淺談三級防雷建筑物設計施工中的問題

何俊林

(安徽省銅陵市環湖建設辦公室，安徽 銅陵 244000)

淺談三級防雷建筑物設計施工中的問題

何俊林

(安徽省銅陵市環湖建設辦公室，安徽 銅陵 244000)

文章對IEC、GB50057－94、JGJ/T16－92等建筑物防雷規范進行對比，指出對三級防雷建筑物的防直擊雷設計與施工中存在的誤區以及應采用的相應措施，論述建筑物防雷設計中應計算的設計參數，安全、經濟地實現設計標準。

建筑物；防雷設施；裝置間距；跨步電壓；埋地深度；接地電阻

一、前言

在建筑物防雷設計中，設計人員對一、二級防雷建筑物的防雷設計比較重視，疏漏差錯很少，但對大量的三級防雷建筑物的防雷設計卻常有忽視。由于設計質量管理規定：對于一般工程的電氣設計允許可以不要計算書，因此許多設計人員對三級防雷建筑物的防雷設計，不再進行設計計算，僅憑經驗而設計。對于防雷設施的是否設置及防雷設施的各種安全間距未進行計算、驗算，因此造成大量的三級防雷的建筑物的防雷設計、施工存在較大的盲目性，使有些工程提高了防雷級別，增加了工程造價，而有些工程卻未按規范設計、施工，造成漏錯，帶來很大隱患和不應有的損失。

二、預計的年雷擊次數確定設置防雷設施

除少量的一、二級防雷建筑物外，數量眾多的還是三級防雷及等級以外的建筑物防雷，而對此類建筑物大多設計人員不計算年預計雷擊次數N，使許多不需設計防雷的建筑物而設計了防雷措施，設計保守，浪費了人、材、物。現計算舉例說明：

例1：在地勢平坦的住宅小區內部設計一棟住宅樓：6層高 層數不含地下室，地下室高2.2m ，三個單元，其中：長L=60m，寬W=13m，高H=20m，當地年平均雷暴日Td=33.2d/a，由于住宅樓處在小區內部，則校正系數K=1。

據JCJ/T16－92中公式D·2－1、D·2－2、D·2－3、D·2－4得：與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積km2：Ae=L·W＋2L＋WH200－H＋πH200－H×10－6=60×13＋2（60＋13）20（200－20）＋3.14×20（200－20）×10－6=0.02084km2

建筑物所處當地的雷擊大地的年平均密度：

Ng=0.024Td1.3=0.024×33.21.3=2.28次/km2·a

建筑物年預計雷擊次數：

N=KNgAe=1×2.28×0.02084=0.0475次/a

據JCJ/T16－92第12.3.1條，只有在N≥0.05GB50057－94中：N≥0.06才設置三級防雷，而本例中：N=0.0475＜0.05，且該住宅樓在住宅樓群中不是最高的也不在樓群邊緣，故該住宅樓不需做防雷設施。

根據以上計算步驟，現以L=60m，W=13m，分別以H=7m、10m、15m、20m四種不同的高度，K值分別取1，1.5，1.7，2，Ng=2.28 km2·a進行計算N值。

從計算數據可知，在本區內：①當K=1時，舉例中的建筑物均N＜0.05，不需設置防雷設施。②當K=1.5時，即建筑物在河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的或特別潮濕的建筑物，在高度達15m或以上者，必須設置三級防雷措施。③當K=1.7時，即金屬的磚木結構的建筑物，高度達7m及以上者，必須設置三級防雷措施。④當K=2時，即建筑物位于曠野孤立的位置，高度達7m兩層以上者，均設置三級防雷措施?？梢?，有的建筑物在20m的高度，卻不需設置防雷措施，而有的建筑物高度在7m，就必須設置三級防雷措施。關鍵因素在于建筑所處的地理位置、環境、土質和雷電活動情況所決定。

同時在峻工的工程中，我們也看到，例1中的民用建筑物，有許多類似的工程不該設置防雷卻按三級防雷設計施工了。

三、防雷設施與人、金屬管道等的安全距離

1.雷電流反擊電壓與引下線間距的關系

當建筑物遭受雷擊時，雷擊電流通過敷設在樓頂的避雷網，經接地引下線至接地裝置流入地下，在接地裝置上升高的電位等于電流與電阻的乘積，在接地引下線上某點 離地面的高度為h的對地電位則為：

Uo=UR＋UL=IkRq＋L1

式中Ik—雷電流幅值kA

Rq—防雷裝置的接地電阻Ω

L—避雷引下線上某點 離地面的高度的為h 到接地裝置的電感μH

雷電流的波頭陡度kA/μH

1式中右邊第一項UR即IkRq為電位的電阻分量，第二項UL即為電位的電感分量，據GB50057－94有關規定，三類級防雷建筑物中，可取雷電流Ik=100kA，波頭形狀為斜角形，波頭長度為10μs，則雷電流波頭陡度 =10kA /μs，取引下線單位長度電感Lo=1.4μH/m，則由1式可得出Uo=100Rq＋1.4×h×10=100Rq＋14hkV2

根據2式，在不同的接地電阻Rq及高度h時，可求出相應的Uo值，但引下線數量不同，則Uo的數值有較大差異。下面以例1中引下線分別為4、8根假定每根引下線均流過相同幅度的雷擊電流，且忽略雷電流在水平避雷上的電阻及電感壓降。

2.引下線與人體之間的安全間距

雷擊電流流過引下線及接地體上產生的雷擊電壓，其電阻分量存在于雷電波的持續時間數十μs內，而電感分量只存在于波頭時間5μs內，因此兩者對空氣絕緣作用有所不同，可取空氣擊穿強度：電感UL=700kV/m，電阻ER=500kV/m?；炷翂Φ膿舸姸鹊扔诳諝鈸舸姸?，磚墻的擊穿強度為空氣擊穿強度的一半。

據計算的數據，下面計算引下線與人體之間的安全距離。因每組引下線利用構造柱中的412鋼筋，可以認為引下線與人體、金屬管道、金屬物體之間為空氣間隔，且認為引下線與空氣之間間隔層為抹灰層，可忽略不計。

根據數據顯示，引下線數量增加一倍，安全間距則減小一半。因此設置了防雷設施后，應嚴格按照規范設置引下線的數量及間距。同時建議可縮短規范內規定的引下線間距，多設一定數量的引下線，可減少雷電壓反擊現象。這樣處理，對增加工程造價微乎其微。

3.引下線接地裝置與地下多種金屬管道及其它接地裝置的距離Sed

據JCJ/T16－92第12.5.7條及公式 12.3.6－4 ：Sed≥0.3KcRi=0.3×0.4× 30=3.96m，而在實際施工中，地下水暖管道交錯縱橫，先于防雷及電氣接地裝置施工，等施工后者時，已經很難保證Sed≥3.96m了，也難于保證不應小于2m的規定，因此可將防雷接地裝置與各種接地裝置共用，即實行一棟建筑一個接地體。將接地裝置與地下進出建筑物的各種金屬管道連接起來，實行總等電位聯結。

結語

綜上所述，在實行一棟建筑一個總帶電位聯結、一個共用接地體的措施后，在樓頂部應將避雷帶 針 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聯結，即引下線在經過各個樓層時，將它與該樓層內的鋼筋、金屬構架全部聯結起來，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，方可消除雷電壓反擊。

TU75

B

1007-6344（2015）10-0277-01