防雷设施在城市建筑中的应用探析

浦益

摘 要：随着建筑物的规模不断扩大，其内各种电气设备的使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技术的普及，建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生，所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。

关键词：防雷设施 城市建筑 应用

前言

传统的防雷技术是在高大的建筑物楼顶或其附近，安装防直击雷的防护装置。这种防雷装置是由接闪器、引下线和接地体三部分组成。安装这种防护装置的目的是将强大的雷电电流，按照设计的通道泄放到大地。也就是由设在建筑物顶端的接闪器拦截雷电电流，之后通过导电通畅的引下线，引导到电阻值很小的接地体泄入到大地。这是属于防直击雷的措施，一般我们称之为外部防雷。

当雷击发生时，建筑物的外部防雷装置确实有效地防御了雷击对建筑物结构的破坏，防止和减少了火灾和人身伤亡。但它并不能保护建筑物内的电气系统和电子系统免遭雷击。因为，首先当雷电流快速泄放到大地的同时，在空中就会产生一个强大的变化磁场，处在这个强力变化磁场作用范围内的所有电气和电子系统的线路和设备，都会因为切割了磁场的磁力线而感应产生出电涌电流，轻则会产生误动作，重则会造成设备损坏。原因之二，雷击发生时雷电流可能击中架空的电力线或通信线，也可能击在这些金属线缆附近而感应出电涌电流。这些电涌电流会沿着金属线缆进入电气和电子系统，造成破坏。

通过感应磁场的效应即“场”的作用；以及通过线路雷电流侵入即“路”的作用统称为雷击电磁脉冲，也有的称为二次雷击。这种二次雷击的破坏，不象直击雷那样伴随着强烈的电闪雷鸣，而是在人们看不见的感应磁场中发生的。由此可见，雷击电磁脉冲的破坏作用是悄然发生，不易察觉，但后果远比直击雷严重得多。防御雷击电磁脉冲的技术可称为“内部防雷”。外部防雷与内部防雷共同组成了系统的综合防雷体系。

1、建筑物防雷的分类

建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果、按防雷要求分为三类。

1.1 应划为第一类防雷建筑物

1.1.1凡制造。使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

1.1.2具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。

1.1.3具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大坡坏和人身伤亡者。

1.2 应划为第二类防雷建筑物

1.2.1国家级重点文物保护的建筑物。

1.2.2国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。

1.2.3国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑。

1.2.4制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

1.2.5具有1区爆危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

1.3 应划为第三类防雷建筑物

1.3.1省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。

1.3.2预计雷击次数大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其重要或人员密集的公共建筑物。

1.3.3预计雷击次数大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。

1.3.4预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物。

1.3.5根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境。

1.3.6在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

2、建筑物防雷的具体应用

2.1 综合性防雷

综合性系统防雷工程的第一道防线，就是拦截直击雷。最经济、最有效的方法，仍然是采用安装包括接闪器、引下线和接地体在内的防直击雷防护装置的方法。作为拦截雷电的接闪器—避雷针，其保护的范围是有一定限制的。在防雷工程设计时，对建筑物的直击雷防护，要通过滚球法计算来确定设置避雷针的高度，或采用多根避雷针来覆盖被保护的建筑物。当接闪器接闪后，为了分流，可能需要多根引下线将雷电流引下，这就好比使用多条河道或拓宽了河道以泄洪水。大地是泄放雷电流的最好场所，如同海纳百川一样。如果接地装置的接地电阻很低，则雷电流的泄放速度更会加快。如果接地电阻值较高，根据欧姆定理U=R0I，当电流值一定时，引下线上的电位会因接地电阻值较高而增大，此时可能对引下线周边的物体发生闪络。好比象洪水因泄流不畅，而漫出大堤的效果一样。

2.2 屏蔽措施

屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一，屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。空中的雷击电磁场是无孔不入，特别是对砖木结构的建筑物以及钢筋结构建筑物的非金属门窗这样的“洞”，强的雷击电磁场会轻易地钻进来破坏设备。对于电子设备的屏蔽，主要依赖其外壳。对于屏蔽要求很高的设备，应设置专用的屏蔽室。因此，当被保护的电子设备比较重要，同时耐磁场强度较弱时，就要采用金属网或金属板组成的屏蔽室，将设备屏蔽起来的措施予以保护。这也就如同防洪中，加固堤防的措施一样。

2.3 等电位连接

等电位连接也称作均压。我们知道，站在地上的人触摸电线就会被电击，而在高压线上作业的工人不会被高压电电击，原因是他与高压线的高电压是等电位的，由于没有电位差，所以沒有电流流过，就不会被电击。同样道理，为了保证设备和操作人员的安全，各类电器设备和信息技术设备均应采取等电位连接的措施。就是把各类设备包括所有的导体，都要做到良好的导电性连接，并且还要与接地系统连通。其中非带电导体可直接用导线连接，带电导体通过电涌保护器（SPD）连接。其目的是使所有的设备和导体与接地系统做到电位均衡连接，也就是所有导电部件之间不能存在显著的电位差，导电部件与接地系统之间也就不会产生电位差，从而形成电位相等的电磁环境，这样就组成了一个安全的电位补偿系统。具体地讲，就是对进入建筑物的所有金属导体、管道、电缆的外屏蔽层，都做等电位连接与接地。而对于配置有电子信息系统设备的机房内，应设等电位连接端子板，端子板也应可靠接地。机房内的电气设备和电子设备的金属外壳、机柜、机架、屏蔽线外层以及在电源通道、天馈通道和信号通道上加装的各种SPD，都要以最短的距离就近与等电位连接端子板连接。

2.4 防闪络措施

所谓闪络现象就是，电流传导过程中在导体之间跨越绝缘体产生电弧，从而改变了电流传递通道。产生电弧的主要原因是电弧两端的导体之间电位差很大，距离又很近，从而击穿了绝缘体，如空气或土壤等介质。因此，为防止闪络的发生，可以采取隔离或保持安全距离的方法。如外露外引下线使用耐100kV的绝缘层隔离以防止对人体和其他导体的闪络；在引下线入地处铺设厚度为5cm以上的沥青层使其3m范围内的土壤地表层电阻率大于5kΩ.m防止跨步电压等。这也是如同在防洪中加固大堤，防止洪水溢出。当然防止闪络还有其他的措施，如：采取等电位连接，使闪络的两端等电位；用网状接地装置对地面作均衡电位处理以防止跨步电压等。

3、结束语

对高层建筑物的防雷设计来讲，每一个建筑物都有不同的设计方案，本文是针对某一高层建筑防雷设计的实际情况出发进行探讨的，不能千篇一律的将其赋予每一个建筑物，确保防雷设计方案能够做到合理有效，防止或者减少雷电事故的发生。