建筑防雷综合论述(一)

1、建筑防雷综合论述 一 摘要：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，损失沉重。 关键词：建筑防雷防雷装置平安隔离距离等电位连接、尸、 亠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

2、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，损失沉重。就防雷历史而言，我国建国初期大多是按照日本的45°60°呆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1nrK 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 5n 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。

3、80 年代以前，我国没有建筑物防雷标准，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

4、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，

5、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根底上写出来的。 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 内外的标准和标准都离不开这六要素，有的单位还把它们作为设计原 那么。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()于1997年才在?雷电? 一书(国际名著)中

6、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?建筑物防雷设计标准?(GBJ57- 83 )于1983年11月7日公布。第二部?建筑物防雷设计标准?(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 部标准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 标准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

7、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，但防雷装置接闪那么是较常见的，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，国际和国内的标准都没有关于 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

8、发布了国际标准 ?雷电电磁脉冲的防护? (IEC1312 )。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开展，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。 否那么，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

9、验，对所总结的规律和所提出的解决方案予以验证。研究 人员应根据科技的开展， 不断吸收新东西对满足不断变化的社会需要， 如计算机的开展导致的对雷电电磁脉冲防扩的需要。面将对防雷设计的根本原那么、雷击规律、近年来国际上提出的新概 念以及随着科技开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LightningElectromagneticPulse ,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

10、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开展。 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

11、的电 磁兼容性 ElectromagneticCompatibility。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普及各处，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到达最正确效果。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

12、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

13、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根底上或室外接地 装置上。为防止杂散电流，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根底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