均雷暴日60.5d/a。按第三類防雷建筑物保護措施設計，其外部防雷裝置，主要利用Ф12鍍鋅圓鋼在屋面沿易受雷擊的部位敷設接閃帶，并在整個屋面組成不大于24m×16m或20m×20m的接閃網(wǎng)格，利用結構柱內(nèi)直徑大于Ф16的4根對角鋼筋作引下線，利用基礎梁底對角4根主筋焊通作接地裝置。其內(nèi)部防雷裝置和防雷擊電磁脈沖的措施，主要采用防雷等電位連接和Ⅱ級試驗的電涌保護器。

根據(jù)該工程的具體情況，本文擬從建筑物的防雷分類、接閃器、引下線、接地裝置、防雷等電位連接、電涌保護器6個參數(shù)的檢測方法進行介紹。

3.1 建筑物的防雷分類的檢測

①根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，確定該建筑物的防雷類別。

②檢查建筑物所處的地理環(huán)境、建筑物周邊環(huán)境、建筑物所處區(qū)域的雷擊大地的年平均密度Ng和建筑物的幾何尺寸，計算年預計雷擊次數(shù)來對建筑物防雷類別進行校核。根據(jù)文獻[2]，該建筑物的年預計雷擊次數(shù)的計算方法如下：

Ae=[LW+2(L+W)D+πD2]×10-6≈0.04

N=k×Ng×Ae=1×6.05×0.04=0.242

由此可知，該建筑物為年預計雷擊次數(shù)在0.05次/a～0.25次/a的住宅建筑，故該建筑物可劃為第三類防雷建筑物。

3.2 接閃器的檢測

①查閱施工圖紙、隱蔽工程記錄等檔案，檢查接閃器的布置情況；

②檢查接閃帶的敷設方式、接閃帶的安裝情況是否完整、平順、正直，檢查接閃帶的防腐蝕措施、焊接工藝、材料、是否沿易受雷擊部位設置等信息；

③使用全站儀、經(jīng)緯儀、鋼卷尺等儀器測量建筑物的長度、寬度和高度，同時測量接閃器的長度和高度，再根據(jù)建筑物防雷類別采用滾球法計算接閃器的保護范圍；

④使用卷尺、拉力計等儀器測量接閃網(wǎng)格尺寸大小、支架間距、高度、固定牢固度等參數(shù)，固定牢固度以垂直拉力體現(xiàn)；

⑤使用全站儀、經(jīng)緯儀等儀器測量側(cè)擊雷的防護高度，檢查建筑物的防側(cè)擊雷措施；

⑥檢測屋面金屬物與測試基準點之間的電氣連接性能，以過渡電阻數(shù)據(jù)體現(xiàn)；

⑦檢測接閃線、接閃塔(桿)、接地裝置與第一類防雷建筑物的間隔距離。

3.3 引下線的檢測

①查閱施工圖紙、引下線隱蔽工程記錄等檔案，檢查引下線的布置情況；

②目測檢查并記錄引下線的總根數(shù)，用卷尺、直尺等測量建筑物周長，并計算引下線沿周長的平均間距；

③使用毫歐表或其他具有相同功能的儀器測量引下線與接閃器之間，引下線接地端與接地裝置的電氣連接性能，其過渡電阻不應大于0.2Ω；

④使用接地電阻測試儀測量每根引下線接地電阻值；

⑤檢查供測量、接人工接地體和作等電位連接用的連接板的設置情況。

3.4 接地裝置的檢測

①查閱施工圖紙、施工記錄等檔案，檢查接地裝置的布置情況。

②用游標卡尺等儀器測量接地裝置的材料規(guī)格尺寸。

③目測檢查接地裝置的填土有無沉陷情況；目測檢查接地裝置的防腐措施。使用卷尺、直尺等測量焊接長度。

④使用接地電阻測試儀或其它具有類似功能的綜合性儀器測量接地裝置的接地電阻值。通常采用三極法測量工頻接地電阻值。

⑤檢查防接觸電壓和防跨步電壓措施。

3.5 防雷等電位連接的檢測

檢查防雷等電位連接的位置，包括金屬裝置、建筑物內(nèi)的電氣和電子系統(tǒng)、與需保護建筑物相連的外部導電部件、管線等[8]。如已實現(xiàn)連接的，進一步檢查連接導體的材料和規(guī)格尺寸，并測試其電氣連接性能，以過渡電阻值表示，過渡電阻值一般不應大于0.2Ω。

3.6 電涌保護器的檢測

①確認低壓配電系統(tǒng)的接地型式為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)或IT系統(tǒng)；

②檢查各級電涌保護器的安裝位置、安裝數(shù)量、型號規(guī)格、主要性能參數(shù)以及安裝工藝等信息；

③檢查電涌保護器的外觀表面和狀態(tài)指示；

④檢查電涌保護器的過電流保護器的設置及狀態(tài)；

⑤針對限壓型電源電涌保護器，用防雷元件測試儀測量壓敏電壓U1mA和泄漏電流Iie，針對限壓型和開關型電源電涌保護器，尚應用絕緣電阻測試儀測量其絕緣電阻值。

4 結語

建筑物防雷裝置檢測，主要目的是為了確認現(xiàn)有防雷裝置的有效性。由于外部防雷裝置，通常屬于隱蔽施工項目，特別是接地裝置埋于地下，引下線又常常利用結構柱內(nèi)的主鋼筋，接閃網(wǎng)格又經(jīng)常暗敷在屋面混凝土層內(nèi)，所以，新建建筑物防雷裝置的檢測必須與施工建設相結合，根據(jù)施工進度及時進行跟蹤檢測并提出存在的問題；否則，當工程完工后再發(fā)現(xiàn)防雷裝置存在問題，將使防雷裝置的整改變得十分困難和復雜。

同時，隨著時間的推移，防雷裝置可能發(fā)生斷裂、銹蝕、脫焊等故障，如此一來，建筑物遭受雷擊時更容易對建筑物和人員造成傷害。因此，建筑物竣工驗收后，防雷裝置也應按照要求進行定期檢測，以確保防雷裝置的有效性，降低雷電安全隱患。