谈谈建筑物防雷设计要点

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摘要：所谓防雷保护，就是要么将雷电引至他处，要么利用等电位联结的法拉第笼的屏蔽原理去抵御雷电的侵入，使自己免遭损害。

关键词：防雷 ，保护 ，法拉第笼 ，等电位联结 ，SPD

Abstract: the so-called lightning protection, either will lead to lightning elsewhere, or USES, the Faraday cage equipotential connection of shielding against the invasion of the principle of lightning, make yourself from damage.

Keywords: lightning protection, protection, a Faraday cage, equipotential connection, the SPD

中图分类号：TU856文献标识码：A文章编号：

由于大气环境被破坏，极端的天气灾害包括雷电现象等越来越多，造成的损失也极大，如触目惊心的7.23动车追尾事故，就是由于雷电造成停电再加上应急处置不当造成的。雷电是不可避免的，但减少雷电造成灾害的方法和措施还是比较完备的，关键是必须认真落实。对于建筑物而言，完备的防雷设施，完全能够避免大部分雷电灾害，因此，我们作为工程设计单位必须认真做好防雷工程设计。防止雷电灾害的措施不外乎以下两种：

其一，是将雷击引到别处去，引到不对人们生活造成灾害的地方去。比较成熟的应用，如电力系统架空线路上方全程覆盖避雷线（如图1），由于其位置比电力线路更容易遭到雷击，因而将绝大部分的雷电引走，保护了电力系统的安全。

图1

而对于民用建筑物而言，则是在其外部支设避雷带。除此之外，在富兰克林成功地将雷电通过避雷针引入大地后，人们在避雷针这方面的研究也没有停止过。目前，除传统金属避雷针外，各种预放电式的避雷针（如图2）也是品种繁多，由于其价格昂贵而少有推广，但作为一种探索、一种尝试，倒是非常有益和值得的。笔者曾在太湖边的一个别墅群中试用过几套，目前尚未有过雷击记录。

图2

其二，对于钢筋混凝土建筑物而言，可将房屋的屋面钢筋、柱内钢筋以及建筑物的基础钢筋等金属构件进行等电位联结，当雷电击中建筑物时，雷电流经由房屋内的金属构件迅速地扩散到大地，从而避免遭受雷电损害。其理论原理就是法拉第笼的屏蔽作用，由雷电引发的高电位只影响法拉第笼本身，而不影响其内的各场所。剖析其整个过程，最关键的应该是等电位联结。

上述两种方式的防雷装置，其工作原理完全不一样，因此对于接地装置、接地电阻的要求应该是不一样的，第一种方式，是要将雷电流迅速地引至大地，因而接地电阻要小，GB50057也对不同类别防雷建筑物的接地电阻提出了相关要求；而第二种方式，就建筑物防雷本身而言，跟接地电阻值关系不大，除占地很小的构筑物（如：烟囱、水塔）和独立基础的建筑物外，均无需考虑引下线处可能出现的跨步电压，因此也无需对接地电阻值提出较高要求，举个极端的例子，飞行器的防雷，其接地电阻是无穷大。

更多的时候，我们在设计建筑物防雷装置时，设置了避雷带，同时利用建筑柱筋作引下线，利用房屋基础接地，同时又外引接地极，看似混合使用了上述两种方式，其实质还是第二种方式（法拉第笼的屏蔽作用）。明白了上述防雷的基本原理后，在建筑物防雷设计时，就可以更好地去理解和执行规范（GB50057），而不是拘泥于规范条文了。

有了上面的探讨，在设计具有大量电子信息设备的建筑物的时候，也就掌握了设计方法。首先，利用建筑物的屋面、梁、柱、墙内的钢筋组成最外层等电位的屏蔽网（屏蔽层外称之为LPZ0区，屏蔽层内称之为LPZ1区），由于这个网存在间隙，必然会有部分雷电的能量穿透，但已经衰减，如果这个能量还足以破坏建筑物内的电子产品，那么就需要在这些设备的外侧作第二道等电位的屏蔽网（屏蔽层内称之为LPZ2区），以此类推，还可以做第三道屏蔽（屏蔽层内称之为LPZ3区）。值得注意的是，每一层屏蔽层都应该是等电位的，否则，就会有高电位（能量）被引入本区域，由于建筑物有大量的管线进出，这些管线就会把高电位引入，因此，所有的管线在进出所在防雷区域时必须进行等电位联结，对于像水管、风管、金属桥架、电缆金属外皮等可以通过金属线缆直接与等电位装置相连，对于无法直接相连的管线（如强、弱电电缆的芯线、作阴极保护的燃气管道等），那么就通过SPD相连接，使其在有雷电流时导通，而在平时断开。（见图3）

图3

关于SPD的选择，GB50057中规定从建筑外（LPZ0A、LPZ0B区）至LPZ1区，选用I级试验的电涌保护器（SPD）,从LPZ1至LPZ2，LPZ2至LPZ3区域，其电涌保护器可按GB50343的规定进行选择。

顺便提一下，由于雷电流具有高频高压击穿空气间隙的能力，所以对于利用建筑柱内钢筋作避雷引下线时，可不要求必须焊接，绑扎、压接、套接的施工方式均可以满足防雷设计的技术要求。

以上是笔者在工作和学习中的一点体会，供同行参考、借鉴。

参考文献

《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004

IEC出版物 IEC/TC81标准