浅谈防雷技术在建筑工程设计中的应用

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摘要：文章针对防雷设施的接闪器、引下线、接地系统及电涌保护等环节的技术应用及新规范的执行，综述了防雷工程设计中的一些经验和体会，并强调在工程设计中不仅要严格执行国家规范，而且应广泛关注高科技的发展。

 

    关键词：接闪器　引下线　接地系统　电涌

    近年来，随着微电子技术的高速发展，高大建筑和大型厂站的兴建，雷电灾害的发生越来越频繁，损失也越来越大。我国对雷电灾害的预防、消除研究从未间断，国家各部门对工程设计中防雷电危害的要求也越来越严格，越来越全面。1994年正式发布的《建筑物防雷设计规范》，在实行6年后，2000年由国家技术监督局和建设部又对其进行了修订。而石化集团也多次召开"石油化工企业设施防雷技术及标准研讨会"，制定行业防雷标准。 

    雷电危害包括直击雷、感应雷、侵入雷、雷电电磁脉冲等。防雷设施主要由接闪器、引下线、接地装置及电涌保护等环节组成，每个环节对防雷起着重要作用，不能片面强调某一部分。 

    1　接闪器的应用

    接闪器（Air－termination?system），即直接接受雷击的避雷针、避雷带（线）、避雷网，以及用做接闪的金属屋面和金属构件等。接闪器一般可分为被动式避雷针、主动式避雷针、半导体消雷器3类：①被动式避雷针就是传统的富兰克林避雷针及常用的避雷带（线）、避雷网等，目前使用范围很广。但它具有一定的缺陷，如侧向跳火，保护范围小，可靠性低，磁场感应影响等。一些国家的规范（英国标准Birtish?Code?BS6651，德国German?Code）中也提及上述问题。②主动式避雷针是能提前发射闪流，控制雷击点，保护范围大。③半导体消雷器在实际应用中证明效果不佳，目前已经停止应用。 

    由于传统避雷针、避雷带（线）、避雷网等制做、安装方便、价格低廉，所以在工程中应首选。但对于第二类及以上防雷建筑，建议在经济条件允许的情况下，最好应用主动式避雷针。目前国内已经有无放射源、无易损件主动式避雷针，如已广泛应用的ERICO公司生产的S3000避雷针，就是一种属于世界领先的"主动式"避雷针。它具有独特的椭球外形，能增强电场引力。内部接地杆与球体之间绝缘，并有3mm间隙，在雷电先导靠近时，间隙击穿，触发雪崩，形成向上闪流。这种接闪器比传统富兰克林避雷针提前50靤发出向上闪流，同时电流值也大2～3倍，保护半径明显增大。 

    另外，必须注意，对于建筑物，不得与安装在建筑物顶的各类天线共用接闪器，即不能利用接收无线电视广播等的天线的杆顶上的接闪器保护建筑物。 

    2　引下线的选择 

    引下线（Down－conductor?system）就是连接接闪器与接地装置的金属导体。除第一类防雷建筑物应装设独立避雷针或架空避雷线（网）外，一般建筑物通常宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内钢筋做为引下线，同时建筑物利用这些钢结构形成等电位连接，即形成法拉第笼。这种防雷方式目前广泛应用，并行之有效，但在某些特殊情况下，这种方式也有它的不足之处。随着科技的发展，智能大厦越来越多，建筑物内微电子产品的应用十分普及，而雷电流的频率高，前沿陡，电流很大，当雷电流通过钢筋时，有3种情况需要在设计中考虑： 

    （1）当雷电流通过钢筋的瞬间，钢筋与附近物体之间出现很高的电位差，容易引起侧向跳火。 

    （2）雷电流的频率高，通过雷电流的过程中，每m钢筋产生约1.6霩的电感，在直角弯处更大，会在钢筋上形成电压降。如雷电流为30kA，对单根钢筋，每m约有4.8kV的电压降。虽然对建筑物来说，有许多钢筋起分流作用，但对于微电子设备而言，这种电压的存在还是不能忽视的。对于高层建筑，每层一般都采用均压设计，当不同层之间有电子设备（如计算机）连接线时，电位差引起的环流有可能损坏电子设备。 

    （3）在雷电通过时，钢筋周围会出现交变磁场，使附近设备产生感应电压，可能使设备损坏。所以对具体建筑物，应分清其功能用途，当建筑物内设置大量的、较重要的电子设备时，应单独设置对建筑物相对独立的接闪器和引下线，以避免强大雷电流对内部设施的危害。另外，引下线还可采用专用引下线，例如具有特殊绝缘、屏蔽的专用同轴电缆引下导体，可防侧向跳火，切除环流，减小电磁感应。当然，其价格较高。 

    3　接地装置的设置 

    接地装置（Earth－termination?system）就是接地体和接地线的总合。对于一般建筑来讲，应尽量利用其基础钢结构做接地装置，通常都可以满足接地电阻小于10Ω的要求。而对于改造工程，以及某些难以利用基础钢结构的建筑，则需要敷设接地极或接地网。在山区或北方干旱地区，当接地电阻不能满足要求时，应采用降阻剂或其它结构的接地极（如化学接地极）。 

    特别应注意的是，对于独立避雷针、架空避雷线或避雷网，必须应有独立的接地装置，接地装置距离被保护建筑及地下进入的金属管道距离不得小于3m，条件允许时，可取5m以上。 

    当进行某些工业建筑、工艺设备的接地设计时，还需要考虑其自身的特点。如当设置有阴极保护系统时，为防感应雷（或防静电）而设置的接地系统，往往可能与阴极保护系统发生矛盾。此时，就需要整体考虑。 

    4　电涌保护 

    雷击电磁脉冲是在建筑物遭受直接雷击或附近遭受雷击的情况下，线路和设备产生过电流和过电压，即出现电涌（Surge）。《建筑物防雷设计规范》2000年修订版中防雷击电磁脉冲部分，是参考国际电工委员会相关文件编制的。其中对防雷击电磁脉冲提出了具体要求，并专门对电涌保护器（SPD）给出具体接线方式。 

    在具体工程设计中，电涌保护往往不只一级，按三级保护给出接线方式。图1是电源为TN－S系统的具体保护接线，当电源为其它系统时则相应变动。为使最大电涌电压足够低，电涌保护器两端引线要做到最短。 

    对低压三相系统，目前一般电涌保护器对最大持续运行电压的要求都可满足。雷电防护是一项综合技术，是一个系统工程。除上文所涉及到的部分以外，其它方面还有很多技术值得探讨，如对于侧击雷的防护、屏蔽、接地、等电位连接等。在工程设计中，我们不仅要严格执行国家规范。而且应广泛关注高科技的发展，并积极采用成熟的防雷产品，如目前国内已经有集高科技于一身的雷电预警系统投入使用，就值得我们关注。

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