復(fù)雜氣候條件下智能建筑物雷電災(zāi)害技術(shù)研究

李晨

摘 要：新疆地理、氣候條件等因素導(dǎo)致該地區(qū)雷電災(zāi)害頻發(fā)，由此對智能建筑物的影響相當(dāng)嚴(yán)峻。基于此，文章首先針對新疆復(fù)雜氣候條件進(jìn)行概述，后重點(diǎn)針對智能建筑物雷電災(zāi)害提出切實(shí)可行的雷電災(zāi)害技術(shù)，以期能夠?yàn)楸ＷC智能建筑物的安全性及其中電子電器設(shè)備及人員安全等提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：雷電;智能建筑物;雷電災(zāi)害;新疆

1 ? 新疆復(fù)雜氣候條件概述

近年來，隨著全球加速升溫，各種各樣的極端天氣事件多發(fā)。新疆位于中國西北邊陲，地處東經(jīng)73°40′～96°18′及北緯34°25′～48°10′，全區(qū)總面積為166萬km2，是中國陸地面積最大的省級行政區(qū)。新疆境內(nèi)山脈與盆地相間排列，盆地與高山環(huán)抱，被稱為“三山夾二盆”。境內(nèi)隸屬于典型的溫帶大陸性氣候區(qū)，表現(xiàn)出氣候干燥、氣溫溫差大、降水少、日照充沛等特點(diǎn)[1]。

當(dāng)?shù)氐匦闻c氣候等因素導(dǎo)致該地區(qū)極易發(fā)生雷電災(zāi)害。文章對全疆2005—2013年的雷電災(zāi)害次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出，新疆年雷電災(zāi)害次數(shù)呈現(xiàn)出明顯的波動變化，累計(jì)出現(xiàn)雷電災(zāi)害114起，年平均出現(xiàn)雷電災(zāi)害12.7 起，其中， ? ? 2005年出現(xiàn)雷電災(zāi)害次數(shù)最多，有35起，2009年雷電災(zāi)害次數(shù)最少，有4起。2005—2009年雷電災(zāi)害次數(shù)呈減少趨勢，自2009年之后年雷電災(zāi)害次數(shù)有所增加。對雷電災(zāi)害出現(xiàn)的月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出，雷電災(zāi)害集中出現(xiàn)在3—9月份，而10月至2月份未出現(xiàn)過雷電災(zāi)害。其中以5—8月份出現(xiàn)頻率最高，占據(jù)90%以上。對全疆雷電災(zāi)害的空間分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出，新疆阿勒泰地區(qū)與伊犁地區(qū)雷電災(zāi)害次數(shù)最多，分別出現(xiàn)22起與20起[2-3]。

雷電作為聯(lián)合國減災(zāi)委員會發(fā)布的“最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)害”之一，不僅會造成一定的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)人員傷亡。因此，做好雷電災(zāi)害的防御工作刻不容緩。

2 ? 智能建筑物雷電災(zāi)害分析

近年來，隨著城市規(guī)模的大幅增加，高層智能建筑物如雨后春筍般在全國廣泛分布。建筑物包含各種各樣的通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動控制等現(xiàn)代電子設(shè)備，由于其具有絕緣強(qiáng)度低、過電流與過電壓耐受能力差、對電磁干擾敏感等特點(diǎn)，導(dǎo)致雷擊概率明顯增加[4-5]。

一旦發(fā)生雷電災(zāi)害，必然會嚴(yán)重威脅到智能建筑物的安全性，通常表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）智能建筑物遭受雷擊，人們?nèi)胧乙坏┡c相關(guān)的電子設(shè)備相互接觸，勢必會引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡事故。（2）一些智能建筑物當(dāng)中導(dǎo)線的絕緣皮層出現(xiàn)破損，一旦出現(xiàn)雷擊，智能建筑物內(nèi)部線纜往往會存在著漏電的安全隱患。（3）用戶線路上的過電壓，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法準(zhǔn)時(shí)傳輸?shù)浇ㄖ飪?nèi)部的相關(guān)裝置上，進(jìn)而影響到電子信息設(shè)備的靈敏度。（4）一旦遭受雷擊，極易導(dǎo)致智能建筑物的結(jié)構(gòu)遭到損壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響智能建筑物的安全穩(wěn)定性。（5）如果發(fā)生明顯的雷電襲擊，其局部的電壓、電流將會在極短的時(shí)間內(nèi)大幅上升，最終引發(fā)火災(zāi)事故。（6）雷電擊中智能建筑物，必然會影響對其中的自動化與智能化控制系統(tǒng)。若無法及時(shí)響應(yīng)相關(guān)設(shè)備的操作請求，必然會導(dǎo)致事故發(fā)生頻率增加。

3 ? 復(fù)雜氣候條件下智能建筑物雷電災(zāi)害技術(shù)

3.1 ?外部防雷

3.1.1 ?接閃器

為保證智能建筑物內(nèi)部各種電子設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性，智能建筑物在防雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)使用混合接閃器與避雷針等，而且還要在屋面上組合形成一定的網(wǎng)格，位于屋面以上的金屬物應(yīng)當(dāng)與避雷網(wǎng)一起做好電氣連接。智能建筑物在防雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)沿著建筑物的周圍布設(shè)避雷帶，而且還要在部分關(guān)鍵點(diǎn)布局避雷針以達(dá)到保護(hù)建筑物的目的。另外，如果建筑物屋面上安裝有消防管、暖氣管等管道，應(yīng)當(dāng)在管道布設(shè)區(qū)域做好接地操作，以保證與屋面防雷裝置之間保持可靠連接[6]。

由于建筑物較高且智能化較強(qiáng)，在防雷設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)在高于智能建筑物45 m以上的位置處布設(shè)均壓環(huán)。一般情況下，應(yīng)當(dāng)在建筑物與地面相距30 m的位置處布設(shè)均壓環(huán)，之后每層還要使用規(guī)格為40 mm×4 mm的鍍鋅扁鋼進(jìn)行防雷。在智能建筑物當(dāng)中安裝均壓環(huán)時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)使其與建筑物外墻邊緣的各個(gè)引下線相互連接，同時(shí)還要保留金屬的等電位，以確保焊接的均壓環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)要求相符。

3.1.2 ?引下線

布設(shè)引下線的主要作用在于連接接閃器與接地裝置。智能建筑物往往會選用建筑鋼筋混凝土內(nèi)部的對角主筋作為引下線，不僅經(jīng)濟(jì)而且適用。而且建筑物當(dāng)中的鋼柱、金屬煙囪與消防梯等都可以用作引下線。通常情況下，每座建筑物應(yīng)當(dāng)布設(shè)不少于2根引下線，而且引下線應(yīng)當(dāng)沿著建筑物的四周進(jìn)行均勻布設(shè)。一級建筑物引下線之間的平均距離應(yīng)當(dāng)不大于12 m，二級引下線之間的平均距離應(yīng)當(dāng)不大于18 m，三級引下線應(yīng)當(dāng)不大于25 m。

3.1.3 ?接地裝置

安裝接地裝置是做好智能建筑物雷擊防護(hù)工作的一項(xiàng)關(guān)鍵措施，其主要目的在于快速將引下線傳下來的雷電流泄放入大地。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)接地裝置時(shí)應(yīng)當(dāng)首先考慮智能建筑物當(dāng)中的自然接地體，例如鋼筋、柱子等。若自然接地體不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則應(yīng)當(dāng)增設(shè)人工接地裝置。通常情況下，設(shè)計(jì)師多使用共用接地系統(tǒng)，即使電源工作接地、防雷接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地等共同形成一個(gè)接地裝置，并要求接地電阻值不大于4 Ω。

3.2 ?內(nèi)部防雷

3.2.1 ?屏蔽

屏蔽指的是使用金屬網(wǎng)、管子、箔等將被保護(hù)對象包圍起來，將雷擊形成的電磁脈沖通道阻斷的一種電子設(shè)備，使用這一設(shè)備將明顯增加雷電入侵的難度，在保護(hù)智能建筑物內(nèi)部電子信息設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師可以以智能建筑物自身的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為依據(jù)，將其中的墻面、地板、梁、柱內(nèi)鋼筋等形成一個(gè)六面體的網(wǎng)籠。這一方式不僅能夠大大減少或避免空間電磁波形成的輻射，又能使建筑物內(nèi)部達(dá)到分流與均壓的效果。另外，還應(yīng)當(dāng)合理進(jìn)行布線，使用金屬包絡(luò)線做好屏蔽工作，也可以將線路埋設(shè)在金屬管道中，并使用金屬殼等對設(shè)備進(jìn)行評估，以盡可能屏蔽電磁脈沖，進(jìn)而大大減少智能建筑物當(dāng)中出現(xiàn)浪涌及感應(yīng)回路的概率。

3.2.2 ?等電位連接

為有效保護(hù)電子設(shè)備，設(shè)計(jì)師通常應(yīng)當(dāng)建立等電位連接，使智能建筑物內(nèi)部各區(qū)域的電位保持一致，不僅能夠有效防止產(chǎn)生雷電電磁脈沖，還能避免其中出現(xiàn)反擊電壓或接觸電壓進(jìn)而造成嚴(yán)重危害。設(shè)計(jì)師可以連接建筑物當(dāng)?shù)慕饘俨考孕纬勺杩沽^低的網(wǎng)格狀的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與接地裝置之間相互連接以構(gòu)成接地系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師還要將智能建筑物中的接閃裝置與柱、梁、板等進(jìn)行有效的焊接，并將各種設(shè)備的金屬外殼與金屬管線之間進(jìn)行焊接，以保證其中各部件的等電位連接完好。除此之外，各種信息設(shè)備應(yīng)當(dāng)與屏蔽設(shè)備之間保持一定的距離，以充分發(fā)揮其防雷效果。

3.2.3 ?電涌保護(hù)器

通常情況下，智能建筑物均需要安裝多級電涌保護(hù)器，以達(dá)到保護(hù)內(nèi)部設(shè)備與智能系統(tǒng)的目的。電涌保護(hù)器往往能夠在瞬間導(dǎo)通分流，以避免浪涌損壞回路中的其他設(shè)備。雷擊往往會釋放較大的能量，因此工作人員需要分級進(jìn)行泄放，以逐步將雷擊能量泄放入大地。首先，工作人員在智能建筑物總配電連接箱、分配電柜中安裝電涌保護(hù)器，并將其作為第一級雷電防護(hù)，這一級主要為防護(hù)直擊雷電流;信息機(jī)房及各種控制室的配電柜中安裝的電涌保護(hù)器屬于第二級雷電防護(hù)，這一級的主要功能在于進(jìn)一步吸收前一級電涌保護(hù)器的殘留電壓;在保護(hù)設(shè)備終端安裝的電涌保護(hù)器屬于第三級雷電防護(hù)，其主要作用在于保護(hù)第二級電涌保護(hù)器的殘余雷擊能量。以需要保護(hù)設(shè)備的耐壓水平為依據(jù)，若設(shè)置兩級防雷就能夠使限制電壓位于設(shè)備的耐壓水平之下，則僅需要安裝前兩級電涌保護(hù)器;若設(shè)備的耐壓水平較低，則有時(shí)還應(yīng)當(dāng)設(shè)置第四級雷電防護(hù)以達(dá)到安全防護(hù)的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]肖志軍.復(fù)雜氣候條件下露天礦山道路修筑的幾點(diǎn)建議[J].有色金屬，2012（4）：54-55，59.

[2]吳偉民.復(fù)雜氣候條件下混凝土壩施工溫度控制技術(shù)[J].人民黃河，2013（12）：109-111，114.

[3]王紅，馬振杰，張永軍等.新疆農(nóng)牧民雷電災(zāi)害防御對策研究[J].沙漠與綠洲氣象，2014（z1）：82-84.

[4]劉曉華.智能建筑物雷電災(zāi)害防護(hù)研究[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2020（5）：141.

[5]盛海城.高層智能建筑物的綜合防雷技術(shù)探討[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（11）：30.

[6]黃磊，伍肇雄.雷電防護(hù)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用[J].卷宗，2018（33）：239.

（編輯 王永超）