張志科++梁宇航

[摘 要]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，城市化進(jìn)程不斷加快，高層建筑群體開始不斷增多，遭受雷擊破壞的事故也經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅了人們生命財(cái)產(chǎn)的安全，因此高層建筑在雷電防護(hù)方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)。本文根據(jù)雷電的成因及建筑物防雷特點(diǎn)，對(duì)高層建筑的雷電防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)提高高層建筑物防雷效果具有一定的參考意義。

[關(guān)鍵詞]高層建筑 雷電防護(hù) 防雷措施

中圖分類號(hào)：TU976+.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）12-0161-01

引言

雷電災(zāi)害屬于自然界中的一種放電現(xiàn)象，放電過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓電流會(huì)對(duì)建筑物和人體安全造成嚴(yán)重威脅。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，建筑物的高層化和智能化程度逐漸加深，高層建筑遭受雷擊的概率更大，尤其是現(xiàn)代逐漸普及的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使高層建筑內(nèi)各種信息化設(shè)備越來(lái)越多，由于設(shè)備對(duì)抗耐過(guò)電壓的能力比較低，遇到雷電電磁脈沖侵入所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)以及雷電高電壓侵入時(shí)對(duì)設(shè)備和整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)造成損壞，從而加大了雷電災(zāi)害發(fā)生的頻率。因此，為了確保高層建筑物和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，必須做好高層建筑物的雷電防護(hù)工作。

1.雷電的成因及高層建筑物防雷特點(diǎn)

1.1 雷電的種類及形成原因

一般情況下，雷電的破壞形式有直擊雷、雷電波和感應(yīng)雷三種，其中直擊雷是雷電直接作用在建筑物及接觸設(shè)備面發(fā)生的機(jī)械和熱效應(yīng)，容易在建筑物的屋角、屋脊等部位發(fā)生雷擊事故，并根據(jù)室內(nèi)設(shè)備位置和數(shù)量等情況也可能發(fā)生側(cè)擊和繞擊的雷電災(zāi)害；雷電波入侵是通過(guò)與建筑物內(nèi)部連接的管道和線路進(jìn)入室內(nèi)，對(duì)室內(nèi)計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備及人身安全造成嚴(yán)重威脅；感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷兩種，在發(fā)生雷云時(shí)地面上的物體由于靜電感應(yīng)產(chǎn)生雷電極性相反的束縛電荷，雷云對(duì)地產(chǎn)生放電后，云中電荷形成自由電荷，產(chǎn)生感應(yīng)高壓電。過(guò)高電壓與建筑物內(nèi)部導(dǎo)線或不良的接地體裝置之間發(fā)生火花，容易引起火災(zāi)和爆炸。另外，雷電閃擊時(shí)，雷電流的變化率較大，在雷電流通道附近形成較強(qiáng)的感應(yīng)電磁場(chǎng)，對(duì)室內(nèi)電子設(shè)備造成干擾，且對(duì)周圍金屬物件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生高熱引發(fā)火災(zāi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)雷電事故中80%的雷擊由感應(yīng)雷擊引起，對(duì)建筑物造成較為嚴(yán)重的威脅。

1.2 高層建筑物的防雷特點(diǎn)

高層建筑一般是指10層及10層以上的住宅建筑或其高度超過(guò)24m的公共建筑。這些高層建筑物結(jié)構(gòu)由混凝土、磚石和筒體結(jié)構(gòu)等組成，室內(nèi)設(shè)施包括排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電梯等基礎(chǔ)公共設(shè)施，具有高度高，易遭雷擊等特點(diǎn)。特別是高度超過(guò)100m的建筑群體，遭受雷擊的可能性與自身高度成正比。同時(shí)高層建筑也是人員住房密集的場(chǎng)所，各室內(nèi)配置的設(shè)備多且復(fù)雜，尤其是現(xiàn)代化廣泛應(yīng)用的集成電路較高的元電子設(shè)備器件，這些設(shè)備遭受雷擊的抗電磁干擾能力和耐沖擊電壓能力較差，一旦遭受雷擊，不僅會(huì)造成住戶的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡，還會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。因此，要加強(qiáng)對(duì)高層建筑防雷的意識(shí)，綜合建筑物多方面考慮防雷設(shè)計(jì)，做好直擊雷、雷電波的侵入及雷電感應(yīng)、地電位反擊等方面雷電防護(hù)措施。隨著城市建筑的不斷增高，采取多層面防護(hù)措施相結(jié)合，最大限度減少雷電造成的人員財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)建筑物的安全性，達(dá)到高層建筑物綜合防雷的目的。

2.雷電防護(hù)系統(tǒng)

雷電防護(hù)系統(tǒng)主要包括外部防雷、內(nèi)部防雷及過(guò)濾防雷三種，用于減少雷電作用于建筑物及人體造成的危害，達(dá)到防雷保護(hù)建筑物整體安全的效果。其中外部防護(hù)由接地裝置、接閃器和引下線組成，將雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓電流直接泄入地下，達(dá)到均壓、引流和防護(hù)的目的；內(nèi)部防護(hù)是由均壓等電位連接及過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)組成，均衡建筑物內(nèi)部系統(tǒng)電壓，限制過(guò)電壓增幅；過(guò)濾防雷是根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)和室內(nèi)設(shè)備安置情況進(jìn)行合理布線、做接地及屏蔽的防雷設(shè)計(jì)方式，起到減少或阻止感應(yīng)雷通過(guò)各通道入侵到室內(nèi)造成災(zāi)害的可能，保護(hù)人身財(cái)產(chǎn)不受雷電的襲擊。

3.高層建筑物防雷措施

3.1 高層建筑物直擊雷防護(hù)措施

高層建筑物直擊雷防護(hù)包括側(cè)擊雷和直擊雷兩種防護(hù)形式。根據(jù)不同等級(jí)的防雷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)第一類建筑物的防直擊雷采取獨(dú)立接閃桿或架空接閃線的方式，對(duì)二三類建筑物直擊雷防護(hù)是在屋面采用接閃網(wǎng)做接閃器，局部加裝接閃短針，利用建筑物主筋做引下線，室內(nèi)各45m以上部位的結(jié)構(gòu)及其他金屬門窗等設(shè)備之間做等電位連接，對(duì)超出滾球半徑的保護(hù)高度采取均壓環(huán)設(shè)計(jì)。接地系統(tǒng)較為常見的有防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防靜電接地、設(shè)備保護(hù)接地等多種。不同接地方式所要求的接地電阻不同，為防止地電位反擊，每個(gè)接地網(wǎng)必須留有足夠的安全距離。高層建筑都很難滿足安全距離多個(gè)地網(wǎng)的場(chǎng)地要求，因此，通常采用公用地網(wǎng)的聯(lián)合接地方式。將高層建筑內(nèi)部鋼筋混凝土作為防雷裝置中的接地體，與建筑物內(nèi)的保護(hù)接地、工作接地及防雷接地連接起來(lái)形成共用接地網(wǎng)。一般高層建筑物都做防水處理，會(huì)導(dǎo)致接地電阻的增大，需要對(duì)建筑物采取周邊圈式接地法，達(dá)到均壓，提高安全性的目的。如果建筑物體所處位置的土壤電阻率較高，共用接地電阻值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，可對(duì)區(qū)域內(nèi)土壤采取降阻劑、深埋電極、延伸接地體等方式進(jìn)行降阻。接地線與電器設(shè)備間的距離應(yīng)盡量縮短，以達(dá)到較好的防護(hù)效果。

3.2 高層建筑物雷電波防護(hù)措施

雷電波入侵災(zāi)害是雷電災(zāi)害中頻率較高的一種，為了防御雷擊時(shí)產(chǎn)生的電磁波沿室內(nèi)進(jìn)出的金屬管道和線路侵入到室內(nèi)造成設(shè)備受損等，要求對(duì)進(jìn)出高層建筑室內(nèi)的金屬管道與防雷接地裝置進(jìn)行連接，進(jìn)入室內(nèi)的通信線路及建筑物室內(nèi)外的廣告牌等設(shè)施的電源線路盡量利用屏蔽電纜或穿金屬管道埋地后再入室，同時(shí)對(duì)其做接地處理。比如電梯等大型裝置需要與接地裝置做等電位連接，并在線路端口安裝浪涌保護(hù)器。

3.3 高層建筑的屏蔽

若雷擊中建筑物樓頂?shù)姆览自O(shè)備，在防雷引下線的疏導(dǎo)下，最終到達(dá)防雷接地裝置，將雷電引向大地。最大的雷電流峰值能超過(guò)200kA，但其持續(xù)時(shí)間非常短，以微秒計(jì)量。這時(shí)，接地設(shè)備電阻、防雷引下線電阻與電感上的電壓降幅比較大。通過(guò)理論分析與模擬實(shí)驗(yàn)，可以得知有超過(guò)10000V以上的電壓在引下線上。如果建筑物高度大于100m，那么接地設(shè)備與防雷設(shè)備間的電位差可以超過(guò)1.0×106V，這可能造成和引下線連接的金屬體，或某些相鄰的金屬體出現(xiàn)反擊放電。此時(shí)，雷電波形陡峭且強(qiáng)大，在進(jìn)入引下線時(shí)，周圍導(dǎo)體出現(xiàn)電磁感應(yīng)，防雷引下線上附近的未經(jīng)屏蔽的導(dǎo)體很容易出現(xiàn)高電位，絕緣也會(huì)因?yàn)榉磽魧?dǎo)體放電而出現(xiàn)被擊穿的情況。如果導(dǎo)線具有屏蔽層，向鐵管穿線，將防雷引下線與屏蔽層做等電位的連接。當(dāng)屏蔽層接收到雷電的分流，互感電勢(shì)將會(huì)出現(xiàn)在屏蔽層中的導(dǎo)體之上，屏蔽層預(yù)期數(shù)值有相等電壓降。導(dǎo)體一端與屏蔽層存在等電位式的相連，那么導(dǎo)線的絕緣兩端會(huì)出現(xiàn)零電位差，絕緣也就不會(huì)被擊穿。此外，高層建筑物中心是布置主干電氣線路的主要部分，布置時(shí)，不能與引下線過(guò)度的靠近，縮短受到干擾的距離。所以，鐵管配線是高層建筑內(nèi)部配置電氣線路的主要形式。若是使用電纜，電纜也應(yīng)該做好屏蔽措施，一般在封閉的金屬線槽中敷設(shè)電纜。

4 總結(jié)

隨著高層建筑物朝高度智能化與結(jié)構(gòu)樣式多樣化發(fā)展，其對(duì)防雷要求也越來(lái)越高。防雷工程是建筑工程中一個(gè)重要的分項(xiàng)工程，與各專業(yè)系統(tǒng)交叉點(diǎn)多，所以在建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種防雷因素，做好高層建筑的雷電防護(hù)，以確保建筑和人身安全。

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