浅谈建筑物防雷.doc

题目：浅谈建筑物防雷17概述雷电是十分常见的自然现象，地球上任何时候都有雷电活动据统计，地球上每天发生800余万次的电闪雷鸣，几乎每秒有100次，每年因为雷击导致直接经济损失约10亿美元，3000以上的人员死亡雷电以其巨大的破坏力给人类和社会带来了灾难有效的防止雷电对建筑或设备的灾害是建筑设计的基本内容雷的基本内容和基本措施通常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响然而，云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大，这是电气防雷设计的主要对象雷击的危害主要有四个方面：直击雷：带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全雷电波侵入：雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。

因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏感应过电压：雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪地电位反击：如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险第一章 雷击的防护方法1.1 防直击雷的方法和技术当雷电直接击中建筑时，由于雷电短时间内释放出巨大能量，以致坏毁建筑，若直接击中建筑内的电力线或设备，会产生极高的雷电过电压，现今任何电压等级的系统绝缘都难以耐受，以致损坏设备[2]。

为防止雷电直接击中建筑本体及内部设备，人类发明了避雷针、避雷带等防直击雷的措施：避雷针：避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来，通过良好的接地装置，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击的一种金属装置避雷针的工作原理：当高空出现雷雨云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷雨云相反的电荷，避雷针处于地面建筑物的最高处，与雷雨云的距离最近由于它与建筑物的钢筋网有良好的电气连接，再通过引下线与基础接地连接，所以它与大地有相同的电位，因此避雷针附近空间的电场强度比较大，容易吸引雷电先驱，使主放电都集中到它的上面，从而使附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少，而避雷针被雷击的几率却大大的提高由于避雷针与大地有良好的电气连接，能把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放，使因雷击而造成的过电压时间大大的缩短，所以从很大程度上降低了雷击的危害性以上就是避雷针的工作原理但需要说明，避雷针必须有足够可靠和接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷击的损害程度避雷针不但不能避雷反而是引雷，它是使自身多受雷击而保护周围免受雷击避雷针保护范围的计算方法：目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同[3]。

大体上有如下几种计算方法：折线法，即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体曲线法，即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体直线法，是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定，有爆炸危险的建筑物用45°角，对一般建筑物采用60°角，实质上保护范围为一直线圆锥体避雷针的规格：由许多实际调查统计资料表明，避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系所以，不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针避雷针大多采用圆钢或钢管制成近来国内市场上经销一种叫主动式避雷针的产品，主要来自法国和澳大利亚据厂家称，这此产品能够随大气电场变化而吸收能量，当存储的能量达到某一程度时，便会在避雷针尖放电，尖端周围空气离子化，使避雷针上方形成一条人工向上的雷电先导，它比自然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触，形成主放电通道这样，雷雨云靠该避雷针放电的几率就增加了，相当于避雷针的保护范围加大了，或者相当于将避雷针加高了本设计用折线法计算避雷针高度且仅使用单支避雷针，因此在此仅对单支避雷针进行介绍单支避雷针保护范围：她的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，像一座圆帐篷她的侧面边界线实际上是曲线，但在我国规程建议近似地用折线来拟合，以简化计算，如图1-1 所示。

相对应的计算公式如下：在某一被保护物高度的水平面上的保护半径为：当时： （1-1）当时： （1-2）式中 h——避雷针的高度，mP——高度修正系数，是考虑到避雷针很高时不与针高成正比增大而引入的一个修正系数当h≤30m时，P=1当30m＜h≤120m时 不难看出，最大的保护半径为地面上（=0）的保护半径 =1.5h从h越高、修正系数P越小可知：为了增大保护范围而一味提高避雷针高度并非良策 图 1-1 单支避雷针的保护范围避雷带是20世纪初，在电力系统，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法这种架设在输电线路上方的钢线，称之为避雷线后来在房屋建筑上也推广了这种形式，开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护，现在这种方法已经被避雷带所替代在房屋建筑屋顶周围，用扁平的金属带做接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来在建筑物屋顶上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好。

特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的避雷带一般采用扁钢制作，其截面积不小于48mm2，厚度不应小于4mm，现今的一般做法是不管建筑物属于几类防雷建筑，都采用4乘40的镀锌扁钢制作避雷带根据规定二类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于10m乘10m或12m乘8m的网格三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于20m乘20m或24m乘l6m的网格如果同时还有避雷针，则避雷针应用避雷带相互连接1.2 防侧击雷的方法和技术由于建筑物高度等的影响，部分雷击可能从建筑侧方袭击建筑，称之为侧击雷防止侧击雷的方法一般和防直击雷有交叉，其实侧击雷亦可认为是直击雷的一种，在此，把防直击雷的部分方法归到防侧击雷的方法上引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体现代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下线因为雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击，而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击它还比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的，和接地网络形成了一个整体的法拉第笼，它们处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。

普通引下线采用圆钢时，其直径为不应小于16mm；采用扁钢时，其截面积最小为 48mm2；厚度不小于4mm装在烟囱上的引下线其尺寸是：圆钢直径大于24mm；扁钢截面积不小于100mm2，厚度为4mm为便于检查避雷设施连接导体的导电情况和接地体的散流电阻，要在建筑物四周的引下线上做断接卡子，断接卡子距地面最高为1.8m当利用混凝土柱钢筋做引下线时，因为是从上而下连接一体，因此不能设置断接卡子测试接地电阻需在柱内做为引下线的钢筋上，距室外地面0.5m处的柱子外侧，另焊一根圆钢(Φ≥10)引至柱外侧的墙体上，做为防雷测试点每根引下线处的冲击接地电阻不能大于5Ω避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法，也叫做暗装避雷网暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5m乘5m或10m乘10m的圆钢制成建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。

安装避雷带和避雷网注意事项：避雷带及其连接线经过沉降缝（沉降缝：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段因下沉不一致而引起建筑物损坏）时，应留有10-20cm以上余量的跨越线有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条房屋面坡度为27°至-35°且长度不超过75m时，只需沿屋脊敷设避雷带四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带当屋顶面积非常大时，应在屋顶上敷设金属网格，即避雷网避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度可视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5乘5m的网格，一般建筑物用20乘20m的网格即可1.3 防感应雷的方法和技术感应雷也称为雷电感应或感应过电压它分为静电感应雷和电磁感应雷 静电感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的它将产生很高的电位 电磁感应雷：是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。

这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故 感应雷的外部防护主要为连接建筑赶紧混凝土内钢筋或专设金属网格，以形成法拉第笼，使建筑处于静电屏蔽罩内部1.4 接地的方法及接地电阻的计算接地就是让已经流入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击过去的一些旧规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流干扰设备的正常工作但现在，防雷工程设计已不提倡单独接地，而是更多的与防雷接地系统共用接地装置，但接地电阻要由原来的小于4Ω减少到1Ω我国的现用的规范规定，如果电子设备接地装置采用专用的接地系统，则其与防雷接地系统的地中距离要大于20m防雷接地是防雷系统中最基础的环节，也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；没有钢筋混凝土地梁时，也可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用40乘4mm镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿，形成环形接地。

当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电。