建筑防雷综合论述

建筑防雷综合论述建筑防雷综合论述 前言前言 在人类生存的环境中有许多自然灾害 如地震 暴雨 冰 雹 水灾 旱灾 火灾 雷击等等 对此 人们总是想方设法 进行防御 或减轻它们所造成的损失 雷击就是严重的自然灾 害之一 但就我国而言 过去防雷设计在整个建筑设计中所占 的比重很小 电气设计人员不重视 其他专业的设计人员更不 重视 但雷击所造成的损失却无法轻视 如 1989 年山东黄岛油 库遭受雷击并引起大火 损失惨重 就防雷历史而言 我国建国初期大多是按照日本的 45 60 保护角确定避雷针的保护范围 用三叉小针铜避雷针 铜引下线和 1m 1m 铜板作为接地装置 50 年代初期 引进苏 联技术 采用抛物线或折线计算法 用铁管或镀锌元钢做避雷 针 用镀锌元钢做引下线 地下打入 3 5m 长的镀锌铁管或钢 材作接地极 以致现在的避雷带和避雷网均采用镀锌钢筋或扁 钢 80 年代以前 我国没有建筑物防雷规范 建筑电气设计人 员只能凭自己的认识设计避雷针 自 1957 年北京市两大雷击事 故发生以后 我国大量的古建筑物和群众集中的公共场所才开 始安装避雷装置 1957 年 7 月 6 日明十三陵长陵棱恩殿遭受雷 击 劈掉西部吻兽 劈裂两根直径 1 17m 高 14 3m 的大楠木 柱子 死一人 伤三人 1957 年 7 月 8 日中山公园内的一棵大 树落雷 雷电流感应至附近的配电线路 然后传到中山公园音 乐堂 烧毁了配电室 舞台和观众厅大顶棚 为此 北京市领 导召开了紧急会议 决定对北京市重要古建筑物和人员众多的 影剧院安装避雷针并指定由笔者负责设计 此后 从天安门开 始 到劳动人民文化宫三大殿 景山万春亭 北海公园白塔 以至鼓楼 天坛祈年殿 颐和园排云殿 智慧海 十三陵长陵 棱恩殿 明楼 戒台寺等 30 多处古建筑物和中山公园音乐堂等 重要影剧院都相继安装了避雷装置 1957 年 笔者将过去积累的雷击事故调查和设计经验进行 了总结 写出了 民用建筑物防雷保护 研究报告并且于 1958 年 9 月在建工部设计局于武汉召开的 全国电气设计人员交流大会 上 作了报告 发表了防雷观点和设计方法 报告中提出的雷 击规律 防雷标准 保护方式 设计要点 屋顶板内钢筋作接 闪装置的理论以及详细的设计实例和数十种做法大样得到了与 会代表的一致赞同 以后被广泛采用 1958 年底 北京市建筑设计院研究室 中国科学院电工研 究所和清华大学高压教研室共同成立了 北京建筑物防雷研究小 组 1962 年 5 月出版的 民用建筑物防雷保护 和 1980 年 9 月出版的 建筑物防雷设计 就是在笔者 1957 年研究报告和小 组研究成果的基础上写出来的 书中突出的观点是建筑物防雷 设计的六项重要因素 即接闪功能 分流影响 屏蔽作用 均 衡电位 接地效果和合理布线 现在看来 国内外的标准和规 范都离不开这六要素 有的单位还把它们作为设计原则 笼式 避雷网和等电位连接早在 1958 年就在人民大会堂的设计和工作 实践中采用了 而国际上戈尔德 g h golde 于 1997 年才在 雷电 一书 国际名著 中谈到等电位连接的做法 所以我 国的防雷研究和实践并不落后 笔者主审的我国第一部 建筑物防雷设计规范 gbj57 83 于 1983 年 11 月 7 日公布 第二部 建筑物防雷 设计规范 gb50057 94 机械工业部设计研究院林维勇 先生主笔 于 1994 年 4 月 18 日公布 该部规范吸收了许多国 外先进的东西 将接闪器保护范围的计算方法改为滚球法并结 合我国防雷设计的实际经验增加了许多新条款 这两部规范对 指导我国建筑物防雷设计起了很大的作用 70 年代以前 人们听到的雷击事故多是击中建筑物或大树 严重的造成了建筑物烧毁或人员伤亡 那时被雷击的建筑物绝 大多数是没有安装防雷装置 避雷针 避雷带或避雷网 现 在听到的雷击事故相对少了 其原因是 六层以上的多层建筑 物和高层建筑物都安装了防雷装置 有时 接闪器接闪后 即 使是微电子设备因雷电电磁脉冲感应受损 局外人也不知道 本单位做些局部修理也就完事了 其实 现在的雷击事故并不 算少 雷击建筑物对某一栋楼而言可能是百年不遇的事 但防 雷装置接闪则是较常见的 这也是正常的 接闪装置接闪后 建筑物引下线附近的设备会受到雷电流 的感应 这就是雷电电磁脉冲干扰 90 年代以前 国际和国内 的规范都没有关于雷电电磁脉冲的规定 1992 年国际电工委员 会建筑物防雷专委会 iec tc 81 才开始讨论这个问题 1995 年 2 月 该机构发布了国际标准 雷电电磁脉冲的防护 iec1312 1 2 3 目前我国尚没有类似的规定 这是近年来 的问题 随着电子技术的飞速发展 电子计算机早已步入社会的各 行各业 建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和 计算机系统 民用建筑也不例外 雷电电磁脉冲干扰日益成为 频发事故 面对这种挑战 设计人必须转变观念 把雷电电磁 脉冲防护当作防雷设计的重点 这不只是电气一个专业的事 因为它涉及到电子设备的位置和管线的布置等问题 各个专业 应充分协商 从整体上解决防雷设计上的问题 否则 建筑物 设计得再好 也无法正常使用 研究建筑物防雷应从雷击事故调查入手 找出雷击规律 然后 利用雷击模拟实验 对所总结的规律和所提出的解决方 案予以验证 研究人员应根据科技的发展 不断吸收新东西对 满足不断变化的社会需要 如计算机的发展导致的对雷电电磁 脉冲防扩的需要 下面将对防雷设计的基本原则 雷击规律 近年来国际上 提出的新概念以及随着科技发展出现的新问题分别予以论述 1 雷电电磁脉冲 雷电电磁脉冲 雷电电磁脉冲 lightning electromagnetic pulse 简称 lemp 是天空打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁 场 它的感应范围很大 对建筑物 人身和各种电气设备及管 线都会有不同程度的危害 这种危害就是雷电电磁脉冲所产生 的干扰 建筑物内的雷电电磁脉冲干扰指以下三种情况 1 天空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和电子 设备的电磁干扰 2 建筑物的防雷装置接闪时 强大的瞬间雷电流对建筑 物内电力线路和电子设备的干扰 3 由外部各种强 弱电架空线路或电缆线路传来的电磁 波对建筑物内电子设备的干扰 现代电子技术日益向高精度 高灵敏度 高频率和高可靠 性方向发展 这些电子设备非常灵敏 但耐压很低 一般电子 设备都承受不了正负 5 伏的电压波动 以各种微机为例 当雷 电电磁脉冲的磁场强度超过 0 07 高斯时 就会引起微机的误动 作 当磁场强度超过 2 4 高斯时 就会造成微机的永久性损坏 因此 我们必须对雷电电磁脉冲采取必要的防护措施 以便在 先进的建筑物内实现良好的电磁兼容性 electromagnetic compatibility 防御雷电电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网 它利用的是法拉第笼原理 建筑物的金属结构物遍及各处 不 用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼 从而建筑物内 的电子设备得到很好的屏蔽 屏蔽做得好 不仅能防御空间电 磁波的辐射 而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效 果 这里要说明 屏蔽的做法应根据建筑物内电子设备的要求 决定 由于设备的性质不同 因此 有的要求仅对设备本身做 屏蔽 有的要求在设备与设备之间做屏蔽 还有的要求在机房 做屏蔽 正因为这个问题的重要 所以 1995 年国际电工委员会 建筑物防雷分委会 iec tc 81 在 雷电电磁脉冲的防护 的 标准中提出了防雷保护区 lpz 的概念 国际上刚开始实行这 种规定 而我们国家还没有提出 笔者认为 设计人员可以按 照微电子设备的多少 繁简 重要程度 摆放位置及进出管线 的具体情况自行划分防雷区以取得良好的屏蔽 等电位和接地 效果 因此 防御雷电电磁脉冲对室内布线的要求非常严格 由 于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网 都在外墙处 雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上 所以 外墙处的电流密度大 电磁场强 因此 建筑物中的电源和通 信等线路的主干线不应靠近外墙 最好设置在建筑物的中心部 位 如电梯井在中心部位 可设置在电梯井的近旁 建筑物内 的各种电气馈线都要穿金属管保护或采用双层屏蔽电缆 或同 轴电缆 在一些有特殊要求的线路电源侧 还应加装电涌保 护器 隔离变压器 稳频 稳压以及滤波等装置 防御雷电电磁脉冲对接地的要求也很严格 电子系统的低 频信号工作接地应采用单点接地系统 在整个建筑物内应为树 干式结线布置 各层或各段的低频信号工作接地均应直接接到 单点接地板上 不得形成环路 单点接地系统不应与用作防雷 引下线的柱子平行 以防强磁场干扰 由于是利用建筑物结构 钢筋作屏蔽 因此必须采用综合共同接地方式 即将防雷接地 电源的工作接地 各种装置的外壳 铁管外皮和高频电子设备 的信号接地都统一接到建筑物的基础上或室外接地装置上 为 避免杂散电流 单点接地系统必须采用绝缘线 其主接地板必 须置于建筑物的最底层且直接与基础或室外接地装置连接 各 层单点接地系统的区域接地板或终端接地板如需要与综合共用 接地系统的装置接地板连接 应在它们之间加装不大于直流 300v 的放电管或压敏电阻 综合共用接地的电阻一般应在 1 欧 姆以下 对于特殊的电子设备 可在 0 5 欧姆以下 确定接地 电阻时 应考虑各种设备对接地电阻值的要求 在所要求的各 种阻值下 应取最低值 在低压 220 380v 供电系统中 应采用三相五线 tn s 系统 以便于装置接地 pe 线和中性 n 线分开 pe 线应 接到各层或各段装置接地的终端地板上 为了防御雷电电磁脉 冲 建筑物的电源 电话 广播等线路最好采用埋地电缆引入 所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地 2 外部防雷装置与内部防雷装置外部防雷装置与内部防雷装置 国际电工委员会编制的标准 iec1024 1 将建筑物的防 雷装置分为两大部分 外部防雷装置和内部防雷装置 笔者认 为 这样划分很有必要 建筑物的防雷设计必须将外部防雷装 置和内部防雷装置作为整体统一考虑 外部防雷装置 即传统的常规避雷装置 由接闪器 引下 线和接地装置三部分组成 接闪器 也叫接闪装置 有三种形 式 避雷针 避雷带和避雷网 它位于建筑物的顶部 其作用 是引雷或叫截获闪电 即把雷电流引下 引下线 上与接闪器 连接 下与接地装置连接 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 内部防雷装置的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 除 外部防雷装置外 所有为达到此目的所采用的设施 手段和措 施均为内部防雷装置 它包括等电位连接设施 物 屏蔽设 施 加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施 随着电子设备的广泛使用 雷电电磁脉冲的危害也相对严 重起来 1992 年 6 月 22 日国家气象局中心大楼发生雷击事故 北京 东京的同步线路的调制解调器被击坏 致使线路中断 46 小时 另一主机的一块异步板被击坏 导致 8 条线路中断 影 响了国际通讯 其他地点因雷电电磁脉冲干扰而导致电子设备 损坏的例子还有不少 这类例子说明 只设计外部防雷装置而 不配之内部防雷手段 接闪器再好 也无法获得好的防雷效果 防雷工程是一种系统工程 笔者早在 1960 年作人民大会堂 工程总结及写作 建筑物防雷设计 一书时就提出了建筑物防 雷设计的六项重要因素 目的是提醒人们要整体地 全面地考 虑建筑物防雷设计 这六项要素是 1 接闪功能 指实现接闪功能所应具备的条件 包括接 闪器的形式 避雷针 避雷带和避雷网 耐流耐压能力 连 续接闪效果 造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等 2 分流影响 指引下线对分流效果的影响 引下线的粗 细和数量直接影响分流效果 引下线多 每根引下线通过的雷 电流就小 其感应范围就小 引下线相互之间的距离不应小于 规范中的规定 当建筑物很高 引下线很长时 应在建筑物的 中间部位增加均压环 以减小引下线的电感电压降 这不仅可 以分流 而且还可以降低反击电压 3 均衡电位 指使建筑物内的各个部位都形成一个相等 的电位 即等电位 若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及 金属管线都能连接成统一的导电体 建筑物内当然就不会产生 不同的电位 这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身 安全的接触电压或跨步电压 对防止雷电电磁脉冲干扰微电子 设备也有很大的好处 钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等 电位的条件 因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊 接或绑扎在一起的 为满足防雷装置的要求 应有目的地把接 闪装置与梁 板 柱和基础可靠地焊接 绑扎或搭接在一起 同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起 这 就使整个建筑物成为良好的等电位体 4 屏蔽作用 屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备 电子计算机 精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的 危害 建筑物内的这些设施 不仅在防雷装置接闪时会受到电 磁干扰 而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低 有时附近 打雷或接闪时 也会受到雷电波的电磁辐射的影响 甚至在其 他建筑物接闪时 还会受到从该处传来的电磁波的影响 因此 我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋 即建筑物内地板 顶板 墙面 及梁 柱内的钢筋 使其构成一个六面体的网笼 即笼式避雷网 从而实现屏蔽 由于结构构造的不同 墙内和 楼板内的钢筋有疏有密 钢筋密度不够时 设计人应按各种设 备的不同需要增加网格的密度 良好的屏蔽不仅使等电位和分 流这两个问题迎刃而解 而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效 的措施 此外 建筑物的整体屏蔽还能防球雷 侧击和绕击雷 的袭击 5 接地效果 指接地效果的好坏 良好的接地效果也是 防雷成功的重要保证之一 每个建筑物都要考虑哪种接地方式 的效果最好和最经济 笔者认为 当钢筋混凝土结构的建筑物 符合规范条件时 应利用基础内的钢筋作为接地装置 当达不 到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时 可做周圈式 接地装置 但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边 不必离开建筑物 3m 以外 接地体靠近基础内的钢筋有利 于均衡电位 同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力 在 基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性 对木结构和砖混结构建筑物 必须做独立引下线并采用独 立接地方式 当土壤电阻率大 使用接地极较多时 也可做周 围式接地装置 因为周圈式接地装置的冲击阻抗小于独立接地 装置的冲击阻抗 而且有利于改善建筑物内的地电位分布 减 小跨步电压 采用独立式接地方式时 以钻孔深埋接地极 约 4 12m 的效果为最好 深孔接地极容易达到地下水位 且能 减少接地极的用钢量 6 合理布线 指如何布线才能获得最好的综合效果 现 代化的建筑物都离不开照明 动力 电话 电视和计算机等设 备的管线 在防雷设计中 必须考虑防雷系统与这些管线的关 系 为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响 首先 应 该将这些电线穿于金属管内 以实现可靠的屏蔽 其次 应该 把这些线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位 且避免靠近用作引下线的柱筋 以尽量缩小被感应的范围 在 管线较长或桥架等设施较长的路线上 还需要两端接地 第三 应该注意电源线 天线和屋顶高处的彩灯及航空障碍灯等线路 的引入做法 防止雷电波侵入 除考虑布线的部位和屏蔽外 还应在需要的线路上加装避雷器 压敏电阻等浪涌保护器 因 此 设计室内各种管线时 必须与防雷系统统一考虑 3 安全隔离距离与等电位连接 在建筑物内部 就总体来说 防雷措施可分为安全隔离距 离和等电位连接两大类 安全隔离距离指在需要防雷的空间内 两导电物体之间不会发生危险的火花放电的最小距离 即不会 发生反击的最小距离 等电位连接的目的是减小或消除内部防 雷装置各个部位上所产生的电位差 包括靠近进户点的外来导 体上的电位差 笔者主张 若采用安全距离法就应严格按照 建筑物防雷 设计规范 gb50057 94 规定的各类防雷措施去计算 若 采用等电位连接法 就应彻底实现等电位 木结构和砖混结构 结构应采用安全距离措施 钢筋混凝土结构和钢结构应采用等 电位连接措施 5 球雷球雷 在国际建筑物防雷标准 iec tc 81 和我国的 建筑物 防雷设计规范 中 均没有对球雷的防护作出规定 在笔者的 调查中 北京地区的球雷事故还是不少的 球状闪电约占闪电 统计总数的 13 7 尽管国内外科技人员对球状闪电的形成机 理尚无一致的观点 但对其性质 状态和危害还是比较清楚的 球雷 即球状闪电 是一种橙色或红色的类似火焰的发光 球体 偶尔也有黄色 蓝色或绿色的 大多数火球的直径在 10 100cm 左右 球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时 候出现 球雷通常沿水平方向以 1 2m s 的速度上下滚动 有 时距地面 0 5 1m 有时升起 2 3m 它在空中漂游的时间可 由几秒到几分钟 球雷常由建筑物的孔洞 烟囱或开着的门窗 进入室内 有时也通过不接地的门窗铁丝网进入室内 最常见 的是沿大树滚下进入建筑物并伴有嘶嘶声 球雷有时自然爆炸 有时遇到金属管线而爆炸 球雷遇到易燃物质 如木材 纸张 衣物 被褥等 则造成燃烧 遇到可爆炸的气体或液体则造成 更大的爆炸 有的球雷会不留痕迹地无声消失 但大多数均伴 有爆炸声且响声震耳 爆炸后偶尔有硫磺 臭氧或二氧化碳气 味 球雷火球可辐射出大量的热能 因此它的烧伤力比破坏力 要大 下面是一个典型的球雷实例 1982 年 8 月 16 日 钓鱼台 迎宾馆两处同时落球雷 均为沿大树滚下的球雷 一处在迎宾 馆的东墙边 一名警卫战士当即被击倒 该战士站在 2 5m 高的 警卫室前 距落雷的大树约 3m 树高 20 多米 球雷落下的瞬 间 他只感到一个火球距身体很近 随后眼前一黑就倒了 醒 来后 除耳聋外并无其他损伤 但该警卫室的混凝土顶板外檐 和砖墙墙面被击出几个小洞 室内电灯被打掉 电灯的拉线开 关被打坏 电话线被打断 估计均为电磁感应的电动力所致 另一处在迎宾馆院内的东南区 距警卫室约 100m 也是沿大树 滚下 距树 2m 处有个木板房 仓库 该房在三棵 14 16m 高大槐树包围之中 球雷沿东侧的大树滚下后钻窗进屋 窗玻 璃外有较密的铁丝网 但没有接地 铁丝网被击穿 8 个小洞 窗玻璃被击穿两个小洞 球雷烧焦了东侧木板墙和东南房角 烧毁了室内墙上挂的两条自行车内胎 烧坏了该室的胶盖闸 室内的电灯线也被烧断 落雷大树下放有十多盘钢筋 8 辆铁 推车和 6 个空汽油桶 这此金属物都是招引雷电的条件 防护球雷并不困难 应该在规范或标准中规定相应的措施 就防护球雷措施而言 最好是笼式避雷网 如果达不到笼式避 雷网条件 就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地 堵好建 筑物墙面上不必要的孔洞 烟囱与出气管上口均要加装铁丝网 并接地 储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气 管应加装阻火器并接地 对高大树木下的重要建筑物尤其要采 取防护球雷的措施 6 雷击规律雷击规律 认识雷击事故的规律非常重要 只有掌握了规律 防雷设 计才能取得良好的效果 在雷雨天 天空的雷云与地面上的物 体各带不同的电荷 当电荷积累到一定的程度 就会产生电场 畸变而发生落地雷击 但如果地上某处没有足够强大的上行先 导 则雷电是不会打到该处的 北京紫禁城内的建筑物落较多 其原因在于 紫禁城周围 是护城河 河内现在仍有水 通往护城河的古河道有 4 条 一 条是玉河 它流入护城河的西北角 一条是潮白河的支流 它 流入护河的东北角 一条是大通河 它流入护城河的正东部 另一条是潞河的支流 它流入护城河的东南角 故宫内各栋建 筑物下的基础均潮湿 过去东南部的水位较高 地下不到 2m 就能见水 可见故宫院内地下的土壤电阻率相对较低 另外院 内又有高大的古树 这些即为易发生雷击的内因 这些内因决 定着该地区电场易产生电场畸变 瞬间发生的上行先导容易与 雷云的下行阶段先导会合 从而形成落地雷 这就是紫禁城范 围内的明显雷击规律 笔者自 1954 年到 1988 年在北京地区调查过的建筑物雷击 事故共有 170 多处 其中 因雷击引起火灾的占 37 7 导致 人员死亡的占 6 9 致伤的占 15 4 球雷雷击事故占 13 7 现将分析总结得出的北京地区总的雷击规律归纳如下 1 河 湖 池 沼旁边的建筑物易受雷击 如 1961 年 6 月 21 日颐和园昆明湖东边的文昌阁被雷击掉西房角及坡顶瓦 内部电线被感应烧断 1988 年 8 月 6 日通县永乐店草厂乡黄厂 村北部湖力的茅草房落球雷 击死一人 2 古河道上的建筑物和河流桥上的构筑物易受雷击 如 紫禁城内自 1954 年至 1992 年共落雷 16 次 据文献记载 明 清两代共发生过 25 次火灾 其中写明为雷击所致的 5 次 未说 明原因的也可能是雷击所致 1988 年 8 月 30 日卢沟桥中部 北侧石狮子的头被击掉 3 在潮湿地区以及过去是苇塘或坑洼地带的区域上建造 的建筑物易受雷击 如 1957 年 7 月 31 日陶然亭地区建工局一 公司工棚 该处过去是苇塘 的收音机天线落雷 墙内铁丝被 熔化 1965 年 7 月 22 日北郊土冷库 即几十栋内装冰块以贮 藏食物的平房 的老虎窗被雷电击中起火 4 在四周大片土壤电阻率高 中间局部土壤电阻率低的 环境中或在高 低电阻率分界之处建造的建筑物易受雷击 如 1981 年 8 月 2 日八里庄善家坟公安局仓库西墙外大树落雷 雷 电入室打碎 5 个电警棍盒 盒内 33 根电警棍被感应烧坏 该仓 库的西南两面为稻田 5 局部漏雨或局部房角新修缮且十分潮湿的建筑物易受 雷击 如十三陵长陵棱恩殿落雷 当时该殿西部房角刚刚修缮 且很潮湿 6 突出高或孤立的建筑物易受雷击 如 1957 年 7 月 29 日原朝阳门北部的吻兽被雷击掉 据十三陵当地老农说 十三 陵大多数的明楼或正殿均被雷击过 明楼和正殿都属高而孤立 的建筑物 7 曾经遭受过雷击的地区和建筑物容易再落雷 如 1956 年 月 日 1957 年 7 月 8 日和 1957 年 8 月 16 日北京鼓楼 东部吻兽曾三次被雷击 8 金属屋顶易受雷击 如 1957 年 7 月 8 日原民航局礼 堂的铁皮屋顶被雷击裂 3 处 顶内明配线被感应烧成 3 段 1988 年 8 月 6 日北京火车站东北角出租汽车站的铝合金房顶落 雷 9 收音机天线 电视共用天线易受雷击 如 1986 年 10 月 13 日左家庄柳芳东里的居民楼电视共用天线遭受雷击 1992 年 8 月 3 日和平里民旺胡同的居民楼电视共用天线也遭受雷击 10 地下管线多或管线交叉处易落雷 如 1963 年 8 月 4 日天安门广场大旗杆西侧 现人行过街地道的西南出口 一位 卖冰棍的老太太被雷击倒 该处地下敷设的管线较多且是转角 处 11 铁路沿线和终端易受雷击 如 1965 年 7 月 22 日东 郊百子湾棉花仓库室外堆场靠近铁道终端的一个棉花垛被雷击 中燃烧 1984 年 8 月 6 日东郊百子湾物资局储运公司水泥库铁 路西侧站台上的水泥袋落雷 烧焦约 20 个水泥袋的纸边 12 山区泉眼 风口或地下有金属矿床的地方易受雷击 如 1985 年 6 月 18 日西山下马岭水电站室外变电构架进出线的 主线落雷 烧焦母线 2 处 每处约长 1 3m 13 高大的烟囱和工厂的排气管最易接闪 如 1957 年 8 月 16 日朝外门诊部的烟囱被雷击裂 1979 年 4 月 8 日东郊宋 家庄化工三厂南北两厂的室外化工设备构架上的两个排气管同 时接闪并点燃 14 高大的树木和屋顶旗杆容易落雷 如 1967 年 6 月 11 日前门劝业场屋顶木旗杆被雷击坏 1993 年 8 月 19 日日坛 公园西北角一棵大树被雷劈掉树叉 树干也被劈裂 北京地区总的落雷走向是 西山 八里庄 紫村城 朝阳门 宋家庄百子湾 通县 这些地方多数是古河道或地下水线 其建 筑物下的土壤电阻率小 潮湿或水位高 笔者认为 以上这些雷击规律虽是北京地区的 但颇具普 遍性 因而对防雷 防火很有价值 因篇幅有限 以上各种规 律只各举 2 个例子 7 建筑物防雷设计的整体观念建筑物防雷设计的整体观念 所谓整体观念是指设计和安装防雷装置时 对建筑物的内 外都要有整体观念 这里的建筑内外不单是指内部防雷装置和 外部防雷装置 建筑物内的整体观念是指设计和安装时 要对 内部防雷装置和外部防雷装置做整体的统一的考虑 建筑物外 的整体观念是指对一个院落 一个小区以及附近的环境要做全 面的防雷规划 同时还不能违反小区规划的要求例如 所安装 的避雷针杆塔是否影响小区的美观 所用的避雷针 避雷带或 避雷网是否与建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建 筑物或高大烟囱上的避雷装置所保护等等 对接地装置也要综 合统一考虑 例如 相距较近的建筑物能否共用接地体 地下 管网能否用接地体的一部分 以及能否在一个大院或小区内为 将来综合共用接地创造等电位连接的条件等等 值得指出 利用建筑物附近的大树作为避雷针杆塔是一个 较好的做法 大树最易接闪且越长越高 有时比建筑物还高 因此 避雷针应安装在树顶 引下线应沿树干设置而且应与建 筑物的防雷装置相结合 这样既节约又美观 同时还保护了名 贵的树木 利用大树安装避雷针不仅能防直击雷 而且能防球 雷 绕击雷和侧击雷 例如 北京北海公园团城内在大树上安 装的避雷针已运行了 20 多年 效果很好 但必须采取保护树干 生长的措施 现在各个城市的绿化越搞越好 高大的树木也越来越多 有的建筑物虽然安装了避雷针 但大树距建筑物很近并且比建 筑物还高 在这种情况下 建筑物上的避雷装置实际上等于虚 设 因为大树接闪的机会多 易引来直击雷和球雷 对邻近的 建筑物威胁更大 所以说建筑物的防雷设计和安装应将外部防 雷装置 内部防雷装置 建筑物外的环境及至全小区的防雷装 置进行整体统一的考虑 不仅电气专业的设计者要有整体观念 建筑专业的设计者对防雷也要有整体观念 这是现代防雷设计 观念转变的重要问题之一 1957 年首次为天安门 木结构建筑物 补做防雷装置时 在其上部设置了明装避雷带和避雷网 在其内部采用了安全距 离措施 由于是补装 难度相当大 对内部达不到安全距离的 管线都做了改装或加强了绝缘并把进户处的各种架空电源线 电话线和广播线一律拆除 改为地下电缆 为确保木结构建筑 物的安全 工程人员每年都在结构上稍有变形的部位加固 到 1986 年 在天安门大顶内加固总共用了 60 吨钢材 此时 再 也不能给建筑物增加荷重了 因此中央决定将天安门城楼上的 建筑物全部拆掉 彻底翻建 这给我们的防雷设计带来了有利 条件 所以 1969 年第二次设计天安门防雷装置时 就采用了 等电位连接措施 外部防雷装置仍用原方案 在城台上的地 面 包括屋内地面 下的 金砖 下面铺设了一层钢筋网 即等 电位面 并将各种金属管线 包括屋顶彩灯管线 斗拱上的 防鸟铁丝网 检阅台前的铁栏杆和铁旗杆等物体统一连接到等 电位面上 此外 又增加了引下线的根数 使之达到等电位的 条件 1958 年 人民大会堂工程采用了彻底的等电位防雷设计 这是我国首次将等电位避雷网应用于工程 人民大会堂是钢筋 混凝土框架结构和钢结构相结合的建筑物 又是现浇施工做法 对防雷装置的设计十分有利 其防雷方案是 在各建筑段的屋 顶上分别采用明装避雷网 暗装避雷网和四周避雷带相结合的 方式 接闪装置均与楼板内的钢筋连接成一体 柱子内的钢筋 用作