浅谈建筑防雷

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　　雷电是不可避免的自然灾害,地球上任何时候都有雷电在活动。据统计，每秒钟造就1800阵雷雨，伴随600次闪电，其中就有100个炸雷击落地面，造成建筑物、发电、通讯和影视设备的破坏，引起火灾，毙伤人、畜、每年经济损失约10亿美元，死亡3000人以上。我国也是一个雷电灾害频发的国家。因此，了解雷电的规律，掌握正确的预防措施和自救方法是十分必要的。
　　一、雷电的形成及特点

　　1、雷电的形成

　　雷是一种大气中放电现象，雷在形成过程中，它的某些部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。这种放电有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。后一种放电也就是落雷，它会破坏建筑物，损坏电气设备，伤害人畜。这种放电时间短促，一般约50-100微秒，但电流则异常强大，能达到数万安培到数十万安培。放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，瞬间能使空气温度升高1-2万度，空气的压强可达70个大气压，这样大的能量，具有极大的破坏力，往往会造成火灾和人畜的伤亡。

　　雷电的产生原理：当空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。那么，由于同一种物质质量相当，又带上相同的电荷。经过运动，带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部（一般为负电荷）；带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部（一般为正电荷）。这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成云间放电。当带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成 对地放电 。

　　2、雷电的主要特点：

　　（1）冲击电流大。其电流高达几万~几十万安培；

　　（2）时间短。一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。整个过程一般不 会超过60微秒；

　　（3）频率高。雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒；

　　（4）冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。

　　二、雷电的种类、危害及防护

　　雷电主要有四种类形：直击雷、感应雷、雷电侵入波、球形雷。

　　（一）、直击雷：

　　1、 直击雷主要危害高层建筑

　　是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。

　　直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几万~几十万安培，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几微秒到几百微秒）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。

　　2、 直击雷的防护

　　防避直击雷主要依据是国际电工委员会IEC1312_1～3《雷电电磁脉冲的防护》、《电子计算机机房设计规范》、《电子设备雷击导则》、《建筑物防雷设计规范》等。通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。

　　 (二)、感应雷：

　　 1、感应雷是室内弱电设备的天敌。直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象，主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬间，在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。

　　静电感应：由于雷云的作用，使附近导体感应并积聚大量与雷云相反极性的束缚电荷，当雷云主放电时，雷电先导通道中的电荷迅速中和，原来处于雷云附近导体中与雷云相反极性的束缚电荷被释放出来，形成自由电荷，如不就近泄散入地就会产生很高的电位。

　　电磁感应：由于雷电流迅速变化（瞬态脉冲）在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。

　　2、感应雷的防护　　

　　（1） 电源防雷

　　根据楼房建设的要求，配电系统电源防雷应采用一体化防护，由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。

　　（2）信号系统防雷

　　与电源防雷一样，通讯网络的防雷主要采用通讯避雷器防雷。目前，计算机远程联网常采用的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等，通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。通常根据通讯线路的类型、通讯频带、线路电平等选择通讯避雷器，将通讯避雷器串联在通讯线路上。

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　　（3）等电位联接

　　等电位联接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。防止雷电反击。将机房内的主机金属外壳，UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间的尽量附加多次相互连接。

　　（4）金属屏蔽及重复接地 　　

　　在做好以上措施基础上，还应采用有效屏蔽，重复接地等办法，避免架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备，尽可能埋地缆进入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压。　

　　（三）、雷电侵入波

　　雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。其传播速度为3x108m／s。雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜人低压，造成严重的触电事故。属于雷电侵人波造成的雷电事故很多，在低压系统这类事故约占总雷害事故的70% 。例如，雷雨天，室内电气设备突然爆炸起火或损坏，人在屋内使用电器或打电话时突然遭电击身亡都属于这类事故。

　　为了防止雷电侵入波沿低电压线路进入室内，低压线路最好采用地下电缆供电，并将电缆的金属外皮接地。采用架空线供电时，在进户外装设一组低压阀型避雷器或2～3mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚一起接地。接地装置可以与电气设备的接地装置并用。接地电阻不得大于5～30Ω。阀型避雷器装在被保护物的引人端。其上端接在线路上，下端接地。正常时，避雷器的间隙保持绝缘状态,不影响系统的运行，当因雷击，有高压冲击波沿线路袭来时，避雷器间隙击穿而接地，从而强行切断冲击波，这时进人被保护物的电压仅雷电流通过避雷器及其引线和接地装置产生的残压。雷电流通过以后避雷器间隙又恢复绝缘状态，以便系统正常运行。

　　 (四)、 球形雷：

　　在雷电频繁的雷雨季节，偶然会发现殷红色、灰红色、紫色、蓝色的“火球”，直径一般十到几十厘米，甚至超过1米；有时从天而降，然后又在空中或沿地面水平移动，有时平移有时滚动，通过烟囱、开着的门窗和其他缝隙进入室内，或无声地消失，或发出丝丝的声音，或发生剧烈的爆炸，因而人们习惯称之为“球形雷”。较为罕见。

　　防避球形雷最好在雷雨天不要打开门窗，并在烟囱、通风管道等空气流动处装上网眼不大于4平方厘米，粗约2~2.5mm的金属保护网，然后作良好接地。

　　在国际建筑物防雷标准（IEC/TC－81）和我国的《建筑物防雷设计规范》中，均没有对球雷的防护作出规定。防护球雷并不困难，就防护球雷措施而言，最好是笼式避雷网，如果达不到笼式避雷网条件，就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地；堵好建筑物墙面上不必要的孔洞；烟囱与出气管上口均要加装铁丝网并接地；储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地。对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。

　　三、建筑物防雷的整体性

　　建筑物防雷的整体性体现在对建筑物防雷设计和安装时，要对内部防雷装置和外部防雷装置做整体的统一的考虑。建筑物外的整体观念是指对一个院落、一个小区以及附近的环境要做全面的防雷规划，同时还不能违反小区规划的要求例如：所安装的避雷针杆塔是否影响小区的美观，所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置所保护等等。对接地装置也要综合统一考虑，例如，相距较近的建筑物能否共用接地体，地下管网能否用接地体的一部分，以及能否在一个大院或小区内为将来综合共用接地创造等电位连接的条件等等。

　　所以说建筑物的防雷设计和安装应将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至全小区的防雷装置进行整体统一的考虑。这是现代防雷设计观念转变的重要问题之一。

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