龔利毅

（上海閔衡建筑檢測(cè)研究所有限公司，上海 201199）

雷電是一種常見的自然放電現(xiàn)象。雷電具有非常大的破壞性和危害，對(duì)人員和建筑物威脅極大，是高科技的天敵。從飛行器、輸電線路、電子系統(tǒng)到家用電器，都極易受到雷電破壞。

所以探討有效的防雷技術(shù)，對(duì)建筑做周全的防雷措施，是極其必要的。設(shè)計(jì)建筑物防雷措施時(shí)，應(yīng)該充分考慮到當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r、建筑物的構(gòu)造、室內(nèi)電器的安裝、綜合布線等因素，將潛在的雷電破壞可能性降到最低。

1 雷電的產(chǎn)生以及防護(hù)措施

雷電常發(fā)生于對(duì)流層，積雨云上下部的電勢(shì)差達(dá)到限值時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電。這就是我們見到的雷電現(xiàn)象。雷電流周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，使得附近的導(dǎo)體或者電器設(shè)備產(chǎn)生上萬(wàn)伏或更高的感應(yīng)電壓，破壞建筑物，中斷電力通訊，甚至危害人員生命安全。

雷電破壞主要有三種：直接雷擊、雷電感應(yīng)、電磁脈沖。

1.1 直接雷擊

直接雷擊是指雷電直接作用在表面或設(shè)備上。

防護(hù)措施：通過在外部設(shè)置接閃器，連接引下線，將接收的雷電流導(dǎo)入大地。接閃器主要有以下幾種：避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，作用是截獲雷電，電流經(jīng)引下線散入大地。

1.2 雷電感應(yīng)

雷電感應(yīng)也被稱為感應(yīng)雷。雷電附近的電磁作用產(chǎn)生雷電感應(yīng)，分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花從而損害設(shè)備。

防護(hù)措施：屏蔽、等電位連接、安裝SPD等。

1.3 電磁脈沖

電磁脈沖是一種干擾源，表現(xiàn)為：空間電磁脈沖、浪涌電壓和地電反擊。

防護(hù)措施：屏蔽隔離、接地、均壓、安裝電涌保護(hù)器等。

2 建筑物的防雷措施

綜合防雷系統(tǒng)包括外部防雷系統(tǒng)和內(nèi)部防雷系統(tǒng)。外部防雷系統(tǒng)攔截直接雷擊；內(nèi)部防雷系統(tǒng)防護(hù)雷電感應(yīng)和電磁脈沖。

圖1 綜合防雷系統(tǒng)

2.1 外部防雷系統(tǒng)

外部防雷系統(tǒng)是最直接經(jīng)濟(jì)的方法，主要是攔截直接雷擊。外部防雷用接閃器、引下線和接地形成一個(gè)完整的電氣通路，截獲閃電并引入大地。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)規(guī)范通過滾球法計(jì)算接閃器和引下線的設(shè)置，覆蓋保護(hù)建筑。

2.2 內(nèi)部防雷系統(tǒng)

內(nèi)部防雷系統(tǒng)防護(hù)雷電感應(yīng)、電磁脈沖、雷電波侵入等。做法是屏蔽、等電位連接、在用電前端裝設(shè)SPD、共用接地等。

2.2.1 屏蔽

屏蔽主要是防護(hù)建筑物內(nèi)的精密儀器。隨著社會(huì)進(jìn)步，電氣設(shè)備靈敏度高且耐過壓、耐過流低，易受到雷電的影響甚至破壞。因此，我們應(yīng)根據(jù)建筑物自身特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)，盡量利用建筑物結(jié)構(gòu)中的鋼筋，構(gòu)成一個(gè)六面體的法拉第網(wǎng)籠避雷網(wǎng)，防護(hù)空間電磁波輻射。除此外，法拉第網(wǎng)籠還可以整體防護(hù)球雷、側(cè)擊雷等，在引流過程中，法拉第網(wǎng)籠泄流分壓效果也很好。

2.2.2 等電位連接

等電位連接是消除雷電入侵威脅的必要措施，可有效降低接觸電壓和故障電壓的危險(xiǎn)。根據(jù)IEC的定義，等電位連接是指對(duì)外露導(dǎo)體做電位相等的電氣連接，它不構(gòu)建電氣回路，所以不傳輸電流，只傳送電位。設(shè)計(jì)總等電位連接時(shí)，應(yīng)在進(jìn)線處，將各種金屬構(gòu)件互相做電氣連接并接地，使得導(dǎo)體之間、導(dǎo)體和接地之間都不存在電位差，形成安全的用電系統(tǒng)。合理的等電位連接系統(tǒng)，可顯著減小引下線電流，降低其周圍的電磁感應(yīng)，保護(hù)設(shè)備的安全。

2.2.3 在用電前端裝浪涌保護(hù)器SPD

SPD的作用是限制瞬時(shí)過電壓并泄流，保護(hù)設(shè)備不受沖擊。由于雷電瞬時(shí)電壓很高，是最有破壞性的浪涌電壓，所以應(yīng)根據(jù)設(shè)備的耐壓水平，合理設(shè)計(jì)多級(jí)SPD防護(hù)，使限制電壓低于耐受電壓為止。SPD又稱為避雷器，按照工作原理分為三種：短路開關(guān)型、鉗壓型和組合型。

2.2.4 共用接地

電氣專家倡導(dǎo)共用接地，這是電氣技術(shù)發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)知。建筑內(nèi)設(shè)備繁多，獨(dú)立接地分散于各地，從電氣理論來說，采用獨(dú)立接地是不科學(xué)的，效果差且容易造成耐壓度低的設(shè)備損害。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)形成一個(gè)公用接地系統(tǒng)，將分散的電氣設(shè)備盡量連接在一起。如無(wú)法做到這一點(diǎn)，應(yīng)設(shè)計(jì)其他保護(hù)，防止地電位反擊。

3 建筑物的防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑物防雷是整體工程，應(yīng)該對(duì)內(nèi)外部防雷系統(tǒng)作全局考慮，還要根據(jù)建筑物所處環(huán)境，綜合考慮附近的規(guī)劃。

3.1 接閃器設(shè)計(jì)

根據(jù)GB50057-2010，將建筑物分為3類，采用球形法計(jì)算接閃器防護(hù)范圍。屋面設(shè)置接閃器，通過引下線接地。接閃器一般分為避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)。在屋角、女兒墻、以及屋頂水箱等凸出部分應(yīng)設(shè)置避雷帶，屋面金屬導(dǎo)體應(yīng)與避雷帶連接。各種被保護(hù)設(shè)備與接閃器之間保持安全距離。

3.2 引下線設(shè)計(jì)

引下線設(shè)計(jì)主要考慮泄流效果。引下線截面積和數(shù)量直接影響泄流效果。當(dāng)通過引下線的雷電流較小時(shí)，感應(yīng)范圍和電磁效應(yīng)也相應(yīng)較小。設(shè)計(jì)中，引下線間的距離不低于規(guī)范要求。當(dāng)建筑物高度大于30米時(shí)，每3層設(shè)置均壓環(huán)，30米以上凸出金屬導(dǎo)體必須與引下線做電氣聯(lián)接，防止側(cè)擊雷危害。引下線通常采用結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)的鋼筋鋼柱，并與地基基礎(chǔ)的鋼筋連通接地。

3.3 屏蔽設(shè)計(jì)

將建筑物混凝土內(nèi)的鋼筋進(jìn)行有效焊接，并與基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)電氣聯(lián)接，構(gòu)成法拉第籠，形成最外面屏蔽。進(jìn)出建筑物的所有線纜應(yīng)盡量埋地敷設(shè)，架空敷設(shè)線路，轉(zhuǎn)換接線處宜設(shè)置SPD。為增強(qiáng)屏蔽，用金屬管過電線電纜，金屬屏蔽連接處跨接，兩端電氣聯(lián)接。

3.4 等電位連接設(shè)計(jì)

在信息機(jī)房、控制中心、監(jiān)控中心等處設(shè)置局部等電位端子，局部等電位端子與總等電位箱連接并接地。各種設(shè)備通過SPD就近連接等電位端子。弱電豎井安裝鍍鋅鋼板，作為引下線與配線架、電纜架、穿線鋼管和設(shè)備柜相連。對(duì)于實(shí)際建筑物的等電位設(shè)計(jì)，有意識(shí)地將建筑鋼筋網(wǎng)和接地可靠連接，并將金屬管線及導(dǎo)體與鋼筋網(wǎng)焊接，使建筑物各設(shè)備之間以及設(shè)備與接地之間不存在明顯電位差，整體成為一個(gè)等電位體。

3.5 浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)

當(dāng)電氣回路或者通信線路發(fā)生瞬時(shí)高電壓時(shí)，SPD可瞬間導(dǎo)通泄流，保護(hù)設(shè)備不受損壞。一般來說，因?yàn)槔纂娔芰烤薮?，可采用四?jí)防護(hù)。第三級(jí)SPD應(yīng)設(shè)在建筑物主配電箱前端，第四級(jí)SPD應(yīng)設(shè)在被保護(hù)設(shè)備的前端，接線時(shí)注意與電源相線一一對(duì)應(yīng)，接地端與電源的PE端子排連接，兩者間的接線平直且不大于0.5米。

3.6 共用接地

工作接地、保護(hù)接地和防雷接地共用一組接地系統(tǒng)，施工方便且維護(hù)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。而且各個(gè)接地電阻并聯(lián)后的共用接地電阻小于獨(dú)立接地總電阻，接地效果明顯。實(shí)踐證明，很多情況下各種接地系統(tǒng)很難互不影響。共用一組接地，不會(huì)引入電位差導(dǎo)致事故。因此，一般以基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)為接地端，采用聯(lián)合接地。如接地電阻達(dá)不到要求或者設(shè)計(jì)接地電阻較小，可另加設(shè)人工接地裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑防雷保護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的整體工程。設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)時(shí)，不僅要考慮經(jīng)濟(jì)性，更要考慮安全性、合理性。因地制宜，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)和防雷規(guī)范，制定有效可靠的防雷綜合系統(tǒng)。