水體附近高層住宅雷電防護設計淺析

摘 要:本文闡述了水體附近高層住宅樓的雷電入侵與雷電防護措施。首先分析了雷電侵入大樓直接雷擊、感應雷擊和電磁脈沖3種可能途徑，然后根據不同雷電入侵特點，提出了雷電防護的一般措施，通過這些防雷措施的實施，可以使住宅樓得到全面的保護。

關鍵詞:水體高層住宅風險評估雷電防護方案外部防雷內部防雷

中圖分類號:P446文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0111-01

1 概述

雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數十萬安培。它是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財產損失不計其數，由雷擊而導致的火災，爆炸，建筑物毀壞等事件也頻繁發生，造成直接經濟損失達十億元以上。我國是雷電災害頻繁發生的地區，70%以上地區都屬于多雷區或強雷區，每年發生的雷電災害有近萬次，造成的人員傷亡有3000～4000人，直接經濟損失達幾十億到上百億人民幣。

隨著社會越來越快的發展，城市人口高度集中。高層建筑得到了推廣與發展。如果從5層增加到9層，建筑密度可提高，從而能使整個區域市政府設施投入降低。同時這也加劇了建筑物遭遇雷擊的概率，因此對于高層建筑的雷電防護工作變的愈加重要。這是由多方面原因造成的:首先，隨著我國現代化建設速度的加快，城市中高層建筑的大量出現導致對雷電活動的影響不斷加劇;其次，高層建筑中的各種設施以及網絡、通信系統等抗干擾能力較弱的現代電子設備的使用，隨著現代社會不斷發展和微電子設備的普及，經濟的損失只是其中的一部分，這些器件在發生雷擊時，受到損壞，不僅會影響人們的生活，嚴重的可能危及到人們的人身安全;第三，人類在不斷的開發利用新型的能源，太陽能熱水器隨之進入到我們的生活，由于它所安裝的位置在住宅樓的樓頂，這無形中也增加了發生雷擊時，對住宅樓內人員、器件造成危險的概率。

2 雷電入侵的途徑

2.1 直接雷擊

直擊雷是指雷電直接擊中在建筑物構架、動植物上，因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器(針、帶、網、線、)引下線和接地裝置構成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。中房花園高層住宅樓高為37.6，它所在的地理位置較偏僻，旁邊又有河流經過，樓頂有金屬裝飾，這些都是極易受到雷擊的。因此，中房花園住宅樓的直接雷擊防護包括直擊雷防護和側擊雷防護兩個部分。

2.2 感應雷擊

雷電在雷云之間或雷云對地的放電中，會在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線上產生電磁感應并侵入電器，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發生的幾率比直擊雷高得多，一次雷電閃擊可以在較大的范圍內多個小局部同時產生感應雷過電壓現象并且這種感應高壓可以通過電力線、電話線等傳輸到很遠，致使雷害范圍擴大。

感應雷擊破壞的主要對象是電子電器設備和緊密易受干擾的儀器。在本工程中撫順市中房花園高層住宅樓都敷設有通訊線路、電力線路等。供電電網是雷電入侵設備的一條重要途徑，因此，需要做好感應雷擊的防護。

2.3 電磁脈沖

由于雷電電流有極大的峰值和陡度，在它周圍會出現瞬變電磁場，處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢，而此瞬變電磁場會在一定的空間范圍內產生電磁作用，也可以是脈沖電磁波輻射，這種空間雷電電磁脈沖波(LEMP)是在三維空間范圍里對一切電子設備都會發生作用。因瞬變時間極短或感應的電壓很高，其電磁脈沖往往超過2.4GS(約20k)。依據GB/T 2887-2000《電子計算機場地通用規范》，撫順市中房花園高層住宅樓內的電梯、電燈、電子門等采用微機和磁卡控制進行信息傳遞和使用，其對磁脈沖承受限度應小于800，故在大樓的機房建設時應對防雷與電磁屏蔽措施充分注意。

建筑物的外部防雷系統(如避雷針、避雷網等)遭受直接雷擊，在接地裝置的兩端就會產生危險的過電壓，由設備的接地線、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系統或其他自然接閃物(各種管道、電纜屏蔽管等)引入設備，造成設備的損壞。中房花園高層住宅與附近的建筑物有很多管道或者電纜等金屬連接物，因此應充分考慮對地電位反擊的防護措施。

3 雷電防護

所謂雷電防護:就是通過合理、有效的手段將雷電流的能量盡可能的引入到大地，是疏導，而不是堵雷或消雷。一個完整的防雷系統包括兩個方面:外部防雷和內部防雷。缺少任何一面都是不完整的、有潛在危險的。外部防雷系統由避雷針(或避雷帶、避雷網)、引下線和接地系統構成，將可能擊中建筑物的雷電吸引到避雷針和避雷帶等接閃裝置上，并通過與接閃裝置連接的引下線和接地體將雷電流泄放入地，從而使建筑物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故;而內部防雷系統則是防止雷電和其他形式的過電壓侵入設備中造成損壞，這是外部防雷系統無法保證的。為了實現內部避雷，需要通過空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、過電壓保護等措施，通過在需要保護設備的前端安裝合適的浪涌保護器即過電壓保護，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷電而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地[1]。

外部保護:在0級保護區即外部作無源保護，主要依靠避雷針(網、線、帶)和接地裝置，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成，此外，針對雷電外部防雷還包括等電位連接。外部防雷主要是直擊雷防護和側擊雷防護。在樓頂部應將避雷帶與伸出屋面的金屬管道金屬物體連接起來，在每層內的建筑物內應實行輔助等電位連接，即引下線在經過各個樓層時，將它與該樓層的鋼筋、金屬構架全部聯結起來。所有的外來導體在進入建筑物的入口處都要做重復的接地。外來導體包括:金屬水管、通訊線路及電力電纜鎧裝外皮或電纜金屬管等。此外，建筑物外部的所有金屬物都要與等電位連接帶連接，以免雷電發生反擊。于是不論引下線的電位升到多高，同樓層建筑物內的所有金屬物(包括地面內鋼筋、金屬管道、電氣設備的安全接地)都同時升到相同電位，方可消除地電位反擊。

內部防護:一般根據實際情況劃分為電源部分防護和信息系統防護。主要有接地、屏蔽、等電位連接和安裝電涌保護器等措施。安裝浪涌保護器的目的是用分流(限幅)技術即采用高吸收能量的分流設備(電涌保護器)將雷電過電壓(脈沖)的能量分流泄入大地，達到保護目的，所以，分流、等電位技術中采用保護器的品質、性能的好壞是直接網絡防護的關鍵，因此，選擇合格優良的浪涌保護器至關重要。