淺談建筑物的防雷設計

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摘要：本文針對建筑物防雷設計的重要性，對建筑物防雷設計思路，感應雷電入侵及建筑物防雷設計重要因素進行了探析，為建筑物防雷保護設計提供進一步研究的理論基礎。

關鍵詞：建筑物；防雷設計；感應雷電

自然界有眾多的不可抗逆的災害，其中雷擊是一種嚴重的自然災害。隨著社會經濟的不斷發展，高層建筑物越來越多，建筑物中的電氣設施也越來越復雜。每年因建筑物內電氣設施被雷擊的事件時有發生，造成的損失很大，危及到人們的人身安全和財產安全。因而，高層建筑物的防雷設計就顯得非常重要。

1 建筑物防雷設計思路

雷擊侵入建筑物內電氣設施的兩種形式是感應雷和直擊雷。其中，感應雷是由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電流和過電壓形成的雷擊；而直擊雷是雷電直接擊中線路并經過電氣設施入地的雷擊過電流。依據國家有關防雷設計標準，建筑物的防雷區可劃分為LPZOA，LPZOB，LPZI等區。根據建筑物的防雷區劃分，這樣就可以決定該區域內的電氣設施采取何種電涌保護器以何種方式在何處實現與共同接地體等電位聯結。

電氣設計人員對建筑物直擊雷的LPZOA的保護區的保護設計很熟悉，根據國家相關的建筑物防雷設計規范，設計由避雷針、避雷網等混合而成的接閃器，鋼屋架與立柱基礎的鋼筋網、屋面板鋼筋等構成一個整體，其中避雷網通過全部立柱基礎的鋼筋作為接地體，將強大的雷電流入大地[1]。建筑物的電氣設施主要防雷保護重點是防止感應雷的入侵。這是由于感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產生的，感應雷電壓形成的幾率較高，對建筑物內的電氣設備尤其是低壓電子設備會產生巨大的威脅。

2 感應雷電入侵探析

由感應雷產生的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：

（1）由供電電源線路入侵。高壓電力線路遭直擊雷襲擊后，經過變壓器耦合到各低壓0.38KV/0.22KV線路傳送到建筑物內各低壓電氣設備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應雷過電壓。

（2）由建筑物內計算機通信等信息線路入侵，可分為三種情況：

①當地面突出物遭直擊雷打擊時，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而擊穿外皮，使高壓入侵線路。

②雷云對地面放電時，在線路上感應出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設備，通過設備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。

③若通過一條多芯電纜連接不同來源的導線或者多條電纜平行鋪設時，當某一導線被雷電擊中時，會在相鄰的導線感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。

（3）地電位反擊電壓通過接地體入侵。雷擊時強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設備的其他接地體靠近時，即產生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產生強大的電磁場變化，會在相鄰的導線（包括電源線和信號線）上感應出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統不但不能保護計算機，反而可能引入了雷電。

由此可見，對建筑物內各電氣設備進行防感應雷保護設計是必不可少的一項內容；設計的合理與否，對電氣設備的安全使用與運行有著至關重要的作用。目前，在感應雷的防護當中，電涌保護器的使用已日趨頻繁，它能根據各種線路中出現的過電壓、過電流及時作出反應，泄放線路的過電流，從而達到保護電氣設備的目的。

3 建筑物防雷設計重要因素

3.1 接地效果

建筑物防雷效果的成功與否的一個重要保證是良好的接地效果。建筑物防雷設計中都要考慮采用何種接地方式最經濟最好。當基礎包在防水卷材內或達不到規范中規定的條件時，可以做周圈式接地裝置，應將周圈式接地裝置預先埋在基礎槽的最外面；當鋼筋混凝土結構的建筑物符合規范條件時，應利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。接地體靠近基礎內的鋼筋有利于均衡電位，此外，還可以節省為挖深溝所花費的物力和人力[3]。在基礎完工后再挖深溝會影響到基礎的穩定性。對磚混或木結構的建筑物，應做獨立引下線并采用獨立接地方式。當土壤電阻較大，使用接地極很多時，可以做周圍式接地裝置。這是因為周圍式接地裝置的沖擊阻抗小于獨立接地裝置的沖擊阻抗，而且也有利于改善建筑物內的電位分布，并減小跨步電壓。采用獨立式接地方式時，以鉆孔深埋接地極的效果最好，深孔接地極易達到地下水位，并且可以減少接地極的用鋼量。

3.2 接閃功能

接閃功能主要指的是實現接閃功能所應具備的條件，這其中包括耐流耐壓能力、接閃器的形式、接閃器與建筑物的美學統一性和連續接閃效果造價等。

3.3 屏蔽作用

建筑物避雷的屏蔽作用的目的主要是使建筑物內的電子計算機、通信設備、精密儀器及自動化控制系統等免遭雷電電磁脈沖的損壞。建筑物內的這些設施，不僅由于其本身靈敏性好，耐壓水平低，建筑物附近打雷或接閃時，會受到雷電的電磁輻射影響，而且在防雷裝置接閃器時會受到電磁干擾，甚至其他建筑物接閃時，也會收到從該處傳來的電磁波的影響。因而，在避雷設計時，應盡量利用鋼筋混凝土結構內的鋼筋，建筑物內頂板、地板及柱內的鋼筋，即籠式避雷網，實現屏蔽。由于建筑物內結構的不同，墻體的鋼筋有疏密的不同，鋼筋密度不夠時，避雷設計時應按照各種設備的不同增加網格的密度。良好的避雷屏蔽不僅可以防御雷電電磁脈沖，也可以使分流和等電位兩個問題迎刃而解。

3.4 分流影響

分流影響指的是引下線對分流效果的影響。引下線的數量和直徑直接影響分流效果，引下線越多，每根引下線通過的雷電流就越小，其感應范圍就相應越小[4]。引下線相互之間的距離不應小于規范中的規定。當建筑物比較高時，引下線很長時，應在建筑物的中間位置增加均壓環，從而減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，還可以降低反擊電壓。

3.5 均衡電位

均衡電位指的是建筑物內的各個部位形成一個相等的電位，即等電位。如果建筑物內的各種金屬管線和結構鋼筋都能連接成統一的導電體，建筑物內便不會產生不同的電位，這樣就可以保證建筑物內不會產生危及人身安全的跨步電壓和接觸電壓，從而對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備也有很多好處。由于鋼筋混凝土結構的建筑物內部結構大部分都是焊接或捆綁在一起的，因而最具備等電位的條件。

4 結語

建筑物的防雷設計是一項較為復雜的工作，建筑物電氣設計人員應該對防雷保護設計十分清楚。對建筑物的安全使用，電氣設施的保護起到重要作用，在防雷設計時，設計人員應實地了解建筑物周邊情況，以便更好地確定建筑物的防雷類別。所以電氣設計人員應對避雷設計做進一步研究與探討。同時應嚴格按照國家規范，精心設計，確保建筑物避雷設計可靠性。

參考文獻：

[1] 楊彩芳. 淺談一般建筑物的防雷設計[J]. 山西建筑，2006，32（15）：40-41.

[2] 林維勇. 建筑物防雷設計規范.北京：中國計劃出版社[M].2001：2-71.

[3] 梅衛群，江燕如.建筑物防雷工程與設計[J].北京：氣象出版社，2004：200-330.

[4] 王世杰.建筑物防雷設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2000：19-20.