屋面防雷措施常見問(wèn)題分析

朱奎榮, 馬金福

(湖州市氣象局, 浙江 湖州 313000)

0 引 言

建筑物的防雷裝置屬于建筑電氣的一部分,由于相關(guān)技術(shù)人員對(duì)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范或防雷設(shè)施安裝工藝的理解程度不同,導(dǎo)致建筑物的屋面防雷設(shè)計(jì)和施工中出現(xiàn)一些不合理或不符合相關(guān)規(guī)范要求的情況,從而增加了建筑物的防雷風(fēng)險(xiǎn)。本文結(jié)合相關(guān)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范,對(duì)屋面防雷措施中的常見問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 屋面金屬物體接地的問(wèn)題

1.1 存在問(wèn)題

為確保屋面金屬物體(包括屋面用電設(shè)備)在遭受雷擊時(shí)能將雷電流迅速釋放,GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的第11.3.2條第3款以及GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的第4.3.2條第2款均規(guī)定了第二、第三類防雷建筑物的屋面金屬物體應(yīng)和屋面防雷裝置相連。但在實(shí)際設(shè)計(jì)與施工中,屋面金屬物體基本是與接閃器直接相連的。

屋面金屬物體與防雷裝置的連接方式,要保證雷擊金屬物體或接閃器時(shí),雷電流能快速釋放及充分分流,以減少雷電流對(duì)金屬物體及與之相關(guān)聯(lián)人員、設(shè)備的危害。而屋面金屬物體與接閃器直接相連的連接方式雖然符合規(guī)范要求,但存在以下安全隱患。

(1) 在金屬物體上易產(chǎn)生過(guò)高的電壓降。當(dāng)雷擊金屬物體時(shí),雷電流沿金屬物體的接地線進(jìn)入接閃器,再經(jīng)接閃器的引下點(diǎn)分流,進(jìn)入建筑物的金屬構(gòu)架后流入大地。較長(zhǎng)的釋放通道以及較少的引下分流點(diǎn)使得雷電流在金屬物體上產(chǎn)生較高的電壓降,極易造成人員傷亡或設(shè)備損壞。

(2) 通過(guò)金屬物體進(jìn)入室內(nèi)的雷電流可能過(guò)大。當(dāng)雷擊接閃器時(shí),根據(jù)接閃器的閉合情況及引下線根數(shù)等條件,流經(jīng)連接到接閃器的屋面金屬物體的最大雷電流可按總雷電流的44%或66%計(jì)算[1],較大的雷電流通過(guò)金屬物體進(jìn)入室內(nèi),極易造成人員傷亡或設(shè)備損壞。

1.2 解決方案

張小青[2]利用計(jì)算機(jī)編程對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑物防雷系統(tǒng)的雷電暫態(tài)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算后,認(rèn)為雷擊點(diǎn)的位置對(duì)防雷系統(tǒng)中暫態(tài)電流分布有明顯的影響。不少學(xué)者[2-6]也對(duì)雷電流在建筑物的分布情況進(jìn)行了研究,其結(jié)果也證實(shí)了雷電流在建筑物頂層分布不均勻的情況確實(shí)存在。

分析張小青、李云峰等學(xué)者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[2-3],其結(jié)論可歸納為:① 位于雷擊點(diǎn)附近的導(dǎo)體通過(guò)的雷電流最大;② 分流點(diǎn)越多,引下點(diǎn)越多,離雷擊點(diǎn)越遠(yuǎn)的導(dǎo)體,通過(guò)的雷電流越低;③ 雷電流主要沿外圈導(dǎo)體流動(dòng)。

根據(jù)上述結(jié)論,屋面金屬物體的接地點(diǎn)既要遠(yuǎn)離接閃器,又要有較多的引下分流通道,故其與建筑物水平結(jié)構(gòu)鋼筋(不與接閃器直接連接的部分)相連接是最優(yōu)方案,理由如下。

(1) 水平結(jié)構(gòu)鋼筋一般處在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi),被雷擊的概率極低。

(2) 當(dāng)雷擊金屬物體時(shí),雷電流沿金屬物體的接地線就近進(jìn)入建筑物金屬構(gòu)架,縮短了雷電流的釋放途徑,而且接地線與屋面鋼筋相互連接,分流點(diǎn)眾多,雷電流能迅速分流,因此能有效降低雷電流在金屬物體上產(chǎn)生的電壓降。

(3) 當(dāng)雷擊接閃器時(shí),由于金屬物體沒(méi)有與接閃器直接相連,不參與雷電流在接閃器的分流,通過(guò)金屬物體進(jìn)入室內(nèi)的雷電流僅為雷電流沿接閃器進(jìn)入建筑物金屬構(gòu)架分流后的一小部分,從而能有效降低沿金屬物體進(jìn)入室內(nèi)的雷電流。

2 接閃短桿+暗敷連接敷設(shè)方式帶存在的問(wèn)題

2.1 接閃短桿+暗敷連接帶的敷設(shè)方式

建筑電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)接閃器的設(shè)置方式有其習(xí)慣做法,如浙江省某些地市的設(shè)計(jì)人員常根據(jù)浙江省的施工圖集《民用建筑防雷與接地》(2004浙D2)的要求采用接閃短桿+暗敷連接帶的組合方式保護(hù)建筑物,接閃短桿+暗敷連接帶示意圖如圖1所示。

圖1 接閃短桿+暗敷連接帶示意圖

2.2 接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、施工圖集《民用建筑防雷與接地》(2004浙D2)和《建筑物防雷設(shè)施安裝》(15D501)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際等情況,對(duì)接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶兩種敷設(shè)方式在保護(hù)范圍、材料成本、焊接要求、施工監(jiān)管、防雷檢測(cè)、日常維護(hù)、使用安全等進(jìn)行對(duì)比。接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

由表1可知,接閃短桿+暗敷連接帶的敷設(shè)方式只在日常維護(hù)方面占優(yōu),而明敷接閃帶的敷設(shè)方式在保護(hù)范圍、材料成本、施工過(guò)程、防雷檢測(cè)、使用安全等方面均占優(yōu)。故不建議采用接閃短桿+暗敷連接帶的組合方式保護(hù)建筑物。

3 接閃器保護(hù)范圍存在的問(wèn)題

3.1 在屋角及檐角處漏設(shè)接閃短桿

接閃短桿+暗敷連接帶的示意圖如圖2所示。在實(shí)際防雷工程中,存在未將接閃短桿設(shè)置在屋角、檐角等易遭雷擊部位的現(xiàn)象。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因是:部分設(shè)計(jì)人員采用接閃帶的設(shè)計(jì)思維來(lái)繪制接閃短桿+暗敷連接帶的敷設(shè)圖紙,因此在屋角、檐角處漏設(shè)接閃短桿,而施工人員只按圖施工,并未糾正此種錯(cuò)誤,如圖2(a)所示。

圖2 接閃短桿+暗敷連接帶的示意圖

在接閃帶的設(shè)計(jì)圖紙中,“×”表示支撐架,在屋角、檐角處是否需要設(shè)置支撐架可根據(jù)實(shí)際情況而定;而在接閃短桿+暗敷連接帶的設(shè)計(jì)圖紙中,“×”表示接閃短桿,由于屋角、檐角為雷擊率最高的部位,故應(yīng)在屋角、檐角處設(shè)置接閃短桿。

解決方法:① 設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思維,在屋角、檐角處增加代表接閃短桿的設(shè)計(jì)圖例,如圖2(b)所示;② 加強(qiáng)施工人員的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn),把好防雷施工的質(zhì)量。

3.2 接閃帶、接閃短桿未沿女兒墻的外邊緣處設(shè)置

接閃器在女兒墻處的示意圖如圖3所示。在實(shí)際防雷工程中,存在接閃帶、接閃短桿未沿女兒墻的外邊緣處設(shè)置,從而產(chǎn)生接閃器不能完全保護(hù)到建筑物的情況。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是:部分設(shè)計(jì)人員未詳細(xì)計(jì)算接閃器的保護(hù)范圍,直接將接閃帶、接閃短桿的圖例繪制在女兒墻的中間,而施工人員只按圖施工,并未糾正此種錯(cuò)誤,如圖3(a)所示。

圖3 接閃器在女兒墻處的示意圖

解決方法:① 增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的責(zé)任心,根據(jù)接閃器的保護(hù)范圍計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)接閃器的敷設(shè)位置,如圖3(b)所示,或另附圖說(shuō)明接閃帶、接閃短桿的敷設(shè)位置;② 加強(qiáng)施工人員的專業(yè)培訓(xùn),把好防雷施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

屋面金屬物體就近與建筑物水平結(jié)構(gòu)鋼筋直接連接,能有效保證雷電流的快速釋放及充分分流,從而減少雷電產(chǎn)生危害,故建議每隔一段距離在屋面預(yù)留與建筑物水平結(jié)構(gòu)鋼筋相連接的接地端,方便屋面金屬物體的接地。

明敷接閃帶較之接閃短桿+暗敷連接帶在保護(hù)范圍、材料成本、施工過(guò)程、防雷檢測(cè)、使用安全等方面占優(yōu),故建議在條件允許的情況下采用明敷接閃帶的敷設(shè)方式。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意屋角、檐角等易遭雷擊部位的接閃短桿漏設(shè)和接閃器未沿女兒墻的外邊緣處設(shè)置的問(wèn)題;施工人員應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)培訓(xùn),把好防雷施工質(zhì)量。