吳 靈 燕

(福建省華云防雷裝置檢測中心, 福建 福州 350001)

0 引 言

日常所觀察到的雷電現(xiàn)象往往是由于大氣層中的各帶電云層彼此之間或帶電云層與大地之間互相的放電所導(dǎo)致的。目前,人們已經(jīng)對雷電的形成和運作機理有了科學(xué)、系統(tǒng)的認(rèn)識,并以這些理論為參考建立一系列實用的雷電防護(hù)措施,而預(yù)防雷電直擊建筑物的有效措施之一是安裝接閃帶[1]。

建筑物安裝接閃帶能起到有效的雷電保護(hù)作用,但只有在接閃帶位置設(shè)置正確,并且采用正確的敷設(shè)方式時才會將雷電快速分流,最大程度地避免受敷設(shè)建筑物遭直擊雷[2]。目前,廣泛采用的接閃帶暗敷方式雖然節(jié)省建筑材料和較耐腐蝕,同時建筑物的外觀設(shè)計也不會受到影響,但當(dāng)目標(biāo)建筑物接閃時雷電的直擊會使得覆蓋在暗敷接閃帶上的混凝土層崩裂,造成局部防水層的破壞,高空墜下的混凝土塊也極易傷人傷物[3]。

本文提出了3種增加接閃短桿的接閃帶敷設(shè)方案,利用SES軟件中的HIFREQ模塊對其進(jìn)行雷電作用模擬,驗證所述接閃帶敷設(shè)方式的優(yōu)越性。

1 接閃帶材料及規(guī)格

實際施工中常采用圓鋼或者扁鋼作為建筑物接閃帶的制作材料,并且優(yōu)先采用圓鋼制作,所用圓鋼的直徑應(yīng)該大于8 mm。采用扁鋼作為接閃帶材料時,其截面積應(yīng)大于50 mm2,厚度應(yīng)大于2.5 mm。按熱穩(wěn)定檢驗,需要的截面積是有限的。因此,接閃帶的實際尺寸主要按接閃帶材料的機械強度和耐腐蝕性來校核。

2 接閃帶與引下線的防雷等電位聯(lián)結(jié)

實際施工中一般將建筑物的混凝土柱包裹的鋼筋作為引下線,即建筑物的防雷引下線在混凝土結(jié)構(gòu)柱施工時一并埋設(shè)。當(dāng)前建筑物高度一般都很高,內(nèi)部鋼筋較長,鋼筋接續(xù)點也相應(yīng)較多,故作為引下線的鋼筋一般進(jìn)行跨接焊接。當(dāng)建筑物受到雷電直擊作用時,接閃帶接閃后電流通過引下線導(dǎo)入接地裝置,使整個建筑物構(gòu)成一個良好的等電位體,起到泄放雷電流的作用。

3 接閃帶敷設(shè)方案分析

從以往的雷電直擊事故資料可知,直擊雷事故主要多發(fā)于建筑物的屋角、屋檐等部位,所以主要需要解決這些受雷電直擊作用率較高部位的接閃。具體的施工要求就是在建筑物的屋角、屋檐等受雷電直擊作用率較高的部位加裝接閃短桿,當(dāng)建筑物遭受雷電直擊時,接閃短桿起到接閃作用,為雷電流提供入地的通道,避免雷電直擊造成接閃帶上覆蓋的混凝土炸裂。

使用SES軟件中的HIFREQ模塊,模擬3種接閃帶敷設(shè)方式在相同外加雷電流作用下標(biāo)量電動勢隨距離的變化情況,得到模擬結(jié)果。

(1) 方案一。建立4個角落設(shè)置獨立的接閃短桿模型,運行SES軟件,模擬外加雷電流作用下接閃帶標(biāo)量電勢隨距離的變化情況。

4個角落設(shè)置獨立的接閃短桿模型如圖1所示。

圖1 4個角落設(shè)置獨立的接閃短桿模型

4個角落設(shè)置的獨立接閃短桿的SES軟件模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 4個角落設(shè)置的獨立接閃短桿的SES軟件模擬結(jié)果

(2) 方案二。將方案一中4個角落的接閃短桿進(jìn)行連接,運行SES軟件,模擬外加雷電流作用下接閃帶標(biāo)量電勢隨距離的變化情況。

4個角落的接閃短桿連接的模型如圖3所示。

4個角落的接閃短桿連接的SES軟件模擬結(jié)果如圖4所示。

圖4 4個角落的接閃短桿連接的SES軟件模擬結(jié)果

(3) 方案三。在方案二的基礎(chǔ)下,在4個角落的4個接閃短桿之間設(shè)置支持卡,運行SES軟件,模擬外加雷電流作用下接閃帶標(biāo)量電勢隨距離的變化情況。

4個角落的4個接閃短桿之間設(shè)置支持卡的模型如圖5所示。

圖5 4個角落的4個接閃短桿之間設(shè)置支持卡的模型

4個角落的4個接閃短桿之間設(shè)置支持卡的SES軟件模擬結(jié)果如圖6所示。

由HIFREQ模塊的仿真結(jié)果可見,方案二和方案三圖像中都存在震蕩現(xiàn)象;方案一的標(biāo)量電勢最高,防雷能力最差;方案三的標(biāo)量電勢最低,防雷能力最強;電動勢持續(xù)作用時間T1>T2>T3,即采用方案三雷電對建筑物的持續(xù)傷害更小。由以上模擬結(jié)果可以得到,目前規(guī)范要求下的接閃帶閉合敷設(shè)方式能夠有效降低雷電作用產(chǎn)生的最高電勢,并且同時能夠縮短雷電流對建筑物的作用時間,從而大大減弱雷電對建筑物的直擊破壞。

圖6 4個角落的4個接閃短桿之間設(shè)置支持卡的SES軟件模擬結(jié)果

4 接閃帶的防腐蝕

接閃帶受外部自然條件影響,腐蝕后電阻率、機械強度、外形結(jié)構(gòu)等接閃參數(shù)都將發(fā)生變化,導(dǎo)致泄放雷電流時局部產(chǎn)生高溫、高壓等惡性情況,直接加速接閃帶的損壞,從而對建筑物產(chǎn)生危害,對其內(nèi)外人員的安全造成威脅,造成直接經(jīng)濟(jì)損失。所以,接閃帶的防腐蝕工作是建筑物后期安全保養(yǎng)的重要一環(huán)。

建筑物接閃帶的腐蝕程度主要與建筑物所處的地理環(huán)境、地質(zhì)條件等自然因素相關(guān),也不排除施工中的人為因素影響。不同地區(qū)、不同氣候、不同環(huán)境的接閃帶腐蝕速度不相同,因此定期檢測是確認(rèn)接閃帶對所處環(huán)境的承受能力的最有效措施。適用于接閃帶維護(hù)的金屬防腐蝕方法主要有涂層保護(hù)法和陰極保護(hù)法兩種。關(guān)于金屬腐蝕維護(hù),對外設(shè)接閃短桿的維護(hù)遠(yuǎn)比敷設(shè)在整個屋面下接閃帶的維護(hù)要容易得多,這可以從GB 50057—2010 附錄B 中找到相關(guān)的依據(jù)。

5 結(jié) 語

采用內(nèi)置接閃帶和外設(shè)接閃短桿相結(jié)合的閉合敷設(shè)方式可以有效地降低雷電直擊作用對建筑物造成的損害,同時滿足建筑物外部美觀的需求,省材料,易維護(hù),并符合防雷規(guī)范的要求。