建筑物防雷設計中幾個應注意的問題

1 建筑物防雷等級的確定問題

在防雷設計中，一、二類防雷建筑物的設計考慮得基本全面，而對于三類防雷及等級以外的建筑物防雷，大多設計人員不對此類建筑物年預計雷擊次數N進行計算，使許多不需設計防雷的建筑物而設計了防雷措施，設計保守，浪費了大量人力、財力、物力。

例如：在地勢平坦的住宅小區內部設計一棟住宅樓：建筑物高度H=7m、10m、15m、20m四種不同的高度，三個單元，其中：長L=60m，寬w=13m，當地年平均雷暴日Ta=41.5d／a，校正系數K值分別取1.1.5，1.7，2，進行計算N值，計算結果見附表1從表1中的數據可知，

a當K=1時，舉例中的15米建筑物均N<0.05需設置防雷設施。

b，當K=1.5時，即建筑物在河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的或特別潮濕的建筑物，在高度達15m或以上者，必須按第三類防雷建筑物采取防雷措施。

c，當K＝1.7時，即金屬屋面的磚木結構的建筑物，高度達10m以上者，必須按第三類防雷建筑物采取防雷措施。

d，當K=2時，即建筑物位于曠野孤立的位置，高度達7m兩層以上者。均必須按第三類防雷建筑物采取防雷措施。

由此可見，有的建筑物在15m的高度，卻不需設置防雷措施，而有的建筑物高度在7 m，就必須設置三級防雷措施。關鍵因素在于建筑所處的地理位置、環境、土質和雷電活動情況及建筑物結構材料所決定。

因此，設計人員對民用建筑物的防雷設計必須根據當地年平均雷暴日數對建筑物年預計雷擊次數進行計算，根據計算結果，結合建筑物具體所處的地理環境，確定是否設置防雷設施。

2 防雷電電磁脈沖

隨著現代科學技術的進步，電子技術日益向高頻率、高精度、高靈敏度和高可靠性方向發展，成為當今智能化建筑不可缺少的組成部分，進而也就使雷電電磁脈沖的干擾成為建筑物內部電子設備的突出事故，因此必須得到電磁兼容和安全可靠的防護措施，這一點往往在防雷設計中容易被忽視。

雷電電磁脈沖的干擾主要指以下3種情況：①自然界天空中雷電波的磁輻射對建筑物內部電氣設備的電磁干擾：②當建筑物防雷裝置接閃后，強大的雷電流對內部電氣設備的電磁干擾：由外部的各種架空或電纜線路引來的電磁波對內部電氣設備干擾等。

防這些電磁干擾的理想設計方案是在做好建筑物外部防雷措施的基礎上，首先就是盡量利用建筑物的各種鋼筋混凝土結構中的頂板、地板、墻面和梁柱內的鋼筋網使其構成一個6面體的網籠，即籠式避雷網，使其達到屏蔽條件。屏蔽做得好，不僅能防空間電磁波的輻射，對建筑內部的分流和均壓也能達到最佳效果。當然屏蔽應根據不同性質的設備，在電子設備較為集中的房間、區域設置，否則會大大增加建筑物不必要的投資。

其次，防雷電電磁脈沖對室內的布線要求顯得非常重要，由于作為引下線的鋼筋混凝土柱子內的鋼筋和全樓的屏蔽網都在外墻處，雷電流由此鋼筋引到接地裝置上，所以外墻處的電流密度大，其周圍的電磁場也強，因此建筑物中的電源和通信等的主干線不要放在靠近外墻處，最好設在太樓的中心部位，若電梯井在中心部位。可以靠在電梯并的旁邊，建筑物內的各種饋線都最好穿金屬管敷設，特殊要求的線路電源則還應加隔離變壓器、穩壓、穩頻和濾波裝置等；再就是要做好電子設備的各種接地、低壓供電系統應采用TN-S系統：為了防雷電電磁脈沖的侵入，建筑物的電源、電話、廣播線等最好采用埋地電纜引入，并采用鎧裝電纜，外皮接地。3總等電位連接在共用接地裝置防雷系統中的作用

在GB 50057-94的規定中，對于二類建筑的防直擊雷措施的裝置應放在建筑物上且須采取嚴格的總等電位連接措施，否則，當雷電沖擊電流流過共同接地裝置時，使接地裝置的電位升高；造成雷電反擊，引起火花放電導致火災，還會造成嚴重的觸電事故。現簡要分析如下：

我們知道當雷電流流過防雷裝置時，在防雷裝置地上高度hx處的電位為：

U=UR+UL=IR1+Lohxdi/dt其中：ur為雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電阻電壓降kv

ul為雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感電壓降(kv)

Ri為接地裝置的沖擊接地電阻

di/dt為雷電流陡度kA/us

I為雷電流幅值(KA)

L0為引下線的單位長度上的電感(u H／m)，取其等于1.5u H／m。

依規范中給出的各項最小值計算。取I=100kA；R=1；因計算的是在公用接地電阻上的壓降，故不考慮Loxhx*di/dt部分，也不考慮分流系數的影響，得UR=IR1=100x1=100(kv)；這樣高的電壓沿PE線傳播，如果不采取總等電位聯結或總等電位聯結不可靠徹底，假設某鋼窗結構未可靠聯結，臨近又有用電設備，則在雷電接閃時，用電設備外殼上與鋼窗之間的瞬間電位差將為100kV。人如果同時觸及后果不堪設想，即便人不觸及，如果電氣設備外殼與此鋼窗相距較近，則它們中間的空氣間隙也易被擊穿，引起火花放電，導致火災發生。另外，根據IEC標準，室內低壓裝置的耐沖擊電壓最高僅為6kV，而通過上面計算得出的100kV沖擊電壓足以擊穿低壓配電裝置的絕緣設施，造成短路，發生火花，損壞設備，是非常危險的。所以在總電源箱進線處的相導體與地之間必須裝設過電壓保護器，這在規范中有明確規定，是防雷設計中比較重要的問題之一。

4 在線SPD檢測問題

SPD主要指浪涌保護器，為現代防雷的主要組成部分。安裝在低壓供電線路的SPD，其用材有放電管與氧化鋅閥片組合件以及氧化鋅閥片組合件。信息傳輸線路上的SPD其用材有放電管，放電管、壓敏電阻組合件，放電管、抑制二極管組合件，放電管、壓敏電阻及抑制二極管組合件。只有純氧化鋅閥片組合件的SPD才可用“壓敏電壓測試儀”進行離線檢測，對于不可插拔的SPD離線檢測相對麻煩：如果僅測試氧化鋅閥片壓敏電壓，尚不能判定SPD的是否合格。同理，用“泄漏電流Ite測試儀”也僅可離線測試氧化鋅閥片的漏電流1le值。市場上有一種便攜式“雷電電涌測試儀”，測試儀提供1.2／50u s-8／20p s組合波的6 kV／3kA可調模擬電涌，廠家說明書稱：可做放電間隙放電(動作)電壓、MOV型SPD限制電壓殘壓的測試。當然，一般也需要離線檢測。SPD長期在線運行，一方面抗御雷擊脈沖的侵擾，另一方面也在自然老化，SPD運行期間，會因長時間工作或因處在惡劣環境中老化，也可能因受雷擊電涌而引起性能下降、失效等故障。一旦SPD處于劣化，使用ZnO壓敏材料的器件，由于壓敏電阻性能劣化。可導致溫度升高，引起壓敏電阻熱崩潰，從而導致漏電流增大且防護功能失效，嚴重時可發生器件爆炸、起火。一旦發生雷災，如何鑒定SPD是否失效，一直是防雷界的困擾問題。近年來國內外防雷界的科學工作者正積極展開更科學的探索與研究。筆者認為“在線雷擊過電流智能監測、管理系統”才是實時、動態監測記錄雷擊、判別在線SPD正常與否的最有效工具。

5 總結

通過對實際問題的分析，可總結歸納為以下幾點在防雷設計中應該重視的問題：

在對建筑物防雷等級的確定中，由于一些原因而產生偏差：

在現代建筑物的防雷設計除了傳統的防直雷擊，防雷電感和防雷電波侵入外，還應包括防雷電電磁脈；中：

對于采用共用接地裝置的建筑物來說，必須經行可靠徹底的總等電位聯結，并應在電源引人的總配電箱處裝設過電壓保護器。

綜上所述，建筑物的防雷設計是一項系統性工程，必須和建筑物的整體結構、供配電系統、布線系統等設計統一考慮，才能達到良好的保護效果。

(編輯／陳志華)