復雜氣候條件下智能建筑物雷電災害技術研究

李晨

摘 要：新疆地理、氣候條件等因素導致該地區雷電災害頻發，由此對智能建筑物的影響相當嚴峻。基于此，文章首先針對新疆復雜氣候條件進行概述，后重點針對智能建筑物雷電災害提出切實可行的雷電災害技術，以期能夠為保證智能建筑物的安全性及其中電子電器設備及人員安全等提供一定的借鑒與參考。

關鍵詞：雷電;智能建筑物;雷電災害;新疆

1 ? 新疆復雜氣候條件概述

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

當地地形與氣候等因素導致該地區極易發生雷電災害。文章對全疆2005—2013年的雷電災害次數進行統計得出，新疆年雷電災害次數呈現出明顯的波動變化，累計出現雷電災害114起，年平均出現雷電災害12.7 起，其中， ? ? 2005年出現雷電災害次數最多，有35起，2009年雷電災害次數最少，有4起。2005—2009年雷電災害次數呈減少趨勢，自2009年之后年雷電災害次數有所增加。對雷電災害出現的月份進行統計得出，雷電災害集中出現在3—9月份，而10月至2月份未出現過雷電災害。其中以5—8月份出現頻率最高，占據90%以上。對全疆雷電災害的空間分布進行統計得出，新疆阿勒泰地區與伊犁地區雷電災害次數最多，分別出現22起與20起[2-3]。

雷電作為聯合國減災委員會發布的“最嚴重的十大自然災害”之一，不僅會造成一定的經濟財產損失，嚴重時還會出現人員傷亡。因此，做好雷電災害的防御工作刻不容緩。

2 ? 智能建筑物雷電災害分析

近年來，隨著城市規模的大幅增加，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備、網絡設備、自動控制等現代電子設備，由于其具有絕緣強度低、過電流與過電壓耐受能力差、對電磁干擾敏感等特點，導致雷擊概率明顯增加[4-5]。

一旦發生雷電災害，必然會嚴重威脅到智能建筑物的安全性，通常表現為以下幾點：（1）智能建筑物遭受雷擊，人們入室一旦與相關的電子設備相互接觸，勢必會引發嚴重的人員傷亡事故。（2）一些智能建筑物當中導線的絕緣皮層出現破損，一旦出現雷擊，智能建筑物內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，在規定時間內無法準時傳輸到建筑物內部的相關裝置上，進而影響到電子信息設備的靈敏度。（4）一旦遭受雷擊，極易導致智能建筑物的結構遭到損壞，進而嚴重影響智能建筑物的安全穩定性。（5）如果發生明顯的雷電襲擊，其局部的電壓、電流將會在極短的時間內大幅上升，最終引發火災事故。（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。若無法及時響應相關設備的操作請求，必然會導致事故發生頻率增加。

3 ? 復雜氣候條件下智能建筑物雷電災害技術

3.1 ?外部防雷

3.1.1 ?接閃器

為保證智能建筑物內部各種電子設備的安全性與穩定性，智能建筑物在防雷設計時應當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格，位于屋面以上的金屬物應當與避雷網一起做好電氣連接。智能建筑物在防雷設計時應當沿著建筑物的周圍布設避雷帶，而且還要在部分關鍵點布局避雷針以達到保護建筑物的目的。另外，如果建筑物屋面上安裝有消防管、暖氣管等管道，應當在管道布設區域做好接地操作，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，在防雷設計時，設計師應當在高于智能建筑物45 m以上的位置處布設均壓環。一般情況下，應當在建筑物與地面相距30 m的位置處布設均壓環，之后每層還要使用規格為40 mm×4 mm的鍍鋅扁鋼進行防雷。在智能建筑物當中安裝均壓環時，工作人員應當使其與建筑物外墻邊緣的各個引下線相互連接，同時還要保留金屬的等電位，以確保焊接的均壓環與標準要求相符。

3.1.2 ?引下線

布設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部的對角主筋作為引下線，不僅經濟而且適用。而且建筑物當中的鋼柱、金屬煙囪與消防梯等都可以用作引下線。通常情況下，每座建筑物應當布設不少于2根引下線，而且引下線應當沿著建筑物的四周進行均勻布設。一級建筑物引下線之間的平均距離應當不大于12 m，二級引下線之間的平均距離應當不大于18 m，三級引下線應當不大于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工作的一項關鍵措施，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。設計師在設計接地裝置時應當首先考慮智能建筑物當中的自然接地體，例如鋼筋、柱子等。若自然接地體不符合標準要求，則應當增設人工接地裝置。通常情況下，設計師多使用共用接地系統，即使電源工作接地、防雷接地、安全保護接地、直流工作接地等共同形成一個接地裝置，并要求接地電阻值不大于4 Ω。

3.2 ?內部防雷

3.2.1 ?屏蔽

屏蔽指的是使用金屬網、管子、箔等將被保護對象包圍起來，將雷擊形成的電磁脈沖通道阻斷的一種電子設備，使用這一設備將明顯增加雷電入侵的難度，在保護智能建筑物內部電子信息設備中發揮著重要作用。在實際設計過程中，設計師可以以智能建筑物自身的鋼筋混凝土結構為依據，將其中的墻面、地板、梁、柱內鋼筋等形成一個六面體的網籠。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，又能使建筑物內部達到分流與均壓的效果。另外，還應當合理進行布線，使用金屬包絡線做好屏蔽工作，也可以將線路埋設在金屬管道中，并使用金屬殼等對設備進行評估，以盡可能屏蔽電磁脈沖，進而大大減少智能建筑物當中出現浪涌及感應回路的概率。

3.2.2 ?等電位連接

為有效保護電子設備，設計師通常應當建立等電位連接，使智能建筑物內部各區域的電位保持一致，不僅能夠有效防止產生雷電電磁脈沖，還能避免其中出現反擊電壓或接觸電壓進而造成嚴重危害。設計師可以連接建筑物當的金屬部件，以形成阻抗力較低的網格狀的等電位連接網絡，并與接地裝置之間相互連接以構成接地系統，設計師還要將智能建筑物中的接閃裝置與柱、梁、板等進行有效的焊接，并將各種設備的金屬外殼與金屬管線之間進行焊接，以保證其中各部件的等電位連接完好。除此之外，各種信息設備應當與屏蔽設備之間保持一定的距離，以充分發揮其防雷效果。

3.2.3 ?電涌保護器

通常情況下，智能建筑物均需要安裝多級電涌保護器，以達到保護內部設備與智能系統的目的。電涌保護器往往能夠在瞬間導通分流，以避免浪涌損壞回路中的其他設備。雷擊往往會釋放較大的能量，因此工作人員需要分級進行泄放，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器，并將其作為第一級雷電防護，這一級主要為防護直擊雷電流;信息機房及各種控制室的配電柜中安裝的電涌保護器屬于第二級雷電防護，這一級的主要功能在于進一步吸收前一級電涌保護器的殘留電壓;在保護設備終端安裝的電涌保護器屬于第三級雷電防護，其主要作用在于保護第二級電涌保護器的殘余雷擊能量。以需要保護設備的耐壓水平為依據，若設置兩級防雷就能夠使限制電壓位于設備的耐壓水平之下，則僅需要安裝前兩級電涌保護器;若設備的耐壓水平較低，則有時還應當設置第四級雷電防護以達到安全防護的目的。

[參考文獻]

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

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

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

[4]劉曉華.智能建筑物雷電災害防護研究[J].農村實用技術，2020（5）：141.

[5]盛海城.高層智能建筑物的綜合防雷技術探討[J].湖北農機化，2019（11）：30.

[6]黃磊，伍肇雄.雷電防護技術在智能建筑中的應用[J].卷宗，2018（33）：239.

（編輯 王永超）