建筑物雷電防護(hù)技術(shù)分析

盧鵬勝

摘 要：建筑物作為人類活動(dòng)的主要場(chǎng)所，其防雷工作極為重要。隨著高層建筑的大規(guī)模建設(shè)，這類建筑工程對(duì)防雷技術(shù)的要求也在不斷提高。

關(guān)鍵詞：建筑物;雷電防護(hù);技術(shù)要點(diǎn)

1.建筑物雷電防護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

1.1科學(xué)選用雷電防護(hù)技術(shù)

當(dāng)前隨著科技發(fā)展，電子產(chǎn)品種類越來(lái)越多，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣廣泛。但是這些電子產(chǎn)品耐沖擊電壓水平一般都低于低壓配電裝置。因此它們很容易受到電壓波動(dòng)-即浪涌電壓-的損害，所謂浪涌又稱瞬態(tài)過(guò)電壓，是在電路中出現(xiàn)的一種瞬時(shí)的電壓波動(dòng)，在電路中通常可以持續(xù)約百萬(wàn)分之一秒，比如在雷電天氣中，雷電脈沖可能會(huì)在電路中產(chǎn)生電壓波動(dòng)。

1.2明確避雷針使用要點(diǎn)

避雷針廣泛應(yīng)用于建筑防雷工程中，是常用的建筑防雷技術(shù)。它們主要由接地體、下行導(dǎo)體和空氣端裝置組成。可以通過(guò)雷電感應(yīng)將強(qiáng)電流引入地面來(lái)保護(hù)它們安全。滾球法"（Rolling ball method）是一種計(jì)算接閃器保護(hù)范圍的方法。它的計(jì)算原理為以某一規(guī)定半徑的球體，在裝有接閃器的建筑物上滾過(guò)，滾球體由于受建筑物上所安裝的接閃器的阻擋而無(wú)法觸及某些范圍，把這些范圍認(rèn)為是接閃器的保護(hù)范圍，這就是滾球法。"滾球法"是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的接閃器保護(hù)范圍計(jì)算方法之一;我國(guó)目前正在實(shí)施的建筑防雷規(guī)范GB50057-2010也采納了"滾球法"。在本行業(yè)內(nèi)大多數(shù)學(xué)者們的專著及文章中都對(duì)滾球法的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算有詳細(xì)具體的說(shuō)明。

1.3保證接地與等電位連接合理性

接地是建筑物防雷的重要組成部分。建筑裝修過(guò)程中存在大量的接地環(huán)節(jié)。這類接地雖然電流值小，但由于故障引起的短路很容易造成安全問(wèn)題，以避免安全事故。在防雷技術(shù)的應(yīng)用中，必須重視人身安全防護(hù)。對(duì)于電氣設(shè)備的外殼，接地措施的合理選擇是極其重要的。避免外殼損壞人身安全的威脅。安裝避雷針?biāo)婕暗慕拥嘏渲靡残枰茖W(xué)的開發(fā)，更好的保證建筑的安全，采用等電位連接。金屬材料，由于其一定的導(dǎo)電性能，獨(dú)立防雷裝置的等電位連接需要選擇接地位置，同時(shí)室內(nèi)等電位連接需要根據(jù)外部導(dǎo)體設(shè)置。

2.建筑物雷電防護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1工程概況

以某商業(yè)高層建筑項(xiàng)目為研究對(duì)象。該項(xiàng)目由5棟30層的高層建筑組成。每座建筑高99.8米，建筑面積17.4萬(wàn)平方米。地下一層，地下12000平方米車庫(kù)。本工程防雷技術(shù)應(yīng)用需要結(jié)合地形和工程實(shí)際情況，明確雷擊概率。通過(guò)計(jì)算可確定該工程的防雷等級(jí)為2級(jí)。本工程是建筑內(nèi)部有大量的電子信息，這類系統(tǒng)和設(shè)備往往比較昂貴和重要，其工作電壓、耐壓水平很低，極易受到雷電電磁脈沖的危害，為此需采用SPD做過(guò)電壓保護(hù)。通過(guò)防雷技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，使本項(xiàng)目具有全面、系統(tǒng)的防雷能力，具有較高的參考價(jià)值。為了直觀展示防雷技術(shù)在案例項(xiàng)目中的應(yīng)用，本節(jié)將重點(diǎn)介紹防雷總體設(shè)計(jì)、外部防雷方案、內(nèi)部防雷方案進(jìn)行深入討論。

2.2防雷整體設(shè)計(jì)

為滿足高層建筑防雷需求，本項(xiàng)目將整個(gè)建筑群視為防雷災(zāi)害的系統(tǒng)性工程，重點(diǎn)防范雷電對(duì)電子信息系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)的危害，最后確定防雷效果。

2.3外部防雷方案

為防止外部雷擊，本工程設(shè)置了接地網(wǎng)、空端裝置和下導(dǎo)體。隨著項(xiàng)目屬于一個(gè)典型高層建筑，根據(jù)“建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范”，為建筑的高度60米，均壓環(huán)需要連接每三層和金屬結(jié)構(gòu)，如外墻門窗必須與防雷設(shè)施。因此，工程建筑的引線由四個(gè)主要由焊接鋼筋，同時(shí)確保有一個(gè)每個(gè)引線在25米的距離，考慮到接地電極埋地，其大小直接影響接地電阻，本工程充分采用地下基礎(chǔ)鋼筋，在建筑物基礎(chǔ)周圍安裝鍍鋅扁鋼。規(guī)格為40m×4m，埋在建筑物外地板1米以下。為保證其耐腐蝕性能，涂刷瀝青。

2.4內(nèi)部防雷方案

作為典型的高層建筑，內(nèi)部防雷是本文研究項(xiàng)目中防雷技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。這是因?yàn)轫?xiàng)目?jī)?nèi)部有大量的電子線路和電子設(shè)備，雷電形成的強(qiáng)瞬時(shí)磁場(chǎng)容易對(duì)線路和設(shè)備造成干擾。建筑物內(nèi)部設(shè)備防雷保護(hù)的重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。在感應(yīng)雷的防護(hù)當(dāng)中，電涌保護(hù)器（SPD）是不可缺少的裝置，它能根據(jù)各種線路中出現(xiàn)的過(guò)電壓過(guò)電流及時(shí)做出反應(yīng)，泄放線路中的過(guò)電流或?qū)€路上的過(guò)電壓進(jìn)行鉗制，從而達(dá)到保護(hù)電氣設(shè)備的目的。

靜電、電涌和感應(yīng)雷的性質(zhì)一樣，都可以通過(guò)電涌保護(hù)器（SPD）加以抑制。靜電產(chǎn)生的另一種形式是由于摩擦或電子設(shè)備的高速運(yùn)行，在人體和電子設(shè)備上產(chǎn)生大量靜電電荷，人與物、物與物間易發(fā)生高壓放電現(xiàn)象，放電后極易損壞精密的電子設(shè)備;電涌日常產(chǎn)生的面很廣，如電源的開和關(guān)，電源的插拔，電梯、電閘門、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，電鉆、電焊、電氣設(shè)備損壞和電線短路等都會(huì)產(chǎn)生電涌。另外，電涌也常發(fā)生在電源系統(tǒng)內(nèi)部，電源干線、支線、發(fā)電機(jī)、變配電裝置、UPS、交直流電源、甚至電氣設(shè)備終端都可能發(fā)生[2]。與雷電相比，雖然電涌的脈沖電壓較低，但其脈沖寬、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度仍然不小，但足以干擾和損壞電氣設(shè)備。

對(duì)于具有更復(fù)雜電子系統(tǒng)的建筑來(lái)說(shuō)，雷擊對(duì)此類建筑的破壞一般不是通過(guò)電流，而是通過(guò)瞬時(shí)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由此造成的損壞將導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)無(wú)法正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓳p壞。它可能會(huì)損壞它或造成安全事故。因此，防雷技術(shù)的應(yīng)用需要嘗試提供多層次的電子系統(tǒng)保護(hù)。需要設(shè)置的終端設(shè)備，終端設(shè)備之間的輸電線路和主設(shè)備，和附近的變壓器建設(shè)方面，可以充分釋放戶外感應(yīng)過(guò)電壓，釋放內(nèi)部感應(yīng)過(guò)電壓和剩余電壓，釋放二級(jí)剩余電壓。第四級(jí)電源防雷防護(hù)一般選用電源防雷插座，對(duì)設(shè)備起到精細(xì)保護(hù)。電源浪涌保護(hù)器由于終端設(shè)備離前級(jí)浪涌保護(hù)器距離較大，從而使得該線路上容易產(chǎn)生振蕩過(guò)電壓或感應(yīng)到其他過(guò)電壓。適用于終端設(shè)備的精細(xì)電源浪涌保護(hù)，與前級(jí)浪涌保護(hù)器配合使用，則保護(hù)效果更好。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)大多由大規(guī)模集成電路組成，微電子器件的絕緣強(qiáng)度低，而這些敏感電子設(shè)備的工作電壓卻在不斷降低，其數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，因而它們受過(guò)電壓特別是雷電襲擊而受到損害的可能性就大大增加，其后果可能使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中斷，并造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。雷電和浪涌電壓成為信息時(shí)代的一大公害。

綜上所述，建筑防雷技術(shù)的應(yīng)用具有很高的必要性。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)選擇防雷技術(shù)，闡明避雷針使用要點(diǎn)，整體防雷設(shè)計(jì)，外部防雷方案，內(nèi)部防雷方案，直觀展示了防雷技術(shù)的應(yīng)用路徑。

參考文獻(xiàn)：

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