朱禹龍

【摘 要】在夏秋季，當雷電發(fā)生時，高層、起高層建筑及高聳構(gòu)筑物極易遭受直擊雷、感應(yīng)雷等的損毀。為此，我們應(yīng)針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應(yīng)的防雷措施。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；直擊雷；感應(yīng)雷；接閃器

隨著城市化的快速發(fā)展，不僅在大城市，中小城市中的建筑也都在向高層化和智能化方向迅速發(fā)展著。但是，據(jù)有關(guān)氣象資料顯示，在夏秋雷雨季節(jié)里，能產(chǎn)生放電現(xiàn)象的雷云，其最低高度一般在距地面約20m左右，也就是說，建筑總高度在30m以上的高層、超高層建（構(gòu)）筑物，不但其屋頂高聳入云，其中部也在雷云包圍之中，因此，當雷電發(fā)生時，高層、超高層建筑以及如廣播電視塔、高壓輸電線路上的高架鐵塔等構(gòu)筑物均極易遭受直擊雷、感應(yīng)雷或球形雷的損毀，其后果不堪設(shè)想；不僅如此，雷電發(fā)生后所形成的感應(yīng)雷還會造成高層、超高層建筑內(nèi)的電子設(shè)備遭受損毀，因為感應(yīng)雷入侵電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)通常是通過以下三條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體侵入電子設(shè)備或計算機系統(tǒng)；（2）由交流電源線路入侵；（3）由通訊信號線路入侵。無論通過哪種形式、哪種途徑入侵，都會使電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)受到不同程度的損壞或嚴重干擾。為此，我們應(yīng)針對高層建筑雷擊破壞的三種形式，有針對性地采取相應(yīng)的防雷措施。

1 高層建筑的防雷措施

傳統(tǒng)的建（構(gòu)）筑物的防雷措施是，在建（構(gòu)）筑物屋面（或頂部）裝設(shè)接閃器（俗稱避雷針，在我國最近修訂的《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中將避雷針更名為“接閃針”），由接閃器和引下線將雷電流引入接地裝置，再流向大地。因此，防雷系統(tǒng)是由接閃器（針）、引下線和接地裝置三部分組成。高層、超高層建筑屬于一、二類建筑，必須采取防直擊雷的措施。綜合現(xiàn)有國內(nèi)外防直擊雷技術(shù)的基本要求，高層建筑防雷電技術(shù)可以從以下幾方面來實施。

1.1 提高高層建筑自身具有的屏蔽能力

現(xiàn)代高層、超高層建筑從結(jié)構(gòu)設(shè)計本身的要求來說，普遍采用鋼筋混凝土框架、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)，或框支結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，在這些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋骨架（網(wǎng)）便自然形成為高層建筑防雷電需要的籠式避雷網(wǎng)，這個籠式避雷網(wǎng)的眾多引下線通過筏板基礎(chǔ)中的鋼筋網(wǎng)絡(luò)連接起來，與接地裝置連接后，就能提高高層建筑自身的屏蔽雷電能力。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，必須使鋼筋之間構(gòu)成電氣通路

充分利用高層建筑主體結(jié)構(gòu)框架柱、剪力墻、筒體墻柱、構(gòu)造柱內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線，并使它們與建筑物基礎(chǔ)里的鋼筋連接起來，形成閉合、性能良好的法拉第籠；建筑物內(nèi)的豎向金屬管道應(yīng)每三層與圈梁內(nèi)的均壓環(huán)相連，而均壓環(huán)應(yīng)與防雷裝置專設(shè)的引下線相連。在混凝土澆筑前，各鋼筋之間必須用電焊連接成電氣通路，其中，特別是作為接地體的樁基中的豎向鋼筋與其上的承臺中鋼筋的連接，一定要焊接牢固、可靠；另外，選定作為引下線和均壓環(huán)屏蔽網(wǎng)的梁柱鋼筋的駁接處，也必須牢固地焊接，不允許綁扎，以使其成為可靠的電氣通道。當建筑總高度超過30m時，應(yīng)將30m處及以上的欄桿、金屬門窗（含塑鋼窗）等較大金屬物件直接或通過金屬門窗預(yù)埋鐵件與防雷裝置電焊連接。

1.3 優(yōu)選新型接閃器和接閃針

在高層建筑樓頂或高度大于30m金屬構(gòu)筑物頂部設(shè)置由避雷帶、接閃針或混合組成的接閃器或選用新型接閃針和接閃器時，必須優(yōu)選有資質(zhì)的正規(guī)廠家產(chǎn)品，必要時應(yīng)作技術(shù)性能測試。傳統(tǒng)避雷針在引雷后往往會引發(fā)大地電位反擊和二次雷擊效應(yīng)。為消除此種異常現(xiàn)象，應(yīng)選用阻抗型接閃器（針），或者采用提前放電式接閃針；提前放電式接閃針的主要原理是將一個高脈沖電壓系列加在普通避雷針尖端，來引發(fā)自發(fā)電暈效果，形成上行先導(dǎo)，從而吸引雷電流，使其更準確地通過避雷針形成的泄放通道泄放雷電流。正因為提前放電式接閃針在雷電流泄放前提前放電，形成上行先導(dǎo)，所以它將傳統(tǒng)避雷針的被動吸引雷電流變?yōu)橹鲃游纂娏鳎行死纂妿淼奈：Α?/p>

2 雷電波入侵高層建筑的防護措施

通常所說的建筑物內(nèi)電源系統(tǒng)的防雷電保護，包括建筑物電源進戶線的防雷保護和接通建筑物內(nèi)電子設(shè)備的電源部分的防雷保護。配電變壓器是交流供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，對它采取防雷保護措施，一方面可防止變壓器本身受到雷電過電壓對它的損壞，確保它向高層建筑內(nèi)電子設(shè)備供電的可靠性；另一方面也可以防止雷電過電壓波通過變壓器傳送到高層建筑內(nèi)的電源系統(tǒng)，使電子設(shè)備得到保護。為此，應(yīng)在變壓器的高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器，高壓側(cè)裝設(shè)三個串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，低壓側(cè)也裝設(shè)三個串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。高壓側(cè)的三個避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，以減小雷電暫態(tài)電流在引線寄生電感上產(chǎn)生的電壓降。高層建筑內(nèi)電子設(shè)備使用的交流電源通常是由供電線路從戶外交流電網(wǎng)引入的。當雷電直擊電網(wǎng)時，能在線路上產(chǎn)生過電壓波，這種過電壓波沿線路進入戶內(nèi)，通過交流電源系統(tǒng)侵入電子設(shè)備，造成電子設(shè)備被損壞；同時，雷電過電壓波也能從交流電源側(cè)或通信線路傳播到直流電源系統(tǒng)，危及直流電源及其所連接的負載電路的安全。為避免雷電波入侵，可在高層建筑變配電所的高壓柜內(nèi)的各相安裝避雷器作為一級保護，在低壓柜內(nèi)安裝氧化鋅防雷裝置作為二級保護，以防止雷電波入侵高層建筑。

3 高層建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷措施

一般地講，直擊雷擊中高層建筑內(nèi)的電子設(shè)備的可能性較小，因此，通常情況下不必安裝防護直擊雷的設(shè)備。而感應(yīng)雷卻是造成電子設(shè)備損壞的重要原因。因為感應(yīng)雷入侵電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)主要有如下三個途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵；（2）由交流供電電源線路入侵；（3）由通信信號線路入侵。但不管通過哪種方式入侵，都會使電子設(shè)備和計算機系統(tǒng)遭到不同程度的損壞或干擾。為此，應(yīng)采取以下三種防御措施。

3.1 屏蔽措施

電子設(shè)備中大量采用半導(dǎo)體元器件和集成電路，這些電子和微電子元器件是很脆弱的，由雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上感應(yīng)出暫態(tài)過電壓波，沿線路侵入電子設(shè)備，使其工作失靈或損壞。利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種很有效的防護措施；電子設(shè)備常用的屏蔽體有設(shè)備的金屬外殼、屏蔽室外部金屬網(wǎng)和電纜的金屬外套等。

3.2 均壓措施

當發(fā)生雷電時，在雷電暫態(tài)電流經(jīng)過的路線上將會產(chǎn)生暫態(tài)電位升高，使該路線與周圍的金屬物體之間形成暫態(tài)電壓降，如果這種暫態(tài)電壓降超過了兩者之間絕緣的耐受強度，就會發(fā)生對金屬物體的擊穿放電。因此，為了消除雷電暫態(tài)電流路線與金屬物體之間的擊穿放電，應(yīng)對室內(nèi)各種金屬物體進行等電位連接，使它們形成一個電氣上連續(xù)的整體，這樣，就可在發(fā)生雷電時避免在不同金屬外殼或構(gòu)件之間出現(xiàn)暫態(tài)電壓降，使它們彼此間等電位，并維持在地電位水平上，這就叫做均壓措施。

3.3 接地措施

在電子設(shè)備和電子系統(tǒng)中，各種電路均有電位基準點，將所有基準點用導(dǎo)線連接在一起，該導(dǎo)線就是設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的地線；如將這些基準點連接到一個導(dǎo)體平面上，那么這個導(dǎo)體就叫做基準平面，所有電子信號都是以該平面作為零電位參考點。電子設(shè)備的工作接地主要是為了使整個電路有一個公共的零電位基準面，并為該高頻干擾信號提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施能發(fā)揮良好的效能。

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