建筑防雷综合述论

建筑防雷综合述论

邹杰

关键词:建筑物防雷保护原理

一、雷电过电压入侵建筑物电气设备的形式

雷云放电是大气中的一种自然现象,由雷电引起的过电压,称为大气过电压,又称雷电过电压。雷电过电压入侵电器设备的形式有两种：直接雷和感应雷。雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直击雷;由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成的雷击称为感应雷。由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：(1)由供电电源线路入

侵;(2)由建筑物内计算机通信等信息线路入侵;(3)地电位反击电压通过接地体入侵;对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容;设计的合理与否,对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。

二、综合防雷保护措施

1.外部防雷

外部防雷主要指建筑物的防雷,一般是防止建筑物或设施(含室外独立电子设备)免遭直击雷危害,其技术措施可分接闪器(避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器)、引下线、接地体和法拉第笼。(1)接闪器——根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等,决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网联合接闪方式。(2)引下线——断面积足够大,连接牢固。(3)接地体——根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》(2000年版),建筑物的防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置(对于室外独立设备可以采用独立接地),并宜与埋地金属管道相连接;某些设备制造厂商有特殊接地要求,将直流地与其它六个地分开以避免电磁干扰和零地电压升高。

2.内部防雷

内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的电子设备(或室外独立电子设备)加装过压保护装置,在设备受到过电压侵袭时,防雷保护装置能快速动作泄放能量,从而保护设备免受损坏。内部防雷又可分为电源线路防雷和信号线路防雷。(1)电源线路防雷电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备,以及防止线缆遭受二次感应,一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的首级电源避雷器,二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装次级或末级电源避雷器。为了确保遭受雷击时,高电压首先经过首级电源避雷器,然后再经过次级或末级电源避雷器,首级电源避雷器和次级电源避雷器之间的距离要大于5米,如果两者间距不够,可采用带线圈的防雷箱,这样可以避免次级或末级级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。

(2)信号线路防雷。由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量,因此要求网络通信设备(包括消防报警设备、视频监控设备、计算机网络设备等)能够承受较高能量的瞬时冲击,而目前大部分通信设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降,通信设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多,其后果是可能造成整个通信系统的运行中断,消防系统失灵等,因此必须在网络通信口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护,选取适当保护装置非常重要,应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。通信接口避雷器考虑的主要因素如下：(1)线路上可能感应的浪涌形式(例如波形、时间参数和最大峰值);(2)接口电路模拟雷电冲击击穿电压临界指标;(3)保护对象在正常工作状态下的数据信号电平;(4)保护装置在模拟雷电冲击下的残压参数指标;(5)保护装置的耐冲击能力;(6)系统的工作频率;(7)保护对象的接口方式;(8)工作电压。

三、防雷保护设计涉及的几个重要因素

(1)接闪功能：指实现接闪功能所应具备的条件,包括接闪器的形式(避雷针、避雷带和避雷网)、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。(2)分流影响：指引下线对分流效果的影响。引下线的粗细和数量直接影响分流效果,引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高,引下线很长时,应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流,而且还可以降低反击电压。(3)均衡电位：指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体,建筑物内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。(4)屏蔽作用：屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施,不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰,而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低,有时附近打雷或接闪时,也会受到雷电波的电磁辐射的影响,甚至在其他建筑物接闪时,还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此,我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋,使其构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,从而实现屏蔽。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有

密,钢筋密度不够时,设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解,而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外,建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。(5)接地效果：指接地效果的好坏。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之

一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好和最经济。(6)合理布线：指如何布线才能获得最好的综合效果。现代化的建筑物都离不开照明、动力、电话、电视和计算机等设备的管线,在防雷设计中,必须考虑防雷系统与这些管线的关系。

参考文献：

[1]朱林根.21世纪建筑电气设计手册下册[M]北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2]中南建筑设计院.建筑物防雷设计安装[M].北京：中国建筑标准设计研究所出版,1999.

[3]王志宇,潘灵芝.建筑物防雷保护综述[J].建筑科学.2008(2).