淺議建筑物防雷電保護措施

摘要：本文淺議了雷電的危害性、防雷分類、常用雷電防護主要技術(shù)措施，達到全面防護，提前預防目的。

關(guān)鍵詞：雷電；雷電感應；接地系統(tǒng)；等電位連接；屏蔽 接閃器

引言：

雷電放電電壓高，電流幅值大，電流變化快，電流波形陡度大，放電過程時間短，功率高、距離長，有巨大的破壞性。做好雷電預防是保護建筑物及設備的必要措施。

1雷電危害

雷電放電電壓高（可高達500kV），電流幅值大（可高達400kA），電流變化快，電流波形陡度大，放電過程時間短，功率高、距離長，有巨大的破壞性。雷電災害被聯(lián)合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”，已成為僅次于暴雨洪澇、滑坡塌方的第三大氣象災害，嚴重威脅著人類的生命財產(chǎn)安全。

2建筑物防雷分類

建筑物根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)和類別、發(fā)生雷電事故的可能性和造成的后果分為三類。

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，會造成巨大破壞和人身傷亡者；具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物；具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者為第一類防雷建筑物。

國家級重點文物保護的建筑物；國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館、大型城市的重要給水 水泵房等特別重要的建筑物；國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物；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；具有2區(qū)或11區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物；工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐等為第二類防雷建筑物。

省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館；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等為第三類防雷建筑物。

3建筑物的雷裝置措施

3.1一類建筑物的防雷措施

3.1.1直擊雷措施

1）應裝設獨立接閃桿或架空接閃線或網(wǎng)，使被保護的建筑物及風帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器的保護范圍內(nèi)。

2）排放爆炸危險氣體、蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等的管口外的以下空間應處于接閃器的保護范圍內(nèi)。

3）獨立避雷針的桿塔、架空避雷線的端不和架空避雷網(wǎng)的各支柱處至少設一根引下線。對金屬制成的或有焊接、綁扎連接鋼筋網(wǎng)的桿塔、支柱利用其作為引下線。

4）獨立接閃桿和架空接閃線或網(wǎng)的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的間隔距離不得小于3m。

5）架空避雷線（網(wǎng)）至屋面和各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的距離≥3米。

6）獨立避雷針、架空避雷線或者架空避雷網(wǎng)應有獨立的接地裝置，每一引下線的沖擊接地電阻≤10Ω。在土壤電阻率高的地區(qū)，可增大接地電阻。

3.1.2雷電感應措施

1）建筑物內(nèi)的設備、管道、架構(gòu)、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的放散管、風管等金屬物，均應接到防

雷電感應的接地裝置上。金屬屋面每隔18～24m應采用引下線接地一次?；炷廖菝嫫滗摻罱壴蚝附映砷]合回路，每隔18～24m引下線一次。

2）平行敷設的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m；交叉凈距小于100mm時，其交叉處也應跨接。

當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。

3）防雷電感應的接地裝置應與電氣和電子系統(tǒng)的接地裝置共用，其工頻接地電阻不宜大于10Ω。

當屋內(nèi)設有等電位連接的接地干線時，其與防雷電感應接地裝置的連接，不應少于兩處。

3.1.3雷電波侵入的措施

1）低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設，在入戶處應將電纜的金屬外皮、鋼管接到等電位連接帶或防雷電感應的接地裝置上。當全線采用電纜有困難時，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔的架空線，并應使用一段金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度≥15m。

2）架空金屬管道，在進出建筑物處應與防雷電感應的接地裝置相連。距離建筑物100米以內(nèi)的管道，每隔25米接地一次，其沖擊接地電阻不應大于20Ω，并利用金屬支架或者鋼筋混凝土支架的焊接、綁扎鋼筋作為引下線，其鋼筋混凝土基礎做為接地裝置。

3）防側(cè)擊雷措施。從30米奇每隔≤6米沿建筑物四周設水平避雷帶并與引下線相連；30米及以上外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物語防雷裝置相連。

3.2第二類建筑物的防雷措施

3.2.1防直擊雷措施

1）應采用裝設在建筑物上的避雷帶（網(wǎng)）或避雷針或由其組合的接閃器、別離網(wǎng)、沿著屋角、屋脊、屋檐和檐角等部位敷設，應整個組成10m*10m或12*8的網(wǎng)格，所有的避雷針應采用避雷帶相互連接。

2）突出屋面的放散管、風管、煙囪等物體，保護方式要符合排放爆炸危險氣體、蒸氣或者粉塵的設計要求，排放無危險氣體的金屬可以不設避雷器，但必須與面避雷裝置連接。

3）引下線不少于2根，沿建筑物四周均勻和對稱布置，間距≤18米。當利用建筑物四周的鋼柱作為引下線時，按跨度設引下線，其間距≤18米。

4）每根引下線的沖擊接地電阻≤10Ω。防直擊雷和防雷電感應，電氣設備的能共用同一接地裝置，并與接地金屬管到相連接；當不共用、不相連接時，兩者的地中的距離符合Se2≥0.3KcRi，但≥2米。

5）建筑物利用鋼筋混凝土屋頂、梁、柱、基礎內(nèi)的鋼筋作為引下線；利用基礎內(nèi)的鋼筋作為接地裝置；構(gòu)件內(nèi)有箍筋連接的鋼筋或成網(wǎng)狀的鋼筋，其箍筋與鋼筋的連接，鋼筋與鋼筋的連接，應采用土建施工的綁扎法或螺絲扣連接，或?qū)富虼詈高B接。單根鋼筋或圓鋼或外引預埋連接板、線與上述鋼筋的連接應焊接或采用螺栓緊固的卡夾器連接。構(gòu)件之間必須連接成電氣通路。

3.2.2防雷電感應措施

1）建筑物內(nèi)的設備、管道、構(gòu)架等主要金屬物，應就近接到防雷裝置或共用接地裝置上，可以不另外設接地裝置。

2）平行敷設的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物應符合設計要求，但長金屬物連接處可不跨接。

3）建筑物內(nèi)防雷電感應的接地干線與接地裝置的連接不應少于兩處。

4）防止雷電流經(jīng)引下線和接地裝置時產(chǎn)生的高電位對附近金屬物或電氣線路的反擊，應符合下列要求：

①當金屬物或者電氣線路與防雷的接地裝置之間不相連接時，其引下線之間的距離按照《建筑物防雷設計規(guī)范》要求確定。

②當金屬物或者線路引下線之間有自然接地或者人工接地的鋼筋混凝土構(gòu)建，金屬板，金屬網(wǎng)等靜電屏蔽物隔開時，金屬物或線路與引下線之間的距離不收限制。

③當金屬物或線路與引下線之間有混凝土墻、磚墻隔開時，混凝土墻的擊穿強度應與空氣擊穿強度相同；磚墻的擊穿強度應為空氣擊穿強度的1/2.當距離不能滿足設計要求時，金屬物或線路應與引下線直接相連接或者通過過電壓保護器相連。

④在電氣接地裝置與防雷的接地裝置共用的情況下，當?shù)碗娫淳€路用全長電纜或者監(jiān)控線換電纜引入時，宜在電源線路的總配電箱處裝設過電壓保護器；當變壓器的接線方式為Yyn0或Dyn11時，配電變壓器設在本建筑物內(nèi)或輻射與外墻時，在高壓側(cè)采用電纜進線時，在變壓器的高低壓各相上裝設避雷器；在高壓側(cè)采用架空線路進線的情況下，按照國家規(guī)范規(guī)定在高壓側(cè)裝設避雷器外，在低壓側(cè)各相上裝設避雷器。

3.2.3防雷電波侵入的措施.

1）當?shù)蛪壕€路全長采用埋地電纜或者敷設則架空金屬槽內(nèi)的電纜引入時，在入戶端應將電纜金屬外皮、金屬線槽接地；對建筑物上述金屬物應與防雷的接地裝置相連。

2）架空線路和直埋地的金屬管道在進出建筑物處就近與防雷裝置連接；當不相連接時，監(jiān)控管道應接地，其沖擊接地電阻≤10Ω。建筑物引入、引出該建筑物的金屬管道在進出處于防雷接地裝置連接；

3）對架空金屬管道應在距離建筑物約25米處接地一次，其沖擊接地電阻≤10Ω。

4）防側(cè)擊雷的措施。高度超過45米的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑物，應采取：鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)應相互連接，鋼筋的連接符合《建筑物防雷設計規(guī)范》第3.3.5條規(guī)定；應利用鋼筋或柱子鋼筋作為防雷裝置引下線；應將45米以上外墻上的欄桿、門窗等較大家屬物與防雷裝置連接；樹脂敷設的金屬管道及金屬物的頂端和低端與防雷裝置連接。

3.3第三類防雷建筑物的防雷措施

3.3.1第三類防雷建筑物外部防雷的措施。

1）宜采用裝設在建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）或者避雷針或由其組合的接閃器、接閃網(wǎng)、接閃帶或接閃桿。避雷帶（網(wǎng)）沿著屋角、屋脊、屋檐等易受到雷擊的部位敷設，并應該在整個屋面組成網(wǎng)格。

2）專設引下線不應少于兩根，并應沿建筑物四周和內(nèi)庭院四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距沿周長計算不宜大于25m。當建筑物的跨度較大，無法在跨距中間設引下線，應在跨距兩端設引下線并減小其他引下線的間距，宜使專設引下線的平均間距不大于25m。每個引下線的沖擊接地電阻不宜大于30Ω，對要求較高的建筑物則不大于10Ω。防雷裝置的接地應與電氣和電子系統(tǒng)等接地共用接地裝置，并應與引入的金屬管線做等電位連接。外部防雷裝置的專設接地裝置宜圍繞建筑物敷設成環(huán)形接地體。當不共用、不相連接時，兩者間在地中的距離不小于2米。

3）建筑物宜利用鋼筋混凝土屋面、梁、柱、基礎內(nèi)的鋼筋作為引下線和接地裝置

4）當土壤電阻率 ρ≤3000Ω.m時，在防雷的接地裝置同其他接地裝置和進出建筑物的管道相連接情況下，防雷接地裝置可以不計及接地電阻值，其接地符合設計要求。鋼筋表面積總和≥0.37m2

5）突出屋面的物體的保護方式應符合設計要求。

6）筋混凝土煙囪的鋼筋應在其頂部和底部與引下線和貫通連接的金屬爬梯相連。高度不超過40m的煙囪，可只設一根引下線，超過40m時應設兩根引下線?？衫寐菟ɑ蚝附舆B接的一座金屬爬梯作為兩根引下線用。金屬煙囪應作為接閃器和引下線。

3.4 其他建筑物防雷措施

1）當一座防雷建筑物中兼有第一、二、三類防雷建筑物時，其防雷分類和防雷措施宜按要求綜和設計。

2）當一座建筑物中僅有一部分為第一、二、三類防雷建筑物時，其防雷措施宜符合下列規(guī)定：①當防雷建筑物部分可能遭直接雷擊時，宜按各自類別采取防雷措施。②當防雷建筑物部分不可能遭直接雷擊時，可不采取防直擊雷措施，可僅按各自類別采取防雷電感應和防雷電波侵入的措施。③當防雷建筑物部分的面積占建筑物總面積的50%以上時，該建筑物宜按規(guī)定采取防雷措施。

3）當采用接閃器保護建筑物、封閉氣罐時，其外表面外的2區(qū)爆炸危險場所可不在滾球法確定的保護范圍內(nèi)。

4）固定在建筑物上的節(jié)日彩燈、航空障礙信號燈及其他用電設備和線路，應根據(jù)建筑物的防雷類別采取相應的防止雷電波侵入的措施并符合要求。

5）糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場，當其年預計雷擊次數(shù)大于或等于0.05（原為0.06）時，應采用獨立接閃桿或架空接閃線防直擊雷。獨立接閃桿和架空接閃線保護范圍的滾球半徑可取100m。

6）在建筑物外引下線附近保護人身安全而要防接觸電壓和跨步電壓的措施是：a）利用建筑物金屬構(gòu)架和建筑物互相連接的鋼筋在電氣上是貫通且不少于10根柱子組成的自然引下線。b）引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50kΩ.m。c）外露引下線，其距地面2.7m以下的導體用耐1.2/50μs沖擊電壓100kV的絕緣層隔離。d）用護欄、警告牌使接觸引下線的可能性降至最低限度。

4.建筑防雷電裝置

防雷裝置是接閃器、引下線、接地裝置（接地體和接地線）、電涌保護器及其連接導體的總和。

下面就介紹工礦企業(yè)用來直接接受直擊雷的金屬物體—接閃器，包括避雷針、避雷帶或線、避雷網(wǎng)，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。接閃器中常見的就是避雷針，功能是引雷作用，它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場使雷電場畸變。從而將雷云放電的通道由可能向被保護物體發(fā)展方向，吸引到避雷針本身，然后經(jīng)過與避雷針相連的引下線和接地裝置，將雷電流泄放到大地中去，從而保護物體免受雷擊。英國標準《構(gòu)筑物避雷的實用規(guī)程》BS6651中明確推薦，被保護的空間應采用"滾球法"予以測定。"滾球法"是國際電工委員會（IEC）推薦的接閃器保護范圍計算方法之一，我國目前正在實施的《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-2010采納了"滾球法"如圖1所示。

“滾球法”就是選擇一個半徑為Hr（滾球半徑）的球體，沿著需要保護直擊雷的部位滾動，如果球體只接觸到避雷針（線）或者避雷針（線）與地面，而不觸及需要保護的部位，則該部位就在避雷針（線）的保護范圍之內(nèi)。滾球半徑Hr按照建筑的防雷級別不同而取不同數(shù)值，如表1。

5雷擊保護的基本原則

欲使建筑和設備得到很好的防雷保護，應在認真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)律，以及被保護物所處的環(huán)境、受雷電影響的程度的基礎上，按照GB50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》結(jié)合建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，做好防雷設計。

然后從基建、施工、安裝、檢測、驗收等環(huán)節(jié)加強技術(shù)管理。防雷工程大多是隱蔽工程，只有扎實落實過程管理，才能做到全面防護，提前預防。

參考文獻

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[8]《電力工業(yè)標準》中國電力出版社

[9]《建筑物防雷與電氣安全技術(shù)》中國建筑工業(yè)出版社

作者簡介：黨玲靈，女，（1975-6），工程師，國家注冊安全工程師，大專學歷，電氣自動化專業(yè)，主要從事電氣安全管理方面的工作。

（作者單位：陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司）