智能建筑的防雷措施

摘要：針對目前高層建筑增加的現(xiàn)狀，分別從避雷網(wǎng)防雷、避雷針防雷、避雷器防雷等三個不同方式來保護建筑物和電氣設(shè)備。從對國家財產(chǎn)和人民生命安全進行保護的角度出發(fā)，對使用避雷網(wǎng)防雷、避雷針防雷以及避雷器防雷的避雷措施進行了介紹。
關(guān)鍵詞：防雷；避雷網(wǎng)；避雷針；避雷器

0 引言
    隨著智能建筑的發(fā)展，高層建筑越來越多，城市里的建筑物越來越密。因此，加強防雷工作，對建筑物和電氣設(shè)備采取必要的防雷保護，對保護國家財產(chǎn)和人們的生命安全都是十分重要的。

1 用避雷網(wǎng)防雷
    對于建筑物可能遭受的直接雷擊和感性雷害，常常采用避雷帶裝置進行防雷，避雷帶由避雷網(wǎng)、均壓環(huán)、引下線和接地極(網(wǎng))等組成。避雷帶分沿折板敷設(shè)和沿屋面混凝土塊敷設(shè)兩種。沿坡屋頂?shù)奈菁埂⑽萁?、檐角、屋檐和平頂屋面四周的女兒墻等易受雷擊部位敷設(shè)，就屬于沿折板敷設(shè)避雷帶。這種方法一般應(yīng)選用φ6或φ8圓鋼彎制避雷帶支架，沿避雷帶支架敷設(shè)路徑，按間隔1 m埋設(shè)，且高出安裝面150～200 mm。然后選用φ10～φ12鍍鋅圓鋼或-25×4鍍鋅扁鋼作為避雷帶，經(jīng)調(diào)直后焊接在預(yù)埋支架上，并將焊點涂以防腐漆。
    沿屋面混凝土塊敷設(shè)則應(yīng)根據(jù)建筑物的防雷等級標(biāo)準(zhǔn)來確定網(wǎng)孔大小。即先在屋面上劃出避雷帶網(wǎng)孔線，然后按間隔1 m沿所劃網(wǎng)孔線埋設(shè)混凝土塊?；炷翂K應(yīng)埋設(shè)牢固，并在混凝土塊中央安放扁鋼或圓鋼預(yù)埋件，預(yù)埋件應(yīng)高出屋面10～20 mm。同樣，選用φ10～φ12鍍鋅圓鋼或-25×4鍍鋅扁鋼作為避雷帶，經(jīng)調(diào)直后焊接在混凝土塊的預(yù)埋件上，再將焊點涂以防腐漆。如屋面平時無人行走，避雷帶可為明敷設(shè)；如屋面作為觀景平臺、直升飛機起落場地或其他休閑場，平時有人在屋面上活動，在屋面上需要抹混凝土砂漿地坪或進行鋪設(shè)地板磚處理，這樣就需要將避雷帶暗敷，暗敷的埋設(shè)深度以3～5 cm為宜。這樣，屋面上的避雷帶就敷設(shè)完成了，之后再與接地引下線焊接連接。

2 用避雷針防雷
2．1 避雷針的結(jié)構(gòu)及作用
    避雷針可起到引雷作用，因為避雷針安裝在建筑物的頂部，即在最高點安放一個接地裝置，所以，在雷云籠罩下，它的尖端部可形成強大電場。根據(jù)尖端放電原理，它很容易將雷電流引向其尖端而泄入大地，從而避免雷云向被保護建筑物放電。
    避雷針一般由三部分組成，其中頂部聳立高空，接受雷電用的接閃器，一般用鍍鋅鋼管或鍍鋅圓鋼制成，長約2 m，截面積不小于100 mm2，鋼管壁厚不小于3 mm，并且上端部打尖。高度在20 m以內(nèi)的獨立避雷針常用水泥桿架設(shè)，20 m以上用鋼結(jié)構(gòu)支架架設(shè)。中部是引下線，是引導(dǎo)雷電流泄入大地的通道，常采用鍍鋅圓鋼或扁鋼作引下線。圓鋼的直徑不小于8mm，扁鋼面積不小于(12×4)mm2，并需將地面以上2 m加以機械保護。下部為接地極，為了將雷電流迅速疏散到大地，可用鍍鋅管SC50或L50×50×5鍍鋅角鋼，長度均為2．5 m，按間隔5 m，埋深0．6 m以上垂直埋設(shè)。接地極之間再用鍍鋅扁鋼-40x4(或-30×4)焊接成接地網(wǎng)，且應(yīng)滿足接地電阻的有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。對于通訊系統(tǒng)、建筑自動消防系統(tǒng)以及計算機房等弱電系統(tǒng)的接地裝置，常采用銅板或鍍鋅鋼板作為接地極，并與防雷裝置、供配電系統(tǒng)的接地裝置等相互隔離。
2．2 避雷針保護范圍的計算
    對于避雷針的保護范圍，各國的計算方法不完全相同，主要有折線法、曲線法、直線法等幾種。其中，折線法表示單支避雷針的保護范圍為一折線圓錐體；曲線法則是單支避雷針的保護范圍為一曲線圓錐體，這種方法是假設(shè)滾球半徑滾過防雷建筑物時，凡是球體能接觸到建筑物的各個部分，均會遭受雷擊，而球體不能接觸到建筑物的各個部分，則不會遭受雷擊(已由建筑物其他部分給予了保護)；直線法的單支避雷針的保護范圍按針頂端的俯角大小來確定，如對有爆炸危險物的建筑按45°俯角確定，一般建筑則按60°俯角來確定。
    由于折現(xiàn)法比較簡單實用，在我國建筑防雷設(shè)計中廣泛采用。但折線法忽略了雷擊距離對避雷針保護范圍的影響，所以存在著一定的誤差。目前在高層建筑中多采用半導(dǎo)體少長針消雷裝置來解決這一問題。
2．3 半導(dǎo)體少長針消雷裝置
    半導(dǎo)體少長針消雷裝置是在避雷針的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要由導(dǎo)體針組、半導(dǎo)體材料和接地裝置組成。導(dǎo)體針長為5 m，針的頂部有4根金屬分叉尖端，適合安裝于高度h≥40m的建筑物和構(gòu)筑物上。
    半導(dǎo)體少長針消雷裝置利用其獨特結(jié)構(gòu)，可在雷云電場下發(fā)生強烈的電暈放電，即對布滿在空中的空間電荷產(chǎn)生良好的屏蔽效應(yīng)，并中和雷云電荷。同時利用半導(dǎo)體材料的非線性來改變雷電發(fā)展過程，延長雷電放電時間，以減小雷電流的峰值和陡度，從而達到有效保護建筑物及其內(nèi)部各種強弱電設(shè)備的目的。一般在消雷裝置安裝高度h>60 m時，還需要增加水平消雷針。
2．4 避雷針的制作安裝
    避雷針裝置安裝應(yīng)分為普通避雷針和獨立避雷針，普通避雷針是架設(shè)在建筑物或構(gòu)筑物之上，獨立避雷針則需要先埋設(shè)安裝專用的桿塔(如水泥電桿、鐵塔等)，再架設(shè)避雷針。避雷針應(yīng)安裝穩(wěn)定牢固，如果避雷針支架、桿塔較高，應(yīng)考慮裝設(shè)拉線(3根)，以增加避雷針的穩(wěn)定性。
    避雷針一般由φ25鍍鋅圓鋼制成，也可用直徑φ40、管壁厚3 mm及以上的鍍鋅鋼管制做，針長一般取2 m，上端加工成尖狀。避雷針的引下線采用明敷，可用φ8鍍鋅圓鋼或鍍鋅扁鋼，其截面積應(yīng)不小于48 mm2，厚度4 mm；暗裝或煙囪上的引下線應(yīng)采用φ12鍍鋅圓鋼，注意在引下線彎曲處應(yīng)加工成圓弧狀，不得有直角彎。裝設(shè)在煙囪、水塔上的避雷針引下線，如果采用鍍鋅扁鋼，其截面應(yīng)不小于100 mm2，厚度4mm。
    避雷針應(yīng)單獨設(shè)置接地極，不能與設(shè)備的接地保護及工作接地裝置等相連接，且接地電阻不得大于10 Ω。避雷針與被保護設(shè)備、建筑的空間距離應(yīng)在5 m以上。
    避雷針的接閃器、引下線和接地極的相互連接處應(yīng)采取焊接工藝，并在焊接處涂以防腐漆。為了檢測接地電阻和檢查引下線的連接情況，或供等電位連接用，應(yīng)在各引下線距室外地坪0．3～1．8 m之間設(shè)置斷接卡子。當(dāng)利用柱內(nèi)鋼筋作引下線時，應(yīng)在每根引下線上與距地面大于或等于0．3 m處設(shè)接地連接板。
    在發(fā)生雷擊放電瞬時，接閃器、引下線和接地極(網(wǎng))上的瞬時電位很高，對人身有很大危險，在接地極(網(wǎng))及附近區(qū)域內(nèi)還會形成較大的跨步電壓。因此，接地極(網(wǎng))應(yīng)埋設(shè)在很少有人通過的地方，距建筑物應(yīng)在3 m以外。為了防止雷電流流經(jīng)引下線時產(chǎn)生的高電壓會對附近金屬物或線路形成反擊，還要求引下線與金屬物或線路等之間具有一定的安全距離。但在利用建筑物的鋼結(jié)構(gòu)或柱內(nèi)鋼筋體作為接地引下線時，由于整個建筑物已構(gòu)成一個等電位“網(wǎng)籠”體，其距離可不受此要求限制。
    半導(dǎo)體少長針消雷裝置一般都是由生產(chǎn)廠家提供的成套產(chǎn)品，所以，在施工現(xiàn)場需要進行拆箱檢查驗收，在樓頂安裝位置制作安裝基礎(chǔ)，預(yù)埋安裝螺栓，然后再進行組裝、吊裝，找正固定和補漆等工作。
    此外，還應(yīng)注意不應(yīng)在35 kV以下電壓等級的電氣設(shè)備構(gòu)架上安裝架設(shè)避雷針，因為這一電壓等級電氣設(shè)備的絕緣強度較低，以免雷擊高壓放電時產(chǎn)生的高電壓造成設(shè)備損壞。

3 用避雷器防雷
    由避雷針、避雷帶(網(wǎng))下線和接地極(網(wǎng))等所構(gòu)成的避雷裝置屬于建筑物外部防雷系統(tǒng)，可保護建筑物免受直接雷擊和感性雷害的傷害。而建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電或其他形式的過電壓侵入而造成設(shè)備損壞和人身傷亡事故，這是外部防雷系統(tǒng)所無法保護的。為此，常采用避雷器作為預(yù)防“高電位引入”災(zāi)害的設(shè)備。
    由于避雷器與被保護設(shè)備相并聯(lián)，并且所選用的避雷器的過電壓低于被保護電氣設(shè)備的絕緣耐壓強度，所以，一旦出現(xiàn)大氣過電壓“高電位引入”，便可經(jīng)過避雷器自動把雷電流導(dǎo)入大地，在線路引入的大氣過電壓過后，避雷器又很快自動恢復(fù)對地不導(dǎo)通狀態(tài)，使電力線路的電流不至于通過避雷器泄露到大地。這樣，就有效避免了高電位引入對電氣設(shè)備和人身的傷害。由此可見，避雷器是用來保護電氣設(shè)備免受雷電所引起的過電壓危害、限制續(xù)流的幅值和持續(xù)時間的一種保護裝置。
    避雷器主要有額定電壓500 kV及以下的普通閥式、磁吹閥式避雷器、金屬氧化物避雷器和管型排氣式避雷器。一般變配電所和室內(nèi)電氣設(shè)備的過電壓保護多采用閥型避雷器，室外多采用閥型避雷器和管型避雷器，而1 kV以下交流電力系統(tǒng)、低壓電氣設(shè)備的保護多采用金屬氧化物避雷器。

4 結(jié)語
    為了加強雷電災(zāi)害的防御工作，保護國家利益和人民生命財產(chǎn)安全，維護公共安全，促進經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，我們應(yīng)當(dāng)加強雷電和雷電災(zāi)害的研究、監(jiān)測、預(yù)警、防護以及雷電災(zāi)害的調(diào)查、鑒定和評估。同時，防雷減災(zāi)工作應(yīng)實行安全第一、預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則。