建筑物防雷设计方法探讨.docx

建筑物防雷设计方法探讨摘要: 介绍在进行建筑物防雷设计时， 如何考虑从接闪、分流、屏蔽、均压、接地和布线这六方面来满足防雷技术要求， 使新建建筑物防雷措施在设计阶段就能得到完善。关键词: 建筑物; 防雷; 设计保护建筑物及建筑物内部的人员、设备不受雷电损害的根本办法是使建筑物具有一套完善的防雷设施， 而一套完善的防雷设施必须包含接闪、分流、屏蔽、均压、接地和布线这六项技术要素。在大量的防雷设计图纸审核工作中发现， 许多设计部门在考虑建筑物防雷装置设计时， 有的不按规范设计、 有的设计不完善， 只注重外部L S 设计而忽略内部L S 的雷电电磁脉冲 (L EM ) 设计， 使得防雷在设计阶段就存在缺陷， 给建筑物留下先天性的雷击隐患。国际电工委员会 ( IEC) 在102421: 1990 第一部分的通则中指出: 应在新建建筑物的设计阶段就仔细研究防雷装置的形式及其设置位置。因此结合建筑物防雷设计规范 (2000 年版) 的有关条款， 就新建建筑物防雷装置设计， 提出以下几个应注意的方面。1接闪器选择和布置接闪器应由下列的一种或多种组成: (1) 独立避雷针; (2) 架空避雷线或架空避雷网; (3) 直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。对于第一类防雷建筑物应采取装设独立避雷针或架空避雷线 (网) 的防雷措施， 避雷针的保护范围应采取滚球法来计算确定。对于第二、三类防雷建筑物直接装设避雷带 (网) 即可达到防直击雷要求。表 1建筑物易受雷击部位示意图注: 为易受雷击部位; - - - 为不易受雷击部位; o 为雷击概率较大部位根据雷击建筑物部位的规律， 应在表1 中所列的建筑物易受雷击部位， 装设避雷带 (网)、在雷击率最高部位装设避雷带的基础上增加安装避雷短针。如高层建筑物除在其顶部及边缘装设明装避雷带 (网) ， 同时在90 几何转弯角处设避雷短针， 能使建筑物得到更有效的保护。 避雷短针宜高015 米，材料用5 12mm 的镀锌圆钢。 我省每年都发生多起雷击高楼屋角， 致使屋角大块水泥土块 (或硫璃瓦片) 爆裂的事故发生， 掉落时幸未伤及行人和停放的汽车。这多是由于安装的避雷带过低， 对屋角保护不够造成的。在我省靠海地区， 由于钢筋较易锈蚀， 设计的避雷带 (网) 应该采用5 10mm 以上的镀锌圆钢。在设计中还应注意避雷网的重要性， 建筑物防雷设施中的避雷网格是指在建筑物的天面， 用导体联结成一个网状的雷电保护装置。 建筑物防雷设计规范 规定， 第一类防雷建筑物的网格不大于5m5m 或 6m4m; 第二类防雷建筑物的网格不大于10m10m 或12m8m; 第三类防雷建筑物的网格不大于20m20m 或 24m16m。当该建筑物内具有较多的弱电子设备时， 为了达到最大的电磁屏蔽目的， 建筑物天面上的避雷网格应按小于 5m5m布设， 当然天面上安装的避雷网格越小越好。此外， 屋面上所有的金属管道和金属构件都应与避雷雷带做焊接， 对突出屋面而在屋面接闪器保护范围之外的非金属放散管、风管、烟囱等要装设接闪器保护， 这一点在设计和施工中常常被忽视。现在市场上出现的新型避雷针和消雷器， 这些类型的接闪器， 只要其材质和尺寸符合 IEC 1024 或GB50057294 标准， 不管其几何形状如何， 或是能否产生提前放电 (ESE) 型均属于接闪器范畴， 从技术角度看尚可应用。至于能否在产生迎面先导上具有不同的效率， 国际上尚在研究和实验， 并有待于实践的检验。但目前其保护范围应按GB50057294 规定的滚球法和相应的滚球半径确定1 。2引下线的布置建筑物防雷设计规范规定第一类、第二类、第三类防雷建筑物的引下线间距为不大于 12、18、25m。 雷电流通过引下线入地， 当引下线数量较多且间距较小时， 雷电流在局部区域分布也较均匀， 引下线上电压降减小， 反击危险也相应减小。从法拉第笼的观点看， 网格尺寸和引下线间距越小， 对雷电感应的屏蔽越好， 局部区域电位分布较均匀。当该建筑物内具有较多的弱电子设备时 (智能大厦) ，按照建筑物的柱距 (一般均为6m ) ， 沿建筑物的外围， 每隔 6m 处设置引下线， 每层圈梁钢筋 (均压环) 与所有引下线焊接， 这样一来， 建筑物天面上的避雷网格、引下线、基础接地体三者就可形成一个效果良好的法拉第笼。此外， 引下线与各楼层的等电位联结母线相连， 可减少室内金属物体间的电位差， 避免发生反击。对于一般的非框架结构的民用住宅来说， 建议在建筑物四角及外围适当位置的柱处， 利用柱内钢筋安装暗装的引下线， 一是美观、二是经济、三是耐用。用做防雷引下线柱筋要求每层至少有一个箍筋与柱所有钢筋相焊接 (点焊) ， 使引下线柱钢筋间的电位均衡， 并能增加引下线泄流能力。在审核图纸时发现， 有的设计图纸上注明利用柱内钢筋作暗装引下线也要求做断接卡， 这是错误地理解了规范的内容， 因为作为引下线的结构柱内钢筋是不能断开的。为了方便测试， 可在离地面30cm 高度处， 从引下线柱筋处安装一段扁钢作为测试端子即可。3均压和等电位联结为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压， 应使建筑物的地面、各金属管线、墙板等同处于一个电位。为此， 在防雷电气设计时， 应在建筑物各楼层的适当位置预留与房屋防雷装置相连的等电位连接板。在建筑物防雷设计规范中的第61114 条就明确规定: 在工程设计阶段不知道信息系统的规模和具体的位置下， 若预计将来会有信息系统时， 应在设计时将建筑物的金属支撑物、 金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、 金属管道、配电的保护接地等与防雷装置组成一个共用接地系统， 并应在一些适当的地方预埋等电位连接板。等电位连接图示由于防雷击电磁脉冲的措施中， 建筑物的自然屏蔽和各种金属物以及其与以后安装的设备之间的等电位连接是很重要的。因此， 均压和等电位联结这些措施实现后， 以后只要合理选用和安装SD 以及做符合要求的等电位连接， 这样整个信息系统的防雷效果好、又经济。为实现等电位连接和电涌保护器的安装， IEC标准将需要保护的空间划分为不同的防雷区域(L Z) ， 以规定各部分空间不同的L EM 的严重程度和指明各区交界处等电位连接点的位置， 如图所示。在等电位连接带1 处， 应将穿过该防雷区界面上的金属件和系统做等电位连接， 对供电线路、信号线路则用SD (第一级) 进行等电位连接。在等电位连接带2 处的等电位连接主要是为将设备和信息系统与金属装置与共用接地系统实现均压等电位， 对供电线路、信号线路还是要用 SD (第二级) 进行等电位连接。4合理的屏蔽措施雷电的电磁辐射可以影响到数公里以外的微电子设备。因此， 雷击建筑物或临近地区雷击放电， 都会产生雷电电磁脉冲侵入到建筑物， 从而损坏设备。 建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。屏蔽具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线路(包含管道) 的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物的钢筋、金属构架、金属门窗、地板等相互焊接在一起， 形成一个法拉第笼， 并与地网做可靠连接， 形成初级屏蔽网。设备的屏蔽应在对微电子设备耐电压水平进行调查的基础上， 按 IEC 划分的防雷区(L Z) 施行多级屏蔽， 如上图所示。屏蔽的效果首先取决于初级屏蔽网的衰减程度， 其次取决于屏蔽层厚度 (最好接近电磁波的波长)、网孔密度 (密度越大则可靠程度越高)、屏蔽材料 (低频时采用高导磁材料， 高频时采用铜材)。此外， 应对穿过各防雷区的金属管道、通信线路、电力电缆进行屏蔽。采用带有金属屏蔽层的线路或套入金属管的办法。测量结果表明， 电线(缆) 屏蔽层一端接地时， 可将高频干扰电压减低一个数量级， 两端接地时可减低两个数量级。若是使用金属丝编制网屏蔽电缆，在电磁波频率较高， 波长接近编织层网孔尺寸时， 波的透入就会增加， 因此， 还必须再穿一层金属管。5接地装置的敷设与共用接地接地装置可使用自然接地体和人工接地体。在设计时， 应首先充分利用自然接地体， 利用建筑物的基础构造钢筋作为自然接地体， 其优点是耐用、 节省投资、电气性能良好 (接地电阻小、阻抗低、电位分布均匀等)。但在实际设计时， 必须注意利用建筑物基础钢筋做接地装置的条件， 是以硅酸盐为基料的水泥和周围土壤的含水量不低于4%。对于人工接地体， 宜敷设成环形方式， 因为环形接地体的冲击阻抗小于独立接地的阻抗， 并有利于建筑物内的地电位分布、减少跨步电压。此外， 环形接地方式还便于与各种进入建筑物内金属管线在L Z02 L Z1 交界处做等电位连接。我们在审核图纸时还发现， 许多设计单位在设计建筑物环形接地体时， 要求该接地体必须离开建筑物3 米以外， 这是针对独立的垂直接地体而言， 当设置环形接地体时不一定必须要求离开 3m 以外， 而以靠近建筑物基础沟槽的外沿敷设为合理， 因为它与基础内的钢筋距离较近， 能够发挥均衡电位的效果， 此外， 利用土建施工的基础沟槽可以埋深一些， 更有利于接地电阻的稳定， 且不必再挖埋接地专用的深沟， 节约土方工作量。为了防止雷击电压对微电子设备产生反击， 要求建筑物的防雷地与其它接地专用接地体之间必须保持足够的距离， 但是在工程设计中根本无法做到满足安全距离的要求， 即使是设计当时符合要求， 但是随着社会的发展、建筑物的增加， 这样的安全距离还是无法满足要求。并且独立接地系统存在许多缺陷， 因为独立接地系统根本无法真正实现与其它接地系统的安全隔离作用， 此外从独立接地体到设备之间的连接线的阻抗过大， 经计算， 一根长度为 30m ， 截面积为 25m2的铜导线， 频率为 1MHz时， 其阻抗约为3468。设置共用接地， 即建筑物防雷接地、通信系统的直流接地、计算机网络的逻辑接地与电源的工作接地、安全接地等共用一个接地装置。在防雷设计和施工时， 在建筑物各楼层设备安装位置， 设置接地预留端子或接地地板， 进行总等电位联结和局部等电位联结。6合理布线为达到防雷的目的， 在设计阶段应将建筑物内非防雷系统的各种电气线路、特别是综合大楼内的监控信号线路、通信线路等敷设在金属管或金属线槽内。一般来说， 采用金属管或槽布线的屏蔽效果好， 防止反击事故的能力强。垂直敷设的金属管线有雷电天气时， 由区人降办提供的闪电定位原始数据文件， 每天的数据文件次数从几十次到几千次不等， 数据量极为庞大， 因此建立了闪电定位数据历史库和实时库， 并按月建成不同的数据表， 利用原始文件通过程序自动解读到相应数据库的数据表里， 以备系统前台程序调用。31212雷达回波资料处理南宁气象站 714SD 多普勒天气雷达观测的雷达资料， 是通过实时处理程序进行数据保存的， 形成的是二进制源文件， 该程序可以生成雷达回波的BM 图像文件， 因BM 图像所占容量较大且与GIF 图像不同， 因此， 开发了一个将雷达回波二进制源文件自动转换成GIF 图像文件的程序， 从而方便了前台程序的调用。7结论与建议 (1) 建筑物应按其作用的不同, 防雷设计应从接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、接地效果和合理布线这六项要素综合来考虑, 使建筑物达到综合防雷的目的。(2)自富兰克林通过风筝实验发明避雷针以后,避雷针 (包括避雷带、避雷网、避雷线) 已经成为规范化的、普遍采用的常规避雷手段。长期的运行经验表明, 采用常规的避雷方法是有科学根据的, 有效