防雷設(shè)施在城市建筑中的應(yīng)用探析

浦益

摘 要：隨著建筑物的規(guī)模不斷擴大，其內(nèi)各種電氣設(shè)備的使用日趨增多，尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，建筑物越來越多采用各種信息化的電氣設(shè)備。我國每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的事件時有發(fā)生，所造成的損失非常巨大。因此建筑物的防雷設(shè)計就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：防雷設(shè)施 城市建筑 應(yīng)用

前言

傳統(tǒng)的防雷技術(shù)是在高大的建筑物樓頂或其附近，安裝防直擊雷的防護裝置。這種防雷裝置是由接閃器、引下線和接地體三部分組成。安裝這種防護裝置的目的是將強大的雷電電流，按照設(shè)計的通道泄放到大地。也就是由設(shè)在建筑物頂端的接閃器攔截雷電電流，之后通過導電通暢的引下線，引導到電阻值很小的接地體泄入到大地。這是屬于防直擊雷的措施，一般我們稱之為外部防雷。

當雷擊發(fā)生時，建筑物的外部防雷裝置確實有效地防御了雷擊對建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，防止和減少了火災(zāi)和人身傷亡。但它并不能保護建筑物內(nèi)的電氣系統(tǒng)和電子系統(tǒng)免遭雷擊。因為，首先當雷電流快速泄放到大地的同時，在空中就會產(chǎn)生一個強大的變化磁場，處在這個強力變化磁場作用范圍內(nèi)的所有電氣和電子系統(tǒng)的線路和設(shè)備，都會因為切割了磁場的磁力線而感應(yīng)產(chǎn)生出電涌電流，輕則會產(chǎn)生誤動作，重則會造成設(shè)備損壞。原因之二，雷擊發(fā)生時雷電流可能擊中架空的電力線或通信線，也可能擊在這些金屬線纜附近而感應(yīng)出電涌電流。這些電涌電流會沿著金屬線纜進入電氣和電子系統(tǒng)，造成破壞。

通過感應(yīng)磁場的效應(yīng)即“場”的作用；以及通過線路雷電流侵入即“路”的作用統(tǒng)稱為雷擊電磁脈沖，也有的稱為二次雷擊。這種二次雷擊的破壞，不象直擊雷那樣伴隨著強烈的電閃雷鳴，而是在人們看不見的感應(yīng)磁場中發(fā)生的。由此可見，雷擊電磁脈沖的破壞作用是悄然發(fā)生，不易察覺，但后果遠比直擊雷嚴重得多。防御雷擊電磁脈沖的技術(shù)可稱為“內(nèi)部防雷”。外部防雷與內(nèi)部防雷共同組成了系統(tǒng)的綜合防雷體系。

1、建筑物防雷的分類

建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果、按防雷要求分為三類。

1.1 應(yīng)劃為第一類防雷建筑物

1.1.1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。

1.1.2具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。

1.1.3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，會造成巨大坡壞和人身傷亡者。

1.2 應(yīng)劃為第二類防雷建筑物

1.2.1國家級重點文物保護的建筑物。

1.2.2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。

1.2.3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(shè)備的建筑。

1.2.4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。

1.2.5具有1區(qū)爆危險環(huán)境的建筑物，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。

1.3 應(yīng)劃為第三類防雷建筑物

1.3.1省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。

1.3.2預計雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其重要或人員密集的公共建筑物。

1.3.3預計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。

1.3.4預計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a的一般性工業(yè)建筑物。

1.3.5根據(jù)雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當?shù)貧庀蟆⒌匦巍⒌刭|(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險環(huán)境。

1.3.6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。

2、建筑物防雷的具體應(yīng)用

2.1 綜合性防雷

綜合性系統(tǒng)防雷工程的第一道防線，就是攔截直擊雷。最經(jīng)濟、最有效的方法，仍然是采用安裝包括接閃器、引下線和接地體在內(nèi)的防直擊雷防護裝置的方法。作為攔截雷電的接閃器—避雷針，其保護的范圍是有一定限制的。在防雷工程設(shè)計時，對建筑物的直擊雷防護，要通過滾球法計算來確定設(shè)置避雷針的高度，或采用多根避雷針來覆蓋被保護的建筑物。當接閃器接閃后，為了分流，可能需要多根引下線將雷電流引下，這就好比使用多條河道或拓寬了河道以泄洪水。大地是泄放雷電流的最好場所，如同海納百川一樣。如果接地裝置的接地電阻很低，則雷電流的泄放速度更會加快。如果接地電阻值較高，根據(jù)歐姆定理U=R0I，當電流值一定時，引下線上的電位會因接地電阻值較高而增大，此時可能對引下線周邊的物體發(fā)生閃絡(luò)。好比象洪水因泄流不暢，而漫出大堤的效果一樣。

2.2 屏蔽措施

屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一，屏蔽的目的，一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播。空中的雷擊電磁場是無孔不入，特別是對磚木結(jié)構(gòu)的建筑物以及鋼筋結(jié)構(gòu)建筑物的非金屬門窗這樣的“洞”，強的雷擊電磁場會輕易地鉆進來破壞設(shè)備。對于電子設(shè)備的屏蔽，主要依賴其外殼。對于屏蔽要求很高的設(shè)備，應(yīng)設(shè)置專用的屏蔽室。因此，當被保護的電子設(shè)備比較重要，同時耐磁場強度較弱時，就要采用金屬網(wǎng)或金屬板組成的屏蔽室，將設(shè)備屏蔽起來的措施予以保護。這也就如同防洪中，加固堤防的措施一樣。

2.3 等電位連接

等電位連接也稱作均壓。我們知道，站在地上的人觸摸電線就會被電擊，而在高壓線上作業(yè)的工人不會被高壓電電擊，原因是他與高壓線的高電壓是等電位的，由于沒有電位差，所以沒有電流流過，就不會被電擊。同樣道理，為了保證設(shè)備和操作人員的安全，各類電器設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備均應(yīng)采取等電位連接的措施。就是把各類設(shè)備包括所有的導體，都要做到良好的導電性連接，并且還要與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導體可直接用導線連接，帶電導體通過電涌保護器（SPD）連接。其目的是使所有的設(shè)備和導體與接地系統(tǒng)做到電位均衡連接，也就是所有導電部件之間不能存在顯著的電位差，導電部件與接地系統(tǒng)之間也就不會產(chǎn)生電位差，從而形成電位相等的電磁環(huán)境，這樣就組成了一個安全的電位補償系統(tǒng)。具體地講，就是對進入建筑物的所有金屬導體、管道、電纜的外屏蔽層，都做等電位連接與接地。而對于配置有電子信息系統(tǒng)設(shè)備的機房內(nèi)，應(yīng)設(shè)等電位連接端子板，端子板也應(yīng)可靠接地。機房內(nèi)的電氣設(shè)備和電子設(shè)備的金屬外殼、機柜、機架、屏蔽線外層以及在電源通道、天饋通道和信號通道上加裝的各種SPD，都要以最短的距離就近與等電位連接端子板連接。

2.4 防閃絡(luò)措施

所謂閃絡(luò)現(xiàn)象就是，電流傳導過程中在導體之間跨越絕緣體產(chǎn)生電弧，從而改變了電流傳遞通道。產(chǎn)生電弧的主要原因是電弧兩端的導體之間電位差很大，距離又很近，從而擊穿了絕緣體，如空氣或土壤等介質(zhì)。因此，為防止閃絡(luò)的發(fā)生，可以采取隔離或保持安全距離的方法。如外露外引下線使用耐100kV的絕緣層隔離以防止對人體和其他導體的閃絡(luò)；在引下線入地處鋪設(shè)厚度為5cm以上的瀝青層使其3m范圍內(nèi)的土壤地表層電阻率大于5kΩ.m防止跨步電壓等。這也是如同在防洪中加固大堤，防止洪水溢出。當然防止閃絡(luò)還有其他的措施，如：采取等電位連接，使閃絡(luò)的兩端等電位；用網(wǎng)狀接地裝置對地面作均衡電位處理以防止跨步電壓等。

3、結(jié)束語

對高層建筑物的防雷設(shè)計來講，每一個建筑物都有不同的設(shè)計方案，本文是針對某一高層建筑防雷設(shè)計的實際情況出發(fā)進行探討的，不能千篇一律的將其賦予每一個建筑物，確保防雷設(shè)計方案能夠做到合理有效，防止或者減少雷電事故的發(fā)生。