建筑物防雷与接地浅谈.docx

浅谈建筑物防雷【摘要】：雷电是不可避免的自然灾害，地球上任何时候都有雷电在活动。因此，了解雷电并掌握正确的预防措施和自救方法是十分必要的 。雷电主要有四种类型：直击雷、感应雷、雷电侵入波、球雷。建筑物的防雷设计和安装应该将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至小区的防雷装置进行整体统一的考虑。建筑物防雷设计，应认真调查地质、地貌、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等，因地制宜的采取防雷措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理。民用建筑将防雷分为三类，根据三种类别对建筑物进行保护。关键词：雷电 直击雷 感应雷 雷电侵入波 球雷一、雷电的形成 雷是一种大气中放电现象。雷在形成过程中，某些部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。这种放电有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。后一种放电也就是落雷，会破坏建筑物、电气设备，伤害人畜。这种放电时间短促，一般约50100微秒，但电流则异常强大，能达到数万安培到数十万安培。放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，瞬间能使空气温度升高1万2万，空气的压强可达70个大气压。这样大的能量，具有极大的破坏力，往往会造成火灾和人畜的伤亡。雷电的产生原理：当空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。那么，由于同一种物质质量相当，又带上相同的电荷。经过运动，带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部（一般为负电荷）；带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部（一般为正电荷）。这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心。当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成云间放电。当带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电。 二、雷电的主要特点 1冲击电流大。其电流高达几万至几十万安培； 2时间短。一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。整个过程一般不会超过60微秒； 3频率高。雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒； 4冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。三、雷电 - 频率特性在任何给定时刻，世界上都有1800场雷雨正在发生，每秒大约有100次雷击。在美国，雷电每年会造成大约150人死亡和250人受伤。全世界每年有4000多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座1200英尺的建筑物，比如广播或者电视塔，每年会被击中20次，每次雷击通常会产生6亿伏的高压。 每个从云层到地面的闪电实际上包含了在60毫秒间隔内发生的3到5次独立的雷击，第一次雷击的峰值电流大约为2万安培，后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后，可能会有大约150安培的连续电流，持续时间达100毫秒。 经测量，这些雷击的上升时间大约为200纳秒或者更快。通过2万安培和200纳秒，不难计算得到dI/dt的值是每秒1011安培四、雷电 - 危害雷电危害闪电的受害者有23以上是在户外受到袭击。他们每3个人中有两个幸存。在闪电击死的人中，85%是男性，年龄大都在10岁至35岁之间。死者以在树下避雷雨的最多。 雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。五、雷电 - 防雷须知雷电发生时产生的雷电流是主要的破坏源，其危害有直接雷击、感应雷击和由架空线引导的侵入雷。如各种照明、电讯等设施使用的架空线都可能把雷电引入室内，所以应严加防范。一、雷击易发生的部位1.缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等；2.没有良好接地的金属屋顶；3.潮湿或空旷地区的建筑物、树本等；4.由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击；5.建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方。六、年预计雷击次数计算1.建筑物年预计雷击次数应按下式确定：N=k*Ng*Ae 其中N：建筑物年预计雷击次数; k:校正系数；Ng：建筑物所处地区雷击大地的年平均密度。Ae：与建筑物截收相同雷击次数的等效面积。2.雷击大地的年平均密度应按下式确定： Td:年平均雷暴日。国际上已确认Ng与年平均雷暴日Td为非线性关系。建筑物等效面积Ae应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：1）建筑物高度在100m以下按滚球半径100m（即吸引半径100m）考虑。其相对应的最小雷电流约为kA，接近于按计算式以积累次数 P50代入得出的雷电流I32.5kA。在此基础上，导出计算式（附 1.4），其扩大宽度等于。该值相当于避雷针针高H在地面 上的保护宽度（当滚球半径为100m时）。扩大宽度将随建筑物高度加高而减小，直至100m时则等于建筑物的高度。如H5m时，扩大宽度为m，它约为H的6倍；当H10m时，扩大宽度为m，约为H的4.4倍；当H20m时，扩大宽度为60m，为H的3倍；当H40m时，扩大宽度为80m，为H的2倍；当H80m时，扩大宽度为98m，约为H的1.2 倍。2）当建筑物高度超过100m时，如按吸引半径100m考虑，则不论高度如何扩大宽度总是100m，有其不合理之处。所以，当高度超过100m时，取扩大宽度等于建筑物的高度。此外，关于周围建筑物对Ae的影响，由于周围建筑物的高低、远近都不同，计算很复杂，因此不予考虑。这样，在某些情况下，计算得出的Ae值可能比实际情况要大些。七、建筑物外部防雷系统及防护措施根据年预计雷击次数计算选择防雷措施类别。建筑物外部防雷系统由接闪器、引下线、接地网等有机组成，三着缺一不可，主要用于防直击雷的防护系统。接闪器：包括避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。直接截受雷击，以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置因如大地中泄防，保护建筑物免受雷害。引下线，上连接接闪器与接地装置的金属导体，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。接地网：具有接地功能 与大地有良好接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混泥土中的钢筋、埋地金属管道和设施，并连成网络。防护措施：建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类防雷措施。第一类：应装设独立避雷针或架空避雷网，使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应小于5m x 5m或6m x 4m。避雷针或网格尺寸不应小于5m x 5m或6m x 4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上，避雷网应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。并必须符合下列要求：所有避雷针应采用避雷带互相连接。引下线不应小于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于12m。排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的管道符合独立避雷针（网）防直击雷措施的二、三款的要求。建筑物应装设均压环，环间垂直距离不应大于12m，所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连接到环上。均压环可利用电气设备的接地干线环路。防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环形接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10欧姆，并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道连接，此接地装置可兼作防雷电感应之用。第二类：采用装设在建筑物上的避雷网（带）应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m x 10m或12m x 8m的网格。所有避雷针采用避雷带相连接。 Se20.3kcRi； 其中Se2：地中距离（m）；kc：分流系数，在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环行接地体。第三类：1.宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或有这两种混合组成的接闪器。避雷网（带）应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于20m x 20m或24m x 16m的网格。平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿敷设一圈避雷带。2.突出屋面的物体的保护方式应符合第二类防雷建筑物防直击雷措施中的二、三款的规定。3.引下线不应少于两根，但周长不超过25m且高度不超过40m的建筑物可设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不 应大于25m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于25m。八、建筑物内部防雷系统及防护措施内部防雷系统有等电位连接系统、公用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减少和防止雷电流在需要防雷空间内产生的电磁效应。作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。建筑物内部防雷工程涉及面较宽，面对的是包括感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电位所造成电网波动在内的众多损害，归纳起来危害最大的主要方面是高电压引入。高电压引入的电源有三种：其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播二引入室内；第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷雨云对大地放电；或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，感生出几KV到几十KV至数百KV的地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种醒狮队 接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。雷击电子设备的途径可分为三种情况：1雷击直接击中电子设备网络物理 2.感应过电压 3.雷击地电位抬高入侵防护措施：1） 大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。2） 对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式要求：通信电缆以及地线的布放应尽量击中在建筑物的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免仅靠建筑物立柱或横梁，并与之保持较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。3） 根据雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直接雷击区域；建筑物内部及计算机防所处的位置为非暴露区，越往内部，危险程度越低。雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面有外部的防雷系统、建筑物的钢筋混泥土及金属外壳等构成的屏蔽层形成。电气通道以及金属管等金属构件，穿过各级雷电保护区时必须在每一穿过电作等电位连接。4） 进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1区交界处、以及终端设备的前端，根据IEC1312雷电电磁脉冲防护标准，安装上电源类SPD，以及通讯网络类SPD（瞬态过电压保护器）。SPD是用以防护电子设备因受雷电闪击及其他干扰造成传导电涌过电压危害的有效手段。九、防雷击电磁脉冲一个信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，应在完成直接、间接损失评估和建设维护投资预测厚认真分析综合考虑，做到安全、适用、经济。在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类建筑物采取防直击雷的防雷措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网。为了分析估计在防雷装置和做了等电位连接的装置中的电流分布，应将雷电流看成一个电流发生器，它向防雷装置导体和与防雷装置做了等电位连接的装置注入可能包含若干雷击的雷电流。雷电流的波形和参数应按建筑物防雷设计规范。十、屏蔽、接地和等电位连接的要求为减少电磁干扰的感应效应，宜采取一下的屏蔽措施：建筑物和房间的外部设屏蔽措施，宜合适的路径敷设线路，线路屏蔽。这些措施宜联合使用。为改进电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装置相连，但第一类防雷建筑物的独立避雷针及其接地装置除外。如屋顶金属表面、立面金属表面、混泥土内钢筋和金属门窗框架。在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接，当系统要求只在一端做等电位连接时，应采用两层屏蔽，外层屏蔽按前述要求处理。在分开的各建筑物之间的非屏蔽电缆应敷设在金属管道内，如敷设在金属管、金属格栅或钢筋成格栅行的混泥土管道内，这些金属物从一端到另一端应是导电贯通的，并分别连到各分开的建筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层应分别连到这些带上。当建筑物或房间的大空间屏蔽是由诸如金属支撑物、金属框架或钢筋混泥土的钢筋等自然构件组成时，这些构件构成一个格栅大空间屏蔽，穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接。穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做符合下列要求的等电位连接。一、所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZOA或LPZOB与LPZ1区的界面处做等电位连接。当外来导电物、电力线、通信线在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位连接带，并应将其就近连到环形接地体、内部环形导体或此类钢筋上，它们在电气上是贯通的并连同到接地体，含基础接地体。环形接地体和内部环形导体应连接到钢筋或金属立面等其它屏蔽构件上，宜每隔5m连接一次。钢或镀锌钢等电位连接带的截面不应小于50平方米。当建筑物内有信息系统时，在那些要