复杂气候条件下智能建筑物雷电灾害技术研究

李晨

摘 要：新疆地理、气候条件等因素导致该地区雷电灾害频发，由此对智能建筑物的影响相当严峻。基于此，文章首先针对新疆复杂气候条件进行概述，后重点针对智能建筑物雷电灾害提出切实可行的雷电灾害技术，以期能够为保证智能建筑物的安全性及其中电子电器设备及人员安全等提供一定的借鉴与参考。

关键词：雷电;智能建筑物;雷电灾害;新疆

1   新疆复杂气候条件概述

近年来，随着全球加速升温，各种各样的极端天气事件多发。新疆位于中国西北边陲，地处东经73°40′～96°18′及北纬34°25′～48°10′，全区总面积为166万km2，是中国陆地面积最大的省级行政区。新疆境内山脉与盆地相间排列，盆地与高山环抱，被称为“三山夹二盆”。境内隶属于典型的温带大陆性气候区，表现出气候干燥、气温温差大、降水少、日照充沛等特点[1]。

当地地形与气候等因素导致该地区极易发生雷电灾害。文章对全疆2005—2013年的雷电灾害次数进行统计得出，新疆年雷电灾害次数呈现出明显的波动变化，累计出现雷电灾害114起，年平均出现雷电灾害12.7 起，其中，     2005年出现雷电灾害次数最多，有35起，2009年雷电灾害次数最少，有4起。2005—2009年雷电灾害次数呈减少趋势，自2009年之后年雷电灾害次数有所增加。对雷电灾害出现的月份进行统计得出，雷电灾害集中出现在3—9月份，而10月至2月份未出现过雷电灾害。其中以5—8月份出现频率最高，占据90%以上。对全疆雷电灾害的空间分布进行统计得出，新疆阿勒泰地区与伊犁地区雷电灾害次数最多，分别出现22起与20起[2-3]。

雷电作为联合国减灾委员会发布的“最严重的十大自然灾害”之一，不仅会造成一定的经济财产损失，严重时还会出现人员伤亡。因此，做好雷电灾害的防御工作刻不容缓。

2   智能建筑物雷电灾害分析

近年来，随着城市规模的大幅增加，高层智能建筑物如雨后春笋般在全国广泛分布。建筑物包含各种各样的通信设备、网络设备、自动控制等现代电子设备，由于其具有绝缘强度低、过电流与过电压耐受能力差、对电磁干扰敏感等特点，导致雷击概率明显增加[4-5]。

一旦发生雷电灾害，必然会严重威胁到智能建筑物的安全性，通常表现为以下几点：（1）智能建筑物遭受雷击，人们入室一旦与相关的电子设备相互接触，势必会引发严重的人员伤亡事故。（2）一些智能建筑物当中导线的绝缘皮层出现破损，一旦出现雷击，智能建筑物内部线缆往往会存在着漏电的安全隐患。（3）用户线路上的过电压，在规定时间内无法准时传输到建筑物内部的相关装置上，进而影响到电子信息设备的灵敏度。（4）一旦遭受雷击，极易导致智能建筑物的结构遭到损坏，进而严重影响智能建筑物的安全稳定性。（5）如果发生明显的雷电袭击，其局部的电压、电流将会在极短的时间内大幅上升，最终引发火灾事故。（6）雷电击中智能建筑物，必然会影响对其中的自动化与智能化控制系统。若无法及时响应相关设备的操作请求，必然会导致事故发生频率增加。

3   复杂气候条件下智能建筑物雷电灾害技术

3.1  外部防雷

3.1.1  接闪器

为保证智能建筑物内部各种电子设备的安全性与稳定性，智能建筑物在防雷设计时应当使用混合接闪器与避雷针等，而且还要在屋面上组合形成一定的网格，位于屋面以上的金属物应当与避雷网一起做好电气连接。智能建筑物在防雷设计时应当沿着建筑物的周围布設避雷带，而且还要在部分关键点布局避雷针以达到保护建筑物的目的。另外，如果建筑物屋面上安装有消防管、暖气管等管道，应当在管道布设区域做好接地操作，以保证与屋面防雷装置之间保持可靠连接[6]。

由于建筑物较高且智能化较强，在防雷设计时，设计师应当在高于智能建筑物45 m以上的位置处布设均压环。一般情况下，应当在建筑物与地面相距30 m的位置处布设均压环，之后每层还要使用规格为40 mm×4 mm的镀锌扁钢进行防雷。在智能建筑物当中安装均压环时，工作人员应当使其与建筑物外墙边缘的各个引下线相互连接，同时还要保留金属的等电位，以确保焊接的均压环与标准要求相符。

3.1.2  引下线

布设引下线的主要作用在于连接接闪器与接地装置。智能建筑物往往会选用建筑钢筋混凝土内部的对角主筋作为引下线，不仅经济而且适用。而且建筑物当中的钢柱、金属烟囱与消防梯等都可以用作引下线。通常情况下，每座建筑物应当布设不少于2根引下线，而且引下线应当沿着建筑物的四周进行均匀布设。一级建筑物引下线之间的平均距离应当不大于12 m，二级引下线之间的平均距离应当不大于18 m，三级引下线应当不大于25 m。

3.1.3  接地装置

安装接地装置是做好智能建筑物雷击防护工作的一项关键措施，其主要目的在于快速将引下线传下来的雷电流泄放入大地。设计师在设计接地装置时应当首先考虑智能建筑物当中的自然接地体，例如钢筋、柱子等。若自然接地体不符合标准要求，则应当增设人工接地装置。通常情况下，设计师多使用共用接地系统，即使电源工作接地、防雷接地、安全保护接地、直流工作接地等共同形成一个接地装置，并要求接地电阻值不大于4 Ω。

3.2  内部防雷

3.2.1  屏蔽

屏蔽指的是使用金属网、管子、箔等将被保护对象包围起来，将雷击形成的电磁脉冲通道阻断的一种电子设备，使用这一设备将明显增加雷电入侵的难度，在保护智能建筑物内部电子信息设备中发挥着重要作用。在实际设计过程中，设计师可以以智能建筑物自身的钢筋混凝土结构为依据，将其中的墙面、地板、梁、柱内钢筋等形成一个六面体的网笼。这一方式不仅能够大大减少或避免空间电磁波形成的辐射，又能使建筑物内部达到分流与均压的效果。另外，还应当合理进行布线，使用金属包络线做好屏蔽工作，也可以将线路埋设在金属管道中，并使用金属壳等对设备进行评估，以尽可能屏蔽电磁脉冲，进而大大减少智能建筑物当中出现浪涌及感应回路的概率。

3.2.2  等电位连接

为有效保护电子设备，设计师通常应当建立等电位连接，使智能建筑物内部各区域的电位保持一致，不仅能够有效防止产生雷电电磁脉冲，还能避免其中出现反击电压或接触电压进而造成严重危害。设计师可以连接建筑物当的金属部件，以形成阻抗力较低的网格状的等电位连接网络，并与接地装置之间相互连接以构成接地系统，设计师还要将智能建筑物中的接闪装置与柱、梁、板等进行有效的焊接，并将各种设备的金属外壳与金属管线之间进行焊接，以保证其中各部件的等电位连接完好。除此之外，各种信息设备应当与屏蔽设备之间保持一定的距离，以充分发挥其防雷效果。

3.2.3  电涌保护器

通常情况下，智能建筑物均需要安装多级电涌保护器，以达到保护内部设备与智能系统的目的。电涌保护器往往能够在瞬间导通分流，以避免浪涌损坏回路中的其他设备。雷击往往会释放较大的能量，因此工作人员需要分级进行泄放，以逐步将雷击能量泄放入大地。首先，工作人员在智能建筑物总配电连接箱、分配电柜中安装电涌保护器，并将其作为第一级雷电防护，这一级主要为防护直击雷电流;信息机房及各种控制室的配电柜中安装的电涌保护器属于第二级雷电防护，这一级的主要功能在于进一步吸收前一级电涌保护器的残留电压;在保护设备终端安装的电涌保护器属于第三级雷电防护，其主要作用在于保护第二级电涌保护器的残余雷击能量。以需要保护设备的耐压水平为依据，若设置两级防雷就能够使限制电压位于设备的耐压水平之下，则仅需要安装前两级电涌保护器;若设备的耐压水平较低，则有时还应当设置第四级雷电防护以达到安全防护的目的。

[参考文献]

[1]肖志军.复杂气候条件下露天矿山道路修筑的几点建议[J].有色金属，2012（4）：54-55，59.

[2]吴伟民.复杂气候条件下混凝土坝施工温度控制技术[J].人民黃河，2013（12）：109-111，114.

[3]王红，马振杰，张永军等.新疆农牧民雷电灾害防御对策研究[J].沙漠与绿洲气象，2014（z1）：82-84.

[4]刘晓华.智能建筑物雷电灾害防护研究[J].农村实用技术，2020（5）：141.

[5]盛海城.高层智能建筑物的综合防雷技术探讨[J].湖北农机化，2019（11）：30.

[6]黄磊，伍肇雄.雷电防护技术在智能建筑中的应用[J].卷宗，2018（33）：239.

（编辑 王永超）