華紅兵

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近年來，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，高大建筑和大型廠站的興建，雷電災(zāi)害的發(fā)生越來越頻繁，損失也越來越大。我國對雷電災(zāi)害的預(yù)防、消除研究從未間斷，國家各部門對工程設(shè)計(jì)中防雷電危害的要求也越來越嚴(yán)格，越來越全面。1994年正式發(fā)布的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，在實(shí)行6年后，2000年由國家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部又對其進(jìn)行了修訂。雷電危害包括直擊雷、感應(yīng)雷、侵入雷、雷電電磁脈沖等。防雷設(shè)施主要由接閃器、引下線、接地裝置及電涌保護(hù)等環(huán)節(jié)組成，每個(gè)環(huán)節(jié)對防雷起著重要作用，不能片面強(qiáng)調(diào)某一部分。

1 接閃器的應(yīng)用

接閃器(Air－termination system)，即直接接受雷擊的避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)，以及用做接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。接閃器一般可分為被動(dòng)式避雷針、主動(dòng)式避雷針、半導(dǎo)體消雷器3類：①被動(dòng)式避雷針就是傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針及常用的避雷帶(線)、避雷網(wǎng)等，目前使用范圍很廣。但它具有一定的缺陷，如側(cè)向跳火，保護(hù)范圍小，可靠性低，磁場感應(yīng)影響等。一些國家的規(guī)范 (英國標(biāo)準(zhǔn)Birtish Code BS6651，德國 German Code)中也提及上述問題。②主動(dòng)式避雷針是能提前發(fā)射閃流，控制雷擊點(diǎn)，保護(hù)范圍大。③半導(dǎo)體消雷器在實(shí)際應(yīng)用中證明效果不佳，目前已經(jīng)停止應(yīng)用。

由于傳統(tǒng)避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)等制作、安裝方便、價(jià)格低廉，所以在工程中應(yīng)首選。但對于第二類及以上防雷建筑，建議在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，最好應(yīng)用主動(dòng)式避雷針。目前國內(nèi)已經(jīng)有無放射源、無易損件主動(dòng)式避雷針，如已廣泛應(yīng)用的ERICO公司生產(chǎn)的S3000避雷針，就是一種屬于世界領(lǐng)先的"主動(dòng)式"避雷針。它具有獨(dú)特的橢球外形，能增強(qiáng)電場引力。內(nèi)部接地桿與球體之間絕緣，并有3mm間隙，在雷電先導(dǎo)靠近時(shí)，間隙擊穿，觸發(fā)雪崩，形成向上閃流。這種接閃器比傳統(tǒng)富蘭克林避雷針提前50靤發(fā)出向上閃流，同時(shí)電流值也大2～3倍，保護(hù)半徑明顯增大。

另外，必須注意，對于建筑物，不得與安裝在建筑物頂?shù)母黝愄炀€共用接閃器，即不能利用接收無線電視廣播等的天線的桿頂上的接閃器保護(hù)建筑物。

2 引下線的選擇

引下線(Down－conductor system)就是連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。除第一類防雷建筑物應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針或架空避雷線(網(wǎng))外，一般建筑物通常宜利用鋼筋混凝土屋面、梁、柱、基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋做為引下線，同時(shí)建筑物利用這些鋼結(jié)構(gòu)形成等電位連接，即形成法拉第籠。這種防雷方式目前廣泛應(yīng)用，并行之有效，但在某些特殊情況下，這種方式也有它的不足之處。隨著科技的發(fā)展，智能大廈越來越多，建筑物內(nèi)微電子產(chǎn)品的應(yīng)用十分普及，而雷電流的頻率高，前沿陡，電流很大，當(dāng)雷電流通過鋼筋時(shí)，有3種情況需要在設(shè)計(jì)中考慮。

2.1 當(dāng)雷電流通過鋼筋的瞬間，鋼筋與附近物體之間出現(xiàn)很高的電位差，容易引起側(cè)向跳火。

2.2 雷電流的頻率高，通過雷電流的過程中，每m鋼筋產(chǎn)生約1.6的電感，在直角彎處更大，會(huì)在鋼筋上形成電壓降。如雷電流為30kA，對單根鋼筋，每m約有4.8kV的電壓降。雖然對建筑物來說，有許多鋼筋起分流作用，但對于微電子設(shè)備而言，這種電壓的存在還是不能忽視的。對于高層建筑，每層一般都采用均壓設(shè)計(jì)，當(dāng)不同層之間有電子設(shè)備(如計(jì)算機(jī))連接線時(shí)，電位差引起的環(huán)流有可能損壞電子設(shè)備。

2.3 在雷電通過時(shí)，鋼筋周圍會(huì)出現(xiàn)交變磁場，使附近設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)電壓，可能使設(shè)備損壞。所以對具體建筑物，應(yīng)分清其功能用途，當(dāng)建筑物內(nèi)設(shè)置大量的、較重要的電子設(shè)備時(shí)，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置對建筑物相對獨(dú)立的接閃器和引下線，以避免強(qiáng)大雷電流對內(nèi)部設(shè)施的危害。另外，引下線還可采用專用引下線，例如具有特殊絕緣、屏蔽的專用同軸電纜引下導(dǎo)體，可防側(cè)向跳火，切除環(huán)流，減小電磁感應(yīng)。當(dāng)然，其價(jià)格較高。

3 接地裝置的設(shè)置

接地裝置(Earth－termination system)就是接地體和接地線的總合。對于一般建筑來講，應(yīng)盡量利用其基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)做接地裝置，通常都可以滿足接地電阻小于10Ω的要求。而對于改造工程，以及某些難以利用基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)的建筑，則需要敷設(shè)接地極或接地網(wǎng)。在山區(qū)或北方干旱地區(qū)，當(dāng)接地電阻不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采用降阻劑或其它結(jié)構(gòu)的接地極(如化學(xué)接地極)。

特別應(yīng)注意的是，對于獨(dú)立避雷針、架空避雷線或避雷網(wǎng)，必須應(yīng)有獨(dú)立的接地裝置，接地裝置距離被保護(hù)建筑及地下進(jìn)入的金屬管道距離不得小于3m，條件允許時(shí)，可取5m以上。

當(dāng)進(jìn)行某些工業(yè)建筑、工藝設(shè)備的接地設(shè)計(jì)時(shí)，還需要考慮其自身的特點(diǎn)。如當(dāng)設(shè)置有陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，為防感應(yīng)雷(或防靜電)而設(shè)置的接地系統(tǒng)，往往可能與陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生矛盾。此時(shí)，就需要整體考慮。

4 電涌保護(hù)

雷擊電磁脈沖是在建筑物遭受直接雷擊或附近遭受雷擊的情況下，線路和設(shè)備產(chǎn)生過電流和過電壓，即出現(xiàn)電涌(Surge)?！督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)規(guī)范》2000年修訂版中防雷擊電磁脈沖部分，是參考國際電工委員會(huì)相關(guān)文件編制的。其中對防雷擊電磁脈沖提出了具體要求，并專門對電涌保護(hù)器(SPD)給出具體接線方式。

在具體工程設(shè)計(jì)中，電涌保護(hù)往往不只一級，按三級保護(hù)給出接線方式。圖1是電源為TN－S系統(tǒng)的具體保護(hù)接線，當(dāng)電源為其它系統(tǒng)時(shí)則相應(yīng)變動(dòng)。為使最大電涌電壓足夠低，電涌保護(hù)器兩端引線要做到最短。

圖1 TN－S系統(tǒng)電涌保護(hù)

對低壓三相系統(tǒng)，目前一般電涌保護(hù)器對最大持續(xù)運(yùn)行電壓的要求都可滿足。雷電防護(hù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，是一個(gè)系統(tǒng)工程。除上文所涉及到的部分以外，其它方面還有很多技術(shù)值得探討，如對于側(cè)擊雷的防護(hù)、屏蔽、接地、等電位連接等。在工程設(shè)計(jì)中，我們不僅要嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)范。而且應(yīng)廣泛關(guān)注高科技的發(fā)展，并積極采用成熟的防雷產(chǎn)品，如目前國內(nèi)已經(jīng)有集高科技于一身的雷電預(yù)警系統(tǒng)投入使用，就值得我們關(guān)注。