臨時用房的雷電防護探討

陳宏，秦健，林濤

(重慶市防雷中心重慶401147)

臨時用房的雷電防護探討

陳宏，秦健，林濤

(重慶市防雷中心重慶401147)

隨著社會經濟的快速發展、自然災害的頻繁發生等因素，需要搭建的各種臨時用房越來越多。但由于臨時用房不是永久性的建筑，使用時間有限，由于建設工期緊迫以及建設單位節約建造成本等原因，使其很多方面都不完善，其中的防雷設施往往容易被忽略。臨時用房常常搭建在空曠的野外或近水的河邊，處于易被雷擊的區域。因此，本文針對臨時用房的直擊雷和雷電波侵入防護進行了探討，希望能對臨時用房的雷電防護起到積極的作用。

臨時用房；雷電防護

1 引言

全球氣象災害頻繁發生，嚴重地威脅著人類賴以生存的糧食、水和生態環境。我國地處東亞季風區，其特殊的地理位置、特定的地形地貌和氣候特征，是世界上主要的“氣候脆弱區”之一，致使我國氣象災害的種類之多，屬世界少見。我國的氣象災害大致可分為7大類20余種。世界高緯、中緯和低緯度，內陸和沿海各國發生的氣象災害，我國均有可能發生，別國沒有的，我國也存在。據統計，中國每年因氣象災害造成的直接經濟損失均超過1000億元，1998年更高達3000億元[1]。

雷電災害屬于氣象災害范疇，但又有別于暴雨、大霧、冰雹等其它氣象災害。我國地處溫帶和亞熱帶地區，雷暴活動比較頻繁。青藏高原東部、西北地區東部部分地區、長江中下游以南地區、西南地區東部和南部為雷暴高發區，雷暴發生最頻繁的區域是云貴高原和四川盆地等山區。據2003～2006年的資料統計，我國平均每年因雷電災害造成的死亡人數達537人，僅次于暴雨洪澇災害造成的人員死亡[2]。重慶作為全國多雷暴地區之一，每年的雷暴日多達51天。雷電災害給全市人民的生命財產安全和經濟建設的順利進行造成了較大的影響。據不完全統計，雷電每年造成重慶上千萬元經濟損失和數十人傷亡。近年來，臨時用房雷電災害事故時有發生。例如，2007年4月1日晚7時，重慶忠墊高速公路施工工棚發生雷擊人員傷亡事故，造成5人死亡，5人受傷。2006年6月22日，重慶開縣竹溪鎮某水庫一工棚被雷擊，造成6人受傷[3]。

重慶直轄以來，特別是重慶市被確立為西部地區的重要增長極、長江上游地區的經濟中心和城鄉統籌發展的直轄市以來，經濟社會發展迅速，各行業現代化水平的不斷提高，使需要雷電防護的對象逐漸增加。如今年7月18日舉行的重慶市兩江新區工業開發區開工暨授牌儀式，需要保障主席臺、來賓休息區等臨時重點場所的防雷安全。另外，受到全球氣候變暖趨勢的影響，氣象災害越來越頻繁，產生的后果特別是次生災害越來越嚴重，災害發生后大量救援人員、物資進入災區，大量災民的安置，都需要靠搭建數量眾多的臨時安置房、臨時帳篷來解決。如今年8月7日，甘肅甘南藏族自治州舟曲縣發生特大泥石流，有其自身地質構造的原因，但7日晚舟曲縣城東北部山區持續40多分鐘，降雨量多達90mm的特大暴雨，直接造成了特大山洪地質災害的發生。在短暫的時間里，大量受災人員的安置和救援人員、物資都需要靠臨時用房來解決。臨時用房的不斷出現及其雷電災害事故的不斷發生，使得對它們的雷電防護變得越來越緊迫和重要。

2 雷電危害特點

雷電災害是我國最嚴重的自然災害之一。從近30年的雷電災害造成的經濟損失和人員傷亡事故分析表明，具有發生頻次多、范圍廣、危害嚴重、社會影響大的特點。雷電災害已經被聯合國有關部門列為“最嚴重的十種自然災害之一”，被國際電工委員會稱為“電子時代的一大公害”。

當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現特點與以往有很大的不同，可以概括為：（1）受災面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統領域到幾乎所有行業，特點是與高新技術關系最密切的領域，如航天、航空、通信、電子行業、石油化工等。（2）從二維空間入侵變為三維空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變為空間閃電的脈沖電磁場以三維空間形式入侵到任何角落，造成災害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入防雷電電磁脈沖。前面是指雷電的受災行業面擴大了，現在是指雷電災害的空間范圍擴大了。（3）雷災的經濟損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對象本身的直接經濟損失有時并不太大，而由此產生的間接經濟損失和影響難以估計。（4）產生上述特點的根本原因是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。微電子技術的應用滲透到各種生產和生活領域，微電子器件耐壓能力差，極易造成微電子元件的損壞。

3 雷電危害分類

雷電的破壞作用主要是由雷電流引起的，雷電造成的危害可以分為兩類：直接雷擊災害和雷電感應災害。

3.1 直接雷擊災害

直接雷擊災害是指雷電直接擊中人體、建（構）筑物、設備、牲畜、樹木等，并對他們造成直接的損害，是雷暴云對大地某點發生的強烈放電。

雷電放電具有電壓高、電流幅值大，變化快，放電時間短，雷電電流波形陡度大等特點。直接雷擊的破壞作用在于強大的電流和超高電壓。雷電擊中人體、建筑物或設備時，強大的雷電流轉變成熱能。雷擊放電的電量大約為25～100C。據此估算，雷擊點的發熱量大約500～2000J。雷電流的高溫熱效應將灼燒人體，引起建筑物燃燒，使設備部件熔化。在雷電流流過的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產生強大的沖擊性機械力。該機械力可以達到5000～6000N，因而可使人體組織、建筑物結構、設備部件等斷裂破碎，從而導致人員傷亡、建筑物破壞以及設備毀壞等。雷電流產生的局部高溫還可以引起森林火災等。

3.2 間接雷擊災害[4]

一次對地雷擊，由于是脈沖放電，占有很寬頻帶的強脈沖電流通過主通道。同時，這個強電流脈沖還必然會產生其他一些電磁效應，除了靜電、磁感應效應外，還有傳導效應（如人地電流引起的電位差產生的電流）以及因電荷的加速度造成的電磁輻射。在距主放電通道遠處，輻射場將起主導作用。產生這種電磁脈沖場輻射的落地雷，它會產生傳導型電流、感應電壓及放電、感應電流等。這些電磁現象作用在電氣系統上有可能造成永久性破壞或攪亂正常工作。雷擊間接傷害在于能使環形導體被感應產生出火花放電，導致在易燃易爆環境中引發災難，而且涉及的電力系統本身因其受破壞還會引起大得多的能量的介入（如電源短路），導致更大的災難。雖然間接雷電的能量遠小于直接雷害，但它可以波及雷電源區外幾千米甚至更遠的地方。所以，間接雷害的范圍遠大于直接雷害。

4 雷電防護措施

由于臨時用房的修建具有臨時性和不確定性，因此，除了常規的防雷裝置設計、安裝外，還需要注意臨時用房的選址，通過主動與被動的雷電防御措施來減少和避免臨時用房的雷電災害事故。

4.1 選址原則

雷電災害作為自然災害的一種，有著明顯的地域性和季節性，閃電極易對地面突出物的電阻率較低的地方放電，對臨時用房的人員、物資及建筑本身造成直接損害。臨時用房的搭建一般會受地理位置條件的限制，在條件允許的情況下，應考慮當地的地理、地質、水文、生態環境等條件，同時要參考當地的雷電活動分布情況，盡量避開易遭雷擊的地點。

下面列舉的地理位置比較容易遭受雷擊，應該加以避免：（1）避開風口和順風的河谷及迎風坡，因為當雷暴路徑與風向一致時，這些地方落雷幾率較高。（2）避開地下金屬礦藏以及地下出水口處，因為這些區域與周圍的大片土壤電阻率相對比局部電阻率較小，是雷電流對地泄放的首選位置。（3）遠離通信、電力、高大高聳鐵塔和樹木等附近。由于高聳的鐵塔和樹木是雷擊的重點目標，其接閃過程中產生的強大的電磁脈沖將對建筑物內的人和電氣設備造成危害。（4）避開土壤電阻率突變和水氣容易抬升之處。如巖石與土壤，山坡與稻田的交界處，陸地和河流、湖泊的交界處易遭受雷擊。（5）避開巖石山的山腳，土山的山頂。如果臨時用房成為某個區域的高點，也很容易被雷電直接擊中，因此不要選擇地勢較高的地方。

4.2 技術措施

臨時用房應安裝防直擊雷裝置，臨時醫院、學校、公共食堂等重要公共服務設施所使用的應急臨時安置房，除安裝防直擊雷外，還應安裝防雷電波侵入裝置。

4.2.1 直擊雷防護

直擊雷防護裝置由三個基本部分組成：位于臨時用房屋面較高位置或附近的接閃器、接閃器接閃后雷電流泄流和散流的引下線和接地裝置。

（1）接閃器

臨時用房多為金屬結構和救災用的各種材質的帳篷、活動板房等。因此，為避免接閃器接閃后對被保護對象造成閃絡、跨步電壓等傷害。臨時用房宜裝設獨立避雷針或架空避雷線并使其處于接閃器的保護范圍內。避雷針、架空避雷線的保護范圍按照《建筑物防雷設計規范》（GB50057）中規定的滾球法進行計算，滾球半徑hr取60m，獨立避雷針、架空避雷線至應急臨時用房的間隔距離應不小于3m。

避雷針宜采用熱鍍鋅圓鋼或鋼管制成，其直徑不應小于下列數值：針長1m以下的圓鋼為12mm，鋼管為20mm；針長1～2m：圓鋼為16mm；鋼管為25mm。架空避雷線宜采用截面不小于35mm2熱鍍鋅鋼絞線或銅絞線[5]。避雷針的接閃端宜做成半球狀，其彎曲半徑為4.8mm～12.7mm。

當利用活動板房的鋼結構作為防直擊雷裝置時，屋頂彩色涂層鋼板厚度應不小于0.5mm，保溫芯材為不可燃材料，或者保溫芯材下面還有材料為阻燃的隔板。屋頂彩鋼板與鋼結構形成可靠電氣連接，每塊彩色涂層鋼板至少有4顆螺栓與鋼結構連接。活動板房必須是輕型鋼結構裝配式房屋，所有鋼構件之間通過焊接或螺栓連接。房頂電燈應盡量高掛，燈、電器、電源線等與人的距離宜大于1m，電源線應穿塑料管絕緣。

（2）引下線

獨立避雷針的針塔、架空避雷線的端部應至少設一根引下線。對用金屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網的針塔、支柱，宜利用其作為引下線。

獨立避雷針和架空避雷線的引下線應設在行人不易觸摸的地方，至臨時用房的金屬構件及與其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的間隔距離不得小于2m；小于2m時，應在地面至地面上3m間采取絕緣措施，使其具有100kv、1.2/50 (μs)的沖擊耐受電壓。

用活動板房的鋼結構作為防直擊雷裝置時，可利用鋼結構柱作為引下線，每幢活動板房的鋼結構柱不應少于4根。此外，還應做好相應的防護措施：設置障礙或張貼警示標志，減少人員接近的概率或接近引下線的時間；將暴露的引下線進行絕緣，使其具有100kv、1.2/50(μs)的沖擊耐受電壓。

（3）接地裝置

獨立避雷針、架空避雷線應有獨立的接地裝置，每一引下線的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用熱鍍鋅角鋼、鋼管或圓鋼，人工鋼質垂直接地體的長度宜為2.5 m，其間距以及人工水平接地體的間距均宜為5 m，當受地方限制時可適當減??；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用熱鍍鋅扁鋼或圓鋼。人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于1 m，其距應急臨時安置房的墻或基礎不宜小于1 m。

用活動板房的鋼結構作為防直擊雷裝置時，活動板房底部的地梁應構成可靠電氣連接的閉合環?？衫霉潭ɑ顒影宸康牡劐^、打入地下的角鋼、圓鋼和地腳螺栓等作為接地體，接地體沖擊接地電阻應不大于30Ω，否則應增加人工接地體，使沖擊接地電阻達到要求。

當接地裝置在高土壤電阻率的場地時，應采取下列措施之一降低沖擊接地電阻：采用多支線外引接地裝置、接地體埋于較深的低電阻率土壤中、換土、采用降阻劑。

4.2.2 雷電波侵入防護

（1）應急臨時用房金屬結構件應盡可能接地，可充分利用固定活動板房、帳篷的金屬件作為接地體，其接地電阻不作要求。但與防雷電波侵入裝置的接地共用時，其沖擊接地電阻應不大于30Ω。

（2）進入臨時用房的低壓配電線路宜全線采用電纜直接埋地敷設，在進入臨時用房處應將電纜的金屬外皮、鋼管接到等電位連接帶或防雷電波侵入的接地裝置上；在臨時用房的總配電箱內應裝設電涌保護器。

進入臨時用房的低壓配電線路采用電纜有困難時，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔的架空線，但應使用一段金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小于15m：在電纜與架空線連接處，應裝設戶外型電涌保護器。電涌保護器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。電涌保護器應選用Ⅰ級試驗產品，其Up應不大于2.5kV，每臺電涌保護器Iimp應不小于10kA；若無戶外型電涌保護器，可選用戶內型電涌保護器，但其使用溫度應滿足安裝處的環境溫度要求并應安裝在IP54型箱內。電涌保護器的Uc值和接線形式符合GB50057的規定；連接電涌保護器的導線應采用多股銅芯線，截面積應大于16mm2。

（3）臨時用房內的低壓供電線路宜采用金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地敷設；當采用架空線路時，其架空線路應在接閃器保護范圍內；如果架空低壓供電線路超過200m，應在距離總配電箱200m外的分配電箱內裝設第二級電涌保護器。電涌保護器的Uc值和接線形式按相關規范的規定確定；連接電涌保護器的導線應采用多股銅芯線，截面積應大于10mm2。

（4）臨時用房內的電話、網絡和電視等室外線路宜全線采用有屏蔽層的電纜埋地敷設，其兩端的屏蔽層、加強鋼線、鋼管等應等電位連接到入戶處的終端箱體上。當通信線路采用架空線時，應使用一段護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小于15m。在電纜與架空線連接處，應裝設戶外型電涌保護器。電涌保護器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

5 結論

本文針對臨時用房的特點，提出了直擊雷、雷電波侵入的防護措施，在設計、安裝臨時用房的防雷設施時，應以安全可靠、經濟合理為原則。此外，還應將雷電監測、雷電預警預報、雷電災害預警信息發布與應急處理、雷電防護科普知識宣傳等非工程性措施引入臨時用房建設和使用，力爭通過多方面的防護措施以最大限度地減少雷電災害事故的發生。

[1]王春乙，王石立，霍治國，等.近10年來中國主要農業氣象災害監測預警與評估技術研究進展[J].氣象學報，2005年，63（5）.

[2]國家氣候中心.1987-2006年全國氣候影響評價[M].北京.氣象出版社，2007.

[3]李家啟，李良福，覃彬全，等.雷電災害典型案例分析[M].北京:氣象出版社，2007.

[4]梅衛群，江燕如.建筑防雷工程與設計[M].北京:氣象出版社，2006年.

[5]建筑物防雷設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2000年.

責任編輯：余詠梅

止水對拉螺栓焊接工藝的改進

防水工程上使用的止水對拉螺栓的傳統制作方法是，把止水環套在螺桿上，待連接地線后，先焊止水環，再焊限位鋼筋。一次只能焊接一根。我們利用工地上的短鋼筋焊制，操作工人不用挪動位置。一次可焊接止水對拉螺栓10～15根，具體作法如下：

用直徑12mm鋼筋制成模具架子，在架子的橫桿上，用直徑6mm鋼筋焊成U形卡狀。架子的寬度應根據墻體厚度確定，然后，用白粉筆在螺桿上畫出止水環和限位鋼筋的位置。最后把需要焊接的止水螺栓放在U形卡上，連接地線后即可進行焊接。為防止焊渣濺到螺紋上，操作中需注意不要使止水對拉螺栓的螺紋直接和U形卡接觸。還可在架子上部彎頭鋼筋位置上蓋一塊廢舊模板，也能起到保護螺紋的作用。

（摘自：《建筑工人》）

Prevention of Thunder and Lightning against Contemporary Houses

Natural disasters occur together with the rapid development of social economy,lots of contemporary houses are needed to be established.Nevertheless,many contemporary houses are meant for a short term usage,and therefore are not perfectly built,so that the lightning protection facilities are frequently neglected.What's more,these kinds of houses are usually set up in the open or near a river bank,as a result,they are vulnerable to thunder and lightning strikes.To solve this problem,this essay discusses the prevention and protection of the contemporary houses against the thunder evasion or thunder electric wave,so as to contribute to the prevention of thunder and lightning.

fabricated housing;the prevention and protection of thunder and lightning

TU895

A

1671-9107（2010）12-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.12.033

2010-9-9

陳宏（1977-），男，碩士，高級工程師，主要從事建筑物及信息系統防雷技術的研究與應用。