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摘要：本文針對(duì)建筑物防雷設(shè)計(jì)的重要性，對(duì)建筑物防雷設(shè)計(jì)思路，感應(yīng)雷電入侵及建筑物防雷設(shè)計(jì)重要因素進(jìn)行了探析，為建筑物防雷保護(hù)設(shè)計(jì)提供進(jìn)一步研究的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑物；防雷設(shè)計(jì)；感應(yīng)雷電

自然界有眾多的不可抗逆的災(zāi)害，其中雷擊是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑物越來越多，建筑物中的電氣設(shè)施也越來越復(fù)雜。每年因建筑物內(nèi)電氣設(shè)施被雷擊的事件時(shí)有發(fā)生，造成的損失很大，危及到人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。因而，高層建筑物的防雷設(shè)計(jì)就顯得非常重要。

1 建筑物防雷設(shè)計(jì)思路

雷擊侵入建筑物內(nèi)電氣設(shè)施的兩種形式是感應(yīng)雷和直擊雷。其中，感應(yīng)雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場(chǎng)變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電流和過電壓形成的雷擊；而直擊雷是雷電直接擊中線路并經(jīng)過電氣設(shè)施入地的雷擊過電流。依據(jù)國(guó)家有關(guān)防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建筑物的防雷區(qū)可劃分為L(zhǎng)PZOA，LPZOB，LPZI等區(qū)。根據(jù)建筑物的防雷區(qū)劃分，這樣就可以決定該區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)施采取何種電涌保護(hù)器以何種方式在何處實(shí)現(xiàn)與共同接地體等電位聯(lián)結(jié)。

電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑物直擊雷的LPZOA的保護(hù)區(qū)的保護(hù)設(shè)計(jì)很熟悉，根據(jù)國(guó)家相關(guān)的建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)由避雷針、避雷網(wǎng)等混合而成的接閃器，鋼屋架與立柱基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)、屋面板鋼筋等構(gòu)成一個(gè)整體，其中避雷網(wǎng)通過全部立柱基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體，將強(qiáng)大的雷電流入大地[1]。建筑物的電氣設(shè)施主要防雷保護(hù)重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷的入侵。這是由于感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的，感應(yīng)雷電壓形成的幾率較高，對(duì)建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備尤其是低壓電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生巨大的威脅。

2 感應(yīng)雷電入侵探析

由感應(yīng)雷產(chǎn)生的雷電過電壓過電流主要有以下三個(gè)途徑：

（1）由供電電源線路入侵。高壓電力線路遭直擊雷襲擊后，經(jīng)過變壓器耦合到各低壓0.38KV/0.22KV線路傳送到建筑物內(nèi)各低壓電氣設(shè)備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)雷過電壓。

（2）由建筑物內(nèi)計(jì)算機(jī)通信等信息線路入侵，可分為三種情況：

①當(dāng)?shù)孛嫱怀鑫镌庵睋衾状驌魰r(shí)，強(qiáng)雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進(jìn)而擊穿外皮，使高壓入侵線路。

②雷云對(duì)地面放電時(shí)，在線路上感應(yīng)出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設(shè)備，通過設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。

③若通過一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時(shí)，當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時(shí)，會(huì)在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。

（3）地電位反擊電壓通過接地體入侵。雷擊時(shí)強(qiáng)大的雷電流經(jīng)過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時(shí)，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達(dá)數(shù)萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強(qiáng)大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)變化，會(huì)在相鄰的導(dǎo)線（包括電源線和信號(hào)線）上感應(yīng)出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能保護(hù)計(jì)算機(jī)，反而可能引入了雷電。

由此可見，對(duì)建筑物內(nèi)各電氣設(shè)備進(jìn)行防感應(yīng)雷保護(hù)設(shè)計(jì)是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容；設(shè)計(jì)的合理與否，對(duì)電氣設(shè)備的安全使用與運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。目前，在感應(yīng)雷的防護(hù)當(dāng)中，電涌保護(hù)器的使用已日趨頻繁，它能根據(jù)各種線路中出現(xiàn)的過電壓、過電流及時(shí)作出反應(yīng)，泄放線路的過電流，從而達(dá)到保護(hù)電氣設(shè)備的目的。

3 建筑物防雷設(shè)計(jì)重要因素

3.1 接地效果

建筑物防雷效果的成功與否的一個(gè)重要保證是良好的接地效果。建筑物防雷設(shè)計(jì)中都要考慮采用何種接地方式最經(jīng)濟(jì)最好。當(dāng)基礎(chǔ)包在防水卷材內(nèi)或達(dá)不到規(guī)范中規(guī)定的條件時(shí)，可以做周圈式接地裝置，應(yīng)將周圈式接地裝置預(yù)先埋在基礎(chǔ)槽的最外面；當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物符合規(guī)范條件時(shí)，應(yīng)利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置。接地體靠近基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋有利于均衡電位，此外，還可以節(jié)省為挖深溝所花費(fèi)的物力和人力[3]。在基礎(chǔ)完工后再挖深溝會(huì)影響到基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。對(duì)磚混或木結(jié)構(gòu)的建筑物，應(yīng)做獨(dú)立引下線并采用獨(dú)立接地方式。當(dāng)土壤電阻較大，使用接地極很多時(shí)，可以做周圍式接地裝置。這是因?yàn)橹車浇拥匮b置的沖擊阻抗小于獨(dú)立接地裝置的沖擊阻抗，而且也有利于改善建筑物內(nèi)的電位分布，并減小跨步電壓。采用獨(dú)立式接地方式時(shí)，以鉆孔深埋接地極的效果最好，深孔接地極易達(dá)到地下水位，并且可以減少接地極的用鋼量。

3.2 接閃功能

接閃功能主要指的是實(shí)現(xiàn)接閃功能所應(yīng)具備的條件，這其中包括耐流耐壓能力、接閃器的形式、接閃器與建筑物的美學(xué)統(tǒng)一性和連續(xù)接閃效果造價(jià)等。

3.3 屏蔽作用

建筑物避雷的屏蔽作用的目的主要是使建筑物內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、精密儀器及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等免遭雷電電磁脈沖的損壞。建筑物內(nèi)的這些設(shè)施，不僅由于其本身靈敏性好，耐壓水平低，建筑物附近打雷或接閃時(shí)，會(huì)受到雷電的電磁輻射影響，而且在防雷裝置接閃器時(shí)會(huì)受到電磁干擾，甚至其他建筑物接閃時(shí)，也會(huì)收到從該處傳來的電磁波的影響。因而，在避雷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，建筑物內(nèi)頂板、地板及柱內(nèi)的鋼筋，即籠式避雷網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)屏蔽。由于建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)的不同，墻體的鋼筋有疏密的不同，鋼筋密度不夠時(shí)，避雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照各種設(shè)備的不同增加網(wǎng)格的密度。良好的避雷屏蔽不僅可以防御雷電電磁脈沖，也可以使分流和等電位兩個(gè)問題迎刃而解。

3.4 分流影響

分流影響指的是引下線對(duì)分流效果的影響。引下線的數(shù)量和直徑直接影響分流效果，引下線越多，每根引下線通過的雷電流就越小，其感應(yīng)范圍就相應(yīng)越小[4]。引下線相互之間的距離不應(yīng)小于規(guī)范中的規(guī)定。當(dāng)建筑物比較高時(shí)，引下線很長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在建筑物的中間位置增加均壓環(huán)，從而減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，還可以降低反擊電壓。

3.5 均衡電位

均衡電位指的是建筑物內(nèi)的各個(gè)部位形成一個(gè)相等的電位，即等電位。如果建筑物內(nèi)的各種金屬管線和結(jié)構(gòu)鋼筋都能連接成統(tǒng)一的導(dǎo)電體，建筑物內(nèi)便不會(huì)產(chǎn)生不同的電位，這樣就可以保證建筑物內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生危及人身安全的跨步電壓和接觸電壓，從而對(duì)防止雷電電磁脈沖干擾微電子設(shè)備也有很多好處。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)大部分都是焊接或捆綁在一起的，因而最具備等電位的條件。

4 結(jié)語

建筑物的防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，建筑物電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)十分清楚。對(duì)建筑物的安全使用，電氣設(shè)施的保護(hù)起到重要作用，在防雷設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)實(shí)地了解建筑物周邊情況，以便更好地確定建筑物的防雷類別。所以電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)避雷設(shè)計(jì)做進(jìn)一步研究與探討。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范，精心設(shè)計(jì)，確保建筑物避雷設(shè)計(jì)可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊彩芳. 淺談一般建筑物的防雷設(shè)計(jì)[J]. 山西建筑，2006，32（15）：40-41.

[2] 林維勇. 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社[M].2001：2-71.

[3] 梅衛(wèi)群，江燕如.建筑物防雷工程與設(shè)計(jì)[J].北京：氣象出版社，2004：200-330.

[4] 王世杰.建筑物防雷設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000：19-20.