现代建筑物防雷设计探究

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摘要：雷电不仅会对建筑特造成破坏，还会损坏建筑物的电力设施和通讯设备，因此在现代建筑中防雷工程必不可少，而建筑物防雷是一个复杂而系统的工程，在设计施工过程中除了严格遵守相应的规范，还要注意运用先进科学的技术，以提高建筑物防雷工程的可靠性和安全性。下文笔者结合多年工作经验，对建筑物防雷设计进行探究。

关键词：建筑物；防雷设计；施工要点

引言

随着经济社会的发展，建筑物的规模不断扩大、建筑高度不断的增加，而高层建筑容易受到雷击，同时高层建筑正向智能化发展，特别是现代家电器具日趋增多，电子设备和网络系统一旦遭受雷击，损失将很严重。这些新问题的出现对建筑物防雷工程带来了新的考验

1.建筑物防雷设计思路

直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流；感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流形成的雷击。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010规定，建筑物的防雷区划分为LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等区（各区的具体含义本文不再赘述）。从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。

建筑物直击雷的保护区域为LPZOA区，其保护设计已为电气设计人员所熟知，根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010，设计由避雷网（带），避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架，屋面板钢筋等构成一个整体，避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体，将强大的雷电流入大地。感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的电气设备，尤其低压电子设备威胁巨大，所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。

2.建筑物防雷设计的因素

2.1接地效果

建筑物防雷效果的成功与否的一个重要保证是良好的接地效果。建筑物防雷设计中都要考虑采用何种接地方式最经济最好。当基础包在防水卷材内或达不到规范中规定的条件时，可以做周圈式接地装置，应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外面；当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时，应利用基础内的钢筋作为接地装置。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位，此外，还可以节省为挖深沟所花费的物力和人力[3]。在基础完工后再挖深沟会影响到基础的稳定性。对砖混或木结构的建筑物，应做独立引下线并采用独立接地方式。当土壤电阻较大，使用接地极很多时，可以做周围式接地装置。这是因为周围式接地装置的冲击阻抗小于独立接地装置的冲击阻抗，而且也有利于改善建筑物内的电位分布，并减小跨步电压。采用独立式接地方式时，以钻孔深埋接地极的效果最好，深孔接地极易达到地下水位，并且可以减少接地极的用钢量。

2.2接闪功能

接闪功能主要指的是实现接闪功能所应具备的条件，这其中包括耐流耐压能力、接闪器的形式、接闪器与建筑物的美学统一性和连续接闪效果造价等。

2.3屏蔽作用

建筑物避雷的屏蔽作用的目的主要是使建筑物内的电子计算机、通信设备、精密仪器及自动化控制系统等免遭雷电电磁脉冲的损坏。建筑物内的这些设施，不仅由于其本身灵敏性好，耐压水平低，建筑物附近打雷或接闪时，会受到雷电的电磁辐射影响，而且在防雷装置接闪器时会受到电磁干扰，甚至其他建筑物接闪时，也会收到从该处传来的电磁波的影响。因而，在避雷设计时，应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，建筑物内顶板、地板及柱内的钢筋，即笼式避雷网，实现屏蔽。由于建筑物内结构的不同，墙体的钢筋有疏密的不同，钢筋密度不够时，避雷设计时应按照各种设备的不同增加网格的密度。良好的避雷屏蔽不仅可以防御雷电电磁脉冲，也可以使分流和等电位两个问题迎刃而解。

2.4分流影响

分流影响指的是引下线对分流效果的影响。引下线的数量和直径直接影响分流效果，引下线越多，每根引下线通过的雷电流就越小，其感应范围就相应越小[4]。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物比较高时，引下线很长时，应在建筑物的中间位置增加均压环，从而减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，还可以降低反击电压。

2.5均衡电位

均衡电位指的是建筑物内的各个部位形成一个相等的电位，即等电位。如果建筑物内的各种金属管线和结构钢筋都能连接成统一的导电体，建筑物内便不会产生不同的电位，这样就可以保证建筑物内不会产生危及人身安全的跨步电压和接触电压，从而对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很多好处。由于钢筋混凝土结构的建筑物内部结构大部分都是焊接或捆绑在一起的，因而最具备等电位的条件。

3.高层建筑防雷设计

3.1防直击雷的设计

雷云对大地的电压低则几百万伏，高则数千万伏甚至更高，雷云对大地一次闪击时其瞬时功率很大，所以它的破坏力是相当大的。到现在为止，防直击雷都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接收下来，然后通过良好的接地装置迅速而安全把它送回大地。大多数情况下，外部防雷装置附着于被保护建筑物上。其布置取决于被保护建筑、物的形状、所需的保护及所采用的几种设计方法。

3.1.1接闪器的设计

防雷装置的设计通常采用滚球法和网格法。在设计时，应根据被保护对象的用途、高度、长宽比进行选择。

3.1.2引下线的设计

引下线的设计时要注意的是：引下线尽可能短。并尽可能地利用建筑物内四个角的主筋作为引下线和垂直接地体。高层建筑由于高度高，一定要注意防备雷电侧击。目前，防止侧击雷的做法是，在30m以上部位，每隔三层，沿建筑物四周敷设一道避雷带与各根引下线相焊接。避雷带可于安装在外墙抹灰层内，或者直接利用结构钢筋时每隔适当的距离与楼板钢筋焊接，因此，这个避雷带实际上是均压环，建筑物的外墙均压环（或避雷带）可利用结构圈粱中的纵向钢筋（主筋）。

3.1.3接地装置的设计

设计考虑的主要因素是土壤的电阻率，土壤的电阻率与土壤的含水量、土壤的温度、土壤的性质有关。干燥的土壤的电阻率达无穷大，0～15%，电阻率降低；15～75%时，电阻率降低不明显；75%以上时电阻率增大。0℃以下和100℃以上时电阻率增大；混凝土的电阻率，混凝土的电阻率与其湿度有关，在其干燥时，电阻率较大；当具有一定湿度时，就成了较好的导电物质。可达100～200Ω混凝土的电阻率还与其温度成一定关系的反向作用，即温度升高，电阻率减小；温度降低，电阻率增大。

3.2内部防雷的设计

3.2.1对高压雷电的第一级设防

对高压雷电的第一级设防，其目的是把高压雷电脉冲的幅值降低，其办法一是输电网金具接地法，光缆高电压击穿空气，并通过金具对地放电；二是相线与地线并联电容的方法，架空电线引入的地方设保护电容器对感应雷有良好的保护效果；三是变压器隔离法，其原理是当输入端的电压达到一定值时，变压器达到磁饱和，失去变压器的功能。通过上述三种办法可将雷电高压脉冲幅值大大降低。

3.2.2电源系统的保护

建筑物内电子设备使用的交流电源通常是由供电线路从户外交流电网引入的。当雷击于电网附近或直击于电网时，能够在线路上产生过电压波，这种过电压波沿线路传播进入户内，通过交流电源系统侵入电子设备，造成电子设备的损坏。

4.总结语

相关工程师必须正确认识建筑防雷重要性，严格按照建筑物防雷规范进行施工设计，加强建筑物防雷保护措施的安全管理，最大程度的减少雷击事故的发生，保证建筑物的使用性和人身以及设备安全，不断促进综合防雷技术的发展。

参考文献：

[1]丘志彪，建筑物防雷的分类与安全距离[J]，气象研究与应用，2011（04）.

[2]朱明，避雷针电磁辐射对计算机的危害及防御措施[J]，气象研究与应用，2011（02）.