黃 國(guó) 全

(廣州市增城區(qū)氣象公共服務(wù)中心，廣東 廣州 511300)

1 概述

雷電是一種大自然的物理現(xiàn)象，是雷云之間或雷云對(duì)地面放電。雷擊給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅，給生活和生產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。我國(guó)南方的多雨濕熱地帶的氣候條件為雷云的形成提供有利的條件，廣東地區(qū)為雷擊頻發(fā)區(qū)。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，各種大中型建筑物如雨后春筍般涌現(xiàn)，其中不乏功能齊全、各具特色的新型建筑設(shè)計(jì)。城市的發(fā)展、建筑物的增加、氣候的變化等因素對(duì)建筑物雷電防護(hù)的要求越來(lái)越高，完善防雷設(shè)計(jì)成為建筑安全必須考慮的重要因素。筆者在從事防雷設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)工作中，發(fā)現(xiàn)部分設(shè)計(jì)單位在建筑物防雷設(shè)計(jì)中存在著一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)依據(jù)、防雷類(lèi)別劃分、直擊雷防護(hù)、雷電電磁脈沖防護(hù)等方面。本文將上述幾個(gè)方面在設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，結(jié)合工程實(shí)際提出修改建議，希望能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)單位提供參考，進(jìn)一步提高防雷設(shè)計(jì)的工作效率和防雷安全的可靠性。

2 防雷設(shè)計(jì)依據(jù)不足

2.1 技術(shù)規(guī)范引用不當(dāng)

現(xiàn)行沿用的防雷設(shè)計(jì)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范、GB 50343—2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范、GB 50601—2010建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范；其他建筑電氣類(lèi)別標(biāo)準(zhǔn)涵蓋防雷設(shè)計(jì)的有JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，配電類(lèi)別的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范。GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)行后，舊標(biāo)準(zhǔn)GB 50057—1994建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范2000版不再使用，但仍有部分設(shè)計(jì)人員錯(cuò)用舊設(shè)計(jì)規(guī)范作為建筑物的設(shè)計(jì)依據(jù)。新規(guī)施行后應(yīng)該以新規(guī)作為基礎(chǔ)依據(jù)，并且應(yīng)該在防雷設(shè)計(jì)說(shuō)明或者電氣說(shuō)明中標(biāo)明體現(xiàn)。同時(shí)也根據(jù)該建筑物使用性質(zhì)、用途，對(duì)其他基礎(chǔ)依據(jù)如GB/T 21714.1—2008/IEC62305雷電防護(hù)第1～第4部分總則、風(fēng)險(xiǎn)管理、建筑物的物理?yè)p壞和生命危險(xiǎn)、建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參考和使用。

另外，GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范不適用于石油化工裝置，石油化工裝置的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)依據(jù)GB 50650—2011石油化工裝置防雷設(shè)計(jì)規(guī)范。同樣，《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》不適用于爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所的電子信息系統(tǒng)。有個(gè)別設(shè)計(jì)單位錯(cuò)誤使用了上述設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 術(shù)語(yǔ)沒(méi)有及時(shí)更新

未能及時(shí)更新術(shù)語(yǔ)，仍沿用舊規(guī)范的術(shù)語(yǔ)。如舊規(guī)范中提到的避雷針、避雷帶、避雷線、避雷器應(yīng)及時(shí)按照新規(guī)范的表述更改為接閃桿、接閃帶、接閃線、電涌保護(hù)器。個(gè)別設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)說(shuō)明有更新術(shù)語(yǔ)，在通用圖、大樣圖卻使用舊規(guī)范的術(shù)語(yǔ)。應(yīng)當(dāng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程、方案使用最新的術(shù)語(yǔ)。

2.3 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不一致

防雷設(shè)計(jì)或電氣設(shè)計(jì)總說(shuō)明與具體防雷圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在不一致的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在：防雷類(lèi)別、材料規(guī)格、允許最大接地電阻值、施工工藝說(shuō)明等。個(gè)別設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)方案中，同一張圖紙上存在設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙具體的標(biāo)注不一致的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在：引下線間距、接閃桿規(guī)格、接閃桿高度、接閃網(wǎng)格規(guī)格、接閃帶規(guī)格、敷設(shè)方式等與標(biāo)注類(lèi)別不符。

3 防雷類(lèi)別劃分不清晰

防雷類(lèi)別的劃分是防雷設(shè)計(jì)的前提，但往往是防雷設(shè)計(jì)單位最容易忽略的。建筑物分為三個(gè)防雷類(lèi)別，其劃分的依據(jù)包括：重要性、性質(zhì)，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)(可能性及后果)等，另外，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)也是進(jìn)行防雷類(lèi)別劃分的重要依據(jù)。其中，個(gè)別設(shè)計(jì)單位在防雷等級(jí)的劃分中對(duì)究竟應(yīng)該列為二類(lèi)還是三類(lèi)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在比較模糊的認(rèn)識(shí)。GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范3.0.3第9款，把年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.05次的部、省級(jí)辦公建筑物、其他重要或人員密集的公共建筑物、火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為防雷二類(lèi)，其中并沒(méi)有對(duì)人員密集做一個(gè)定量的標(biāo)準(zhǔn)。但是，條文說(shuō)明中的人員密集的公共建筑物，已明確包含了集會(huì)、展覽、體育、商業(yè)、影劇院、醫(yī)院、學(xué)校等建筑物。筆者在防雷設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，個(gè)別設(shè)計(jì)單位對(duì)學(xué)校、商場(chǎng)、市場(chǎng)、電影院、公園和體育場(chǎng)等屬于人員密集場(chǎng)所的防雷類(lèi)別設(shè)計(jì)為三類(lèi)，這是不符合規(guī)范要求的。從防雷安全的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量考慮到上述場(chǎng)所可能由于雷擊影響的后果，必須采用二類(lèi)防雷設(shè)計(jì)。另外，危險(xiǎn)化學(xué)品、易燃易爆物品生產(chǎn)、儲(chǔ)存、銷(xiāo)售場(chǎng)所也不能單純采用年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)來(lái)確定與之相關(guān)輔助類(lèi)建筑物的防雷類(lèi)別。

因此，在判定防雷類(lèi)別時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際優(yōu)先根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)，其次根據(jù)年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)進(jìn)行判定。

4 直擊雷防護(hù)存在的問(wèn)題

4.1 天面女兒墻屋角位置未加裝接閃短桿

在雷擊多發(fā)區(qū)，雷電擊中建筑物時(shí)，如果未采取防護(hù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致建筑物磚體墻體裂開(kāi)甚至墜落，存在較大的安全隱患。由于一般陽(yáng)角位置的雷擊幾率會(huì)比其他位置大，加上有些現(xiàn)代建筑物采用仿古建筑的做法將屋檐做成飛檐或者挑檐的樣式，直擊雷擊中檐角的機(jī)會(huì)也會(huì)大大增加。按照GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范4.2.4的要求，接閃網(wǎng)、接閃帶應(yīng)沿規(guī)范附錄B設(shè)定的易受雷擊的部位敷設(shè)。其中，建筑物屋頂?shù)呐畠簤?、屋角、屋脊、屋檐和檐角等部位需要根?jù)實(shí)際計(jì)算坡度大小來(lái)進(jìn)行敷設(shè)。

GB 50601—2010建筑物防雷工程與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的6.1.1的第3款中規(guī)定“在多雷區(qū)，宜在屋面拐角處安裝短接閃桿”。因此，屬于多雷區(qū)的區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)建筑物屋角位進(jìn)行安裝接閃短桿保護(hù)，利用滾球半徑法可以確定單支接閃器的保護(hù)范圍。

4.2 接閃帶的敷設(shè)方式不符

接閃帶作為基本的屋頂防雷接閃器，一般會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)方的不同使用不同的敷設(shè)方式，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)敷設(shè)方式有明敷和暗敷兩種。GB 50601—2010建筑物防雷工程與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范6.1.1第3款明確“位于建筑物頂部的接閃導(dǎo)線可按工程設(shè)計(jì)文件要求暗敷在混凝土女兒墻或混凝土屋面內(nèi)。當(dāng)采用暗敷時(shí)，用于接閃帶的鋼筋施工應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50204—2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的規(guī)定。高層建筑物的接閃器應(yīng)采取明敷方法”。由于設(shè)計(jì)人員以及客戶要求需要考慮到建筑物的美觀，也會(huì)對(duì)建筑物屋面的接閃帶進(jìn)行暗敷，在基本條件符合規(guī)范的前提下，應(yīng)當(dāng)注意暗敷使用的材料、混凝土的澆蓋厚度是否符合要求，接閃帶是否焊接閉合完整連通，防止雷擊時(shí)候巨大電流產(chǎn)生高溫將混凝土炸裂造成板間開(kāi)裂，將接閃帶外邊的磚、石、水泥塊擊掉而會(huì)墜落到地面發(fā)生事故。從人身安全角度考慮，高層建筑及人員密集建筑，接閃帶宜采用明敷設(shè)計(jì)。

4.3 接閃網(wǎng)格規(guī)格不符合要求

GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，接閃網(wǎng)格尺寸分別為一類(lèi)防雷建筑物不大于5 m×5 m或者6 m×4 m，二類(lèi)防雷建筑物不大于10 m×10 m或者12 m×8 m，三類(lèi)防雷建筑物不大于20 m×20 m或者24 m×16 m。個(gè)別設(shè)計(jì)單位未嚴(yán)格按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)接閃網(wǎng)格，甚至沒(méi)有設(shè)計(jì)敷設(shè)接閃網(wǎng)格。當(dāng)建筑物利用金屬屋面作為接閃器時(shí)，必須要求金屬板厚度達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的厚度，可以允許不采取單獨(dú)敷設(shè)接閃網(wǎng)格。一般混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物應(yīng)該設(shè)計(jì)接閃網(wǎng)格，對(duì)雷電流能起到有效的分流作用。

4.4 突出屋面的物體未采取防雷設(shè)計(jì)

個(gè)別設(shè)計(jì)方案忽略了對(duì)屋面上突出的排風(fēng)口、煙囪凸出部位的防雷設(shè)計(jì)，還有類(lèi)似的部分非金屬物(如放散管、裝飾物等)不在屋頂接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，容易遭受雷擊而導(dǎo)致?lián)p壞墜落，這些突出屋面的物體應(yīng)該列入防雷保護(hù)范疇。

GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范4.3.2中第1，2款規(guī)定，設(shè)備、管道、鋼屋架、金屬門(mén)窗等較大的金屬物和突出屋面的金屬物，應(yīng)接到防閃電感應(yīng)的接地裝置上，不在建筑物天面接閃器保護(hù)范圍的非金屬物體應(yīng)安裝接閃器，就近連接到天面的防雷裝置。屋頂上的大型廣告牌、太陽(yáng)能熱水器、旗桿、冷水塔、通信基站等，屬于金屬物的，應(yīng)接到防閃電感應(yīng)的接地裝置上；超出天面接閃器保護(hù)范圍的非金屬物，應(yīng)當(dāng)采取接閃器保護(hù)方式的，接閃器與建筑物防雷裝置進(jìn)行等電位連接。

4.5 引下線的規(guī)格與數(shù)量不符合要求

引下線是將雷電流泄放大地的重要裝置，引下線的數(shù)量以及規(guī)格是設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。在防雷設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中經(jīng)常都會(huì)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)引下線的材料、規(guī)格表述不夠清晰，而因?yàn)榉览最?lèi)別的區(qū)分錯(cuò)誤導(dǎo)致引下線數(shù)量的減少和間距加大亦是較為常見(jiàn)的問(wèn)題。個(gè)別設(shè)計(jì)方案中，建筑物利用梁內(nèi)兩條對(duì)角主筋作為引下線，但未提供梁內(nèi)主筋的規(guī)格。根據(jù)JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，利用建筑物結(jié)構(gòu)柱筋作引下線時(shí)：小于φ16 mm時(shí)，不少于4根；不小于φ16 mm時(shí)，不少于2根。引下線敷設(shè)的間隔距離、數(shù)量也必須達(dá)到相應(yīng)的要求，GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中4.3.3和4.4.3中要求，當(dāng)建筑物中設(shè)置專(zhuān)設(shè)引下線時(shí)，其數(shù)量不應(yīng)少于2根，并沿建筑物外沿四周均勻、對(duì)稱布置，引下線之間的平均分布距離見(jiàn)表1。

表1 防雷類(lèi)別與引下線間距

5 雷電感應(yīng)防護(hù)措施

1)來(lái)自室外的低壓電源線路應(yīng)優(yōu)先采取屏蔽保護(hù)措施，沿地下進(jìn)行全線鋪設(shè)。進(jìn)入室內(nèi)前將電源線路的金屬外皮、金屬保護(hù)層就近與等電位連接帶、雷電感應(yīng)防護(hù)接地端子進(jìn)行等電位連接。

2)當(dāng)無(wú)法采取全線電纜埋地鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔(dān)的架空線，在建筑物離架空線距離大于15 m處，使用金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管埋地引入。距離計(jì)算符合如下公式[1]：

其中，l為金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜所穿的鋼管埋地直接與土壤接觸的長(zhǎng)度，m；ρ為電纜處的土壤電阻率，Ωm。

3)電涌保護(hù)器(SPD)的設(shè)計(jì)方面，可以采取分級(jí)保護(hù)的設(shè)計(jì)方式，SPD的具體分布方式見(jiàn)圖1。

在LPZ0/LPZ1邊界處，采取第一級(jí)保護(hù)。安裝的電涌保護(hù)器(SPD)符合條件為：Ⅰ級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，電壓保護(hù)水平不大于2.5 kV，沖擊放電電流Iimp≥12.5 kA(10/350)；

在LPZ1/LPZ2邊界處，采取第二級(jí)保護(hù)。安裝的電涌保護(hù)器

(SPD)符合條件為：Ⅱ級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，標(biāo)稱放電電流In≥20 kA(8/20)；

在LPZ2及后續(xù)防雷區(qū)邊界處，采取第三級(jí)保護(hù)。安裝的電涌保護(hù)器(SPD)符合條件為：Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，標(biāo)稱放電電流In≥10 kA(8/20)；

在重要的信息設(shè)備端，采取第四級(jí)保護(hù)。安裝的電涌保護(hù)器(SPD)符合條件為：Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，標(biāo)稱放電電流In≥10 kA(8/20)。

4)安裝的電涌保護(hù)器符合能量匹配原則。

低壓配電線路和信號(hào)線路上應(yīng)按實(shí)際需求安裝協(xié)調(diào)、匹配的電涌保護(hù)器，不僅在保護(hù)級(jí)數(shù)上達(dá)到要求，同時(shí)要符合同一線路上游與下游能量配合原則。

6 結(jié)語(yǔ)

建筑物防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，如何使設(shè)計(jì)方案符合經(jīng)濟(jì)、完整、科學(xué)的原則，必須立足于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)從建筑物的重要性、使用性質(zhì)、外形結(jié)構(gòu)、地理環(huán)境、氣象條件等因素綜合考慮，結(jié)合實(shí)際并不斷優(yōu)化，才能達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、安全可靠，有效減輕或避免雷電造成的損失。