談談高層建筑綜合防雷措施

朱禹龍

【摘 要】在夏秋季，當雷電發生時，高層、起高層建筑及高聳構筑物極易遭受直擊雷、感應雷等的損毀。為此，我們應針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應的防雷措施。

【關鍵詞】高層建筑；直擊雷；感應雷；接閃器

隨著城市化的快速發展，不僅在大城市，中小城市中的建筑也都在向高層化和智能化方向迅速發展著。但是，據有關氣象資料顯示，在夏秋雷雨季節里，能產生放電現象的雷云，其最低高度一般在距地面約20m左右，也就是說，建筑總高度在30m以上的高層、超高層建（構）筑物，不但其屋頂高聳入云，其中部也在雷云包圍之中，因此，當雷電發生時，高層、超高層建筑以及如廣播電視塔、高壓輸電線路上的高架鐵塔等構筑物均極易遭受直擊雷、感應雷或球形雷的損毀，其后果不堪設想；不僅如此，雷電發生后所形成的感應雷還會造成高層、超高層建筑內的電子設備遭受損毀，因為感應雷入侵電子設備及計算機系統通常是通過以下三條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體侵入電子設備或計算機系統；（2）由交流電源線路入侵；（3）由通訊信號線路入侵。無論通過哪種形式、哪種途徑入侵，都會使電子設備及計算機系統受到不同程度的損壞或嚴重干擾。為此，我們應針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應的防雷措施。

1 高層建筑的防雷措施

傳統的建（構）筑物的防雷措施是，在建（構）筑物屋面（或頂部）裝設接閃器（俗稱避雷針，在我國最近修訂的《建筑物防雷設計規范》中將避雷針更名為“接閃針”），由接閃器和引下線將雷電流引入接地裝置，再流向大地。因此，防雷系統是由接閃器（針）、引下線和接地裝置三部分組成。高層、超高層建筑屬于一、二類建筑，必須采取防直擊雷的措施。綜合現有國內外防直擊雷技術的基本要求，高層建筑防雷電技術可以從以下幾方面來實施。

1.1 提高高層建筑自身具有的屏蔽能力

現代高層、超高層建筑從結構設計本身的要求來說，普遍采用鋼筋混凝土框架、剪力墻、筒體結構，或框支結構、框筒結構、框剪結構等結構形式，在這些鋼筋混凝土結構中的鋼筋骨架（網）便自然形成為高層建筑防雷電需要的籠式避雷網，這個籠式避雷網的眾多引下線通過筏板基礎中的鋼筋網絡連接起來，與接地裝置連接后，就能提高高層建筑自身的屏蔽雷電能力。

1.2 高層建筑結構混凝土澆筑前，必須使鋼筋之間構成電氣通路

充分利用高層建筑主體結構框架柱、剪力墻、筒體墻柱、構造柱內的鋼筋作為防雷引下線，并使它們與建筑物基礎里的鋼筋連接起來，形成閉合、性能良好的法拉第籠；建筑物內的豎向金屬管道應每三層與圈梁內的均壓環相連，而均壓環應與防雷裝置專設的引下線相連。在混凝土澆筑前，各鋼筋之間必須用電焊連接成電氣通路，其中，特別是作為接地體的樁基中的豎向鋼筋與其上的承臺中鋼筋的連接，一定要焊接牢固、可靠；另外，選定作為引下線和均壓環屏蔽網的梁柱鋼筋的駁接處，也必須牢固地焊接，不允許綁扎，以使其成為可靠的電氣通道。當建筑總高度超過30m時，應將30m處及以上的欄桿、金屬門窗（含塑鋼窗）等較大金屬物件直接或通過金屬門窗預埋鐵件與防雷裝置電焊連接。

1.3 優選新型接閃器和接閃針

在高層建筑樓頂或高度大于30m金屬構筑物頂部設置由避雷帶、接閃針或混合組成的接閃器或選用新型接閃針和接閃器時，必須優選有資質的正規廠家產品，必要時應作技術性能測試。傳統避雷針在引雷后往往會引發大地電位反擊和二次雷擊效應。為消除此種異常現象，應選用阻抗型接閃器（針），或者采用提前放電式接閃針；提前放電式接閃針的主要原理是將一個高脈沖電壓系列加在普通避雷針尖端，來引發自發電暈效果，形成上行先導，從而吸引雷電流，使其更準確地通過避雷針形成的泄放通道泄放雷電流。正因為提前放電式接閃針在雷電流泄放前提前放電，形成上行先導，所以它將傳統避雷針的被動吸引雷電流變為主動吸引雷電流，有效消除了雷電帶來的危害。

2 雷電波入侵高層建筑的防護措施

通常所說的建筑物內電源系統的防雷電保護，包括建筑物電源進戶線的防雷保護和接通建筑物內電子設備的電源部分的防雷保護。配電變壓器是交流供電系統的重要設備，對它采取防雷保護措施，一方面可防止變壓器本身受到雷電過電壓對它的損壞，確保它向高層建筑內電子設備供電的可靠性；另一方面也可以防止雷電過電壓波通過變壓器傳送到高層建筑內的電源系統，使電子設備得到保護。為此，應在變壓器的高、低壓側均裝設避雷器，高壓側裝設三個串聯間隙氧化鋅避雷器，低壓側也裝設三個串聯間隙氧化鋅避雷器。高壓側的三個避雷器應盡量靠近變壓器，其接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，以減小雷電暫態電流在引線寄生電感上產生的電壓降。高層建筑內電子設備使用的交流電源通常是由供電線路從戶外交流電網引入的。當雷電直擊電網時，能在線路上產生過電壓波，這種過電壓波沿線路進入戶內，通過交流電源系統侵入電子設備，造成電子設備被損壞；同時，雷電過電壓波也能從交流電源側或通信線路傳播到直流電源系統，危及直流電源及其所連接的負載電路的安全。為避免雷電波入侵，可在高層建筑變配電所的高壓柜內的各相安裝避雷器作為一級保護，在低壓柜內安裝氧化鋅防雷裝置作為二級保護，以防止雷電波入侵高層建筑。

3 高層建筑內電子信息系統的防雷措施

一般地講，直擊雷擊中高層建筑內的電子設備的可能性較小，因此，通常情況下不必安裝防護直擊雷的設備。而感應雷卻是造成電子設備損壞的重要原因。因為感應雷入侵電子設備及計算機系統主要有如下三個途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵；（2）由交流供電電源線路入侵；（3）由通信信號線路入侵。但不管通過哪種方式入侵，都會使電子設備和計算機系統遭到不同程度的損壞或干擾。為此，應采取以下三種防御措施。

3.1 屏蔽措施

電子設備中大量采用半導體元器件和集成電路，這些電子和微電子元器件是很脆弱的，由雷擊產生的電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上感應出暫態過電壓波，沿線路侵入電子設備，使其工作失靈或損壞。利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種很有效的防護措施；電子設備常用的屏蔽體有設備的金屬外殼、屏蔽室外部金屬網和電纜的金屬外套等。

3.2 均壓措施

當發生雷電時，在雷電暫態電流經過的路線上將會產生暫態電位升高，使該路線與周圍的金屬物體之間形成暫態電壓降，如果這種暫態電壓降超過了兩者之間絕緣的耐受強度，就會發生對金屬物體的擊穿放電。因此，為了消除雷電暫態電流路線與金屬物體之間的擊穿放電，應對室內各種金屬物體進行等電位連接，使它們形成一個電氣上連續的整體，這樣，就可在發生雷電時避免在不同金屬外殼或構件之間出現暫態電壓降，使它們彼此間等電位，并維持在地電位水平上，這就叫做均壓措施。

3.3 接地措施

在電子設備和電子系統中，各種電路均有電位基準點，將所有基準點用導線連接在一起，該導線就是設備或系統內部的地線；如將這些基準點連接到一個導體平面上，那么這個導體就叫做基準平面，所有電子信號都是以該平面作為零電位參考點。電子設備的工作接地主要是為了使整個電路有一個公共的零電位基準面，并為該高頻干擾信號提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施能發揮良好的效能。

[責任編輯：鄧麗麗]