建筑防雷綜合論述(一)

1、建筑防雷綜合論述 一 摘要：在人類生存的環(huán)境中有許多自然災(zāi)害，如地震、暴雨、冰雹、水災(zāi)、旱災(zāi)、火災(zāi)、雷擊等等。對此，人們總是想方設(shè)法進(jìn)行防御，或減輕它們所造成的損失。雷擊就是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。但就我國而言，過去防雷設(shè)計在整個建筑設(shè)計中所占的比重很小。電氣設(shè)計人 員不重視，其他專業(yè)的設(shè)計人員更不重視，但雷擊所造成的損失卻無 法輕視。如 1989 年山東黃島油庫遭受雷擊并引起大火，損失沉重。 關(guān)鍵詞：建筑防雷防雷裝置平安隔離距離等電位連接、尸、 亠前言在人類生存的環(huán)境中有許多自然災(zāi)害，如地震、暴雨、冰雹、水災(zāi)、 旱災(zāi)、火災(zāi)、雷擊等等。對此，人們總是想方設(shè)法進(jìn)行防御，或減輕 它們所造成的損失。雷擊

2、就是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。但就我國而言， 過去防雷設(shè)計在整個建筑設(shè)計中所占的比重很小。電氣設(shè)計人員不重 視，其他專業(yè)的設(shè)計人員更不重視， 但雷擊所造成的損失卻無法輕視。 如 1989 年山東黃島油庫遭受雷擊并引起大火，損失沉重。就防雷歷史而言，我國建國初期大多是按照日本的45°60°呆護角確定避雷針的保護范圍，用三叉小針銅避雷針、銅引下線和1nrK 1m銅板 作為接地裝置。 50 年代初期，引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)，采用拋物線或折線計算 法，用鐵管或鍍鋅元鋼做避雷針， 用鍍鋅元鋼做引下線， 地下打入 3 5n 長的鍍鋅鐵管或鋼材作接地極， 以致現(xiàn)在的避雷帶和避雷網(wǎng)均采用 鍍鋅鋼筋或扁鋼。

3、80 年代以前，我國沒有建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)，建筑電氣設(shè)計人員只能憑自 己的認(rèn)識設(shè)計避雷針。自 1957 年北京市兩大雷擊事故發(fā)生以后，我國 大量的古建筑物和群眾集中的公共場所才開始安裝避雷裝置。 1957 年 7月 6日明十三陵長陵棱恩殿遭受雷擊， 劈掉西部吻獸， 劈裂兩根直徑1.17m,高14.3m的大楠木柱子，死一人，傷三人；1957年7月8日 中山公園內(nèi)的一棵大樹落雷，雷電流感應(yīng)至附近的配電線路，然后傳 到中山公園音樂堂，燒毀了配電室、舞臺和觀眾廳大頂棚。為此，北 京市領(lǐng)導(dǎo)召開了緊急會議，決定對北京市重要古建筑物和人員眾多的 影劇院安裝避雷針并指定由筆者負(fù)責(zé)設(shè)計。此后，從天安門開始，到 勞動

4、人民文化宮三大殿、景山萬春亭、北海公園白塔，以至鼓樓、天 壇祈年殿、頤和園排云殿、智慧海、十三陵長陵棱恩殿、明樓、戒臺 寺等 30 多處古建筑物和中山公園音樂堂等重要影劇院都相繼安裝了避 雷裝置。1957 年，筆者將過去積累的雷擊事故調(diào)查和設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)，寫 出了“民用建筑物防雷保護 研究報告并且于 1958年 9 月在建工部設(shè)計 局于武漢召開的 “全國電氣設(shè)計人員交流大會 上，作了報告，發(fā)表了防 雷觀點和設(shè)計方法。報告中提出的雷擊規(guī)律、防雷標(biāo)準(zhǔn)、保護方式、 設(shè)計要點、屋頂板內(nèi)鋼筋作接閃裝置的理論以及詳細(xì)的設(shè)計實例和數(shù) 十種做法大樣得到了與會代表的一致贊同，以后被廣泛采用。1958 年底，

5、北京市建筑設(shè)計院研究室、中國科學(xué)院電工研究所和清華 大學(xué)高壓教研室共同成立了 “北京建筑物防雷研究小組 。1962年 5月 出版的?民用建筑物防雷保護?和 1980年 9月出版的?建筑物防雷設(shè) 計?就是在筆者 1957 年研究報告和小組研究成果的根底上寫出來的。 書中突出的觀點是建筑物防雷設(shè)計的六項重要因素，即接閃功能、分 流影響、屏蔽作用、均衡電位、接地效果和合理布線?，F(xiàn)在看來，國 內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)都離不開這六要素，有的單位還把它們作為設(shè)計原 那么。籠式避雷網(wǎng)和等電位連接早在 1958 年就在人民大會堂的設(shè)計和工 作實踐中采用了，而國際上戈爾德()于1997年才在?雷電? 一書(國際名著)中

6、談到等電位連接的做法，所以我國的防雷研究和 實踐并不落后。筆者主審的我國第一部?建筑物防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?(GBJ57- 83 )于1983年11月7日公布。第二部?建筑物防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?(GB50057-94)(機 械工業(yè)部設(shè)計研究院林維勇先生主筆)于 1994年 4月 18日公布。該 部標(biāo)準(zhǔn)吸收了許多國外先進(jìn)的東西，將接閃器保護范圍的計算方法改 為滾球法并結(jié)合我國防雷設(shè)計的實際經(jīng)驗增加了許多新條款。這兩部 標(biāo)準(zhǔn)對指導(dǎo)我國建筑物防雷設(shè)計起了很大的作用。70 年代以前，人們聽到的雷擊事故多是擊中建筑物或大樹，嚴(yán)重的造 成了建筑物燒毀或人員傷亡。那時被雷擊的建筑物絕大多數(shù)是沒有安 裝防雷裝置(避雷針、避

7、雷帶或避雷網(wǎng)) ?，F(xiàn)在聽到的雷擊事故相對少 了，其原因是，六層以上的多層建筑物和高層建筑物都安裝了防雷裝 置。有時，接閃器接閃后，即使是微電子設(shè)備因雷電電磁脈沖感應(yīng)受 損，局外人也不知道，本單位做些局部修理也就完事了。其實，現(xiàn)在 的雷擊事故并不算少。雷擊建筑物對某一棟樓而言可能是百年不遇的 事，但防雷裝置接閃那么是較常見的，這也是正常的。接閃裝置接閃后，建筑物引下線附近的設(shè)備會受到雷電流的感應(yīng)，這 就是雷電電磁脈沖干擾。 90 年代以前，國際和國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)都沒有關(guān)于 雷電電磁脈沖的規(guī)定。 1992 年國際電工委員會建筑物防雷專委會( IEC TC/81)才開始討論這個問題。1995年2月，該機構(gòu)

8、發(fā)布了國際標(biāo)準(zhǔn) ?雷電電磁脈沖的防護? (IEC1312 )。目前我國尚沒有類似的規(guī) 定，這是近年來的問題。隨著電子技術(shù)的飛速開展，電子計算機早已步入社會的各行各業(yè)。建 筑物內(nèi)幾乎無不設(shè)有復(fù)雜程度不同的微電子設(shè)備和計算機系統(tǒng)，民用 建筑也不例外。 雷電電磁脈沖干擾日益成為頻發(fā)事故。 面對這種挑戰(zhàn)， 設(shè)計人必須轉(zhuǎn)變觀念，把雷電電磁脈沖防護當(dāng)作防雷設(shè)計的重點。這 不只是電氣一個專業(yè)的事，因為它涉及到電子設(shè)備的位置和管線的布 置等問題。各個專業(yè)應(yīng)充分協(xié)商，從整體上解決防雷設(shè)計上的問題。 否那么，建筑物設(shè)計得再好，也無法正常使用。研究建筑物防雷應(yīng)從雷擊事故調(diào)查入手，找出雷擊規(guī)律，然后，利用 雷擊模擬實

9、驗，對所總結(jié)的規(guī)律和所提出的解決方案予以驗證。研究 人員應(yīng)根據(jù)科技的開展， 不斷吸收新東西對滿足不斷變化的社會需要， 如計算機的開展導(dǎo)致的對雷電電磁脈沖防擴的需要。面將對防雷設(shè)計的根本原那么、雷擊規(guī)律、近年來國際上提出的新概 念以及隨著科技開展出現(xiàn)的新問題分別予以論述。1雷電電磁脈沖雷電電磁脈沖LightningElectromagneticPulse ,簡稱LEMP,是天空打 雷時產(chǎn)生的作為干擾源的強大閃電流及其電磁場。 它的感應(yīng)范圍很大， 對建筑物、人身和各種電氣設(shè)備及管線都會有不同程度的危害。這種 危害就是雷電電磁脈沖所產(chǎn)生的干擾。建筑物內(nèi)的雷電電磁脈沖干擾指以下三種情況： 1天空中雷電

10、波的電磁輻射對建筑物內(nèi)電力線路和電子設(shè)備的電磁 干擾；2建筑物的防雷裝置接閃時,強大的瞬間雷電流對建筑物內(nèi)電力線 路和電子設(shè)備的干擾；3由外部各種強、弱電架空線路或電纜線路傳來的電磁波對建筑物 內(nèi)電子設(shè)備的干擾。現(xiàn)代電子技術(shù)日益向高精度、 高靈敏度、高頻率和高可靠性方向開展。 這些電子設(shè)備非常靈敏, 但耐壓很低, 一般電子設(shè)備都承受不了正負(fù) 5 伏的電壓波動。以各種微機為例, 當(dāng)雷電電磁脈沖的磁場強度超過 0.07 高斯時, 就會引起微機的誤動作, 當(dāng)磁場強度超過 2.4 高斯時, 就會造 成微機的永久性損壞。因此,我們必須對雷電電磁脈沖采取必要的防 護 措施, 以 便在先進(jìn)的建筑物內(nèi)實現(xiàn)良好

11、的電 磁兼容性 ElectromagneticCompatibility。防御雷電電磁脈沖干擾的理想防雷設(shè)計方案是籠式避雷網(wǎng),它利用的 是法拉第籠原理。建筑物的金屬結(jié)構(gòu)物普及各處，不用很多鋼材就可 很容易連接起來形成法拉第籠，從而建筑物內(nèi)的電子設(shè)備得到很好的 屏蔽。屏蔽做得好，不僅能防御空間電磁波的輻射，而且還可使建筑 物內(nèi)部的分流和均壓到達(dá)最正確效果。這里要說明，屏蔽的做法應(yīng)根據(jù) 建筑物內(nèi)電子設(shè)備的要求決定。由于設(shè)備的性質(zhì)不同，因此，有的要 求僅對設(shè)備本身做屏蔽，有的要求在設(shè)備與設(shè)備之間做屏蔽，還有的 要求在機房做屏蔽。正因為這個問題的重要，所以 1995 年國際電工委 員會建筑物防雷分委會

12、IEC/TC-81在?雷電電磁脈沖的防護?的標(biāo) 準(zhǔn)中提出了防雷保護區(qū)LPZ的概念，國際上剛開始實行這種規(guī)定， 而我們國家還沒有提出。筆者認(rèn)為，設(shè)計人員可以按照微電子設(shè)備的 多少、繁簡、重要程度、擺放位置及進(jìn)出管線的具體情況自行劃分防 雷區(qū)以取得良好的屏蔽、等電位和接地效果。因此，防御雷電電磁脈沖對室內(nèi)布線的要求非常嚴(yán)格。由于用作引下 線的鋼筋混凝土柱內(nèi)的鋼筋和整個建筑物的屏蔽網(wǎng)都在外墻處，雷電 流需經(jīng)此處的鋼筋分流到接地裝置上，所以外墻處的電流密度大，電 磁場強。因此，建筑物中的電源和通信等線路的主干線不應(yīng)靠近外墻， 最好設(shè)置在建筑物的中心部位，如電梯井在中心部位，可設(shè)置在電梯 井的近旁。建筑

13、物內(nèi)的各種電氣饋線都要穿金屬管保護或采用雙層屏 蔽電纜或同軸電纜 。在一些有特殊要求的線路電源側(cè)，還應(yīng)加裝電 涌保護器、隔離變壓器、穩(wěn)頻、穩(wěn)壓以及濾波等裝置。防御雷電電磁脈沖對接地的要求也很嚴(yán)格。電子系統(tǒng)的低頻信號工作 接地應(yīng)采用單點接地系統(tǒng)，在整個建筑物內(nèi)應(yīng)為樹干式結(jié)線布置。各 層或各段的低頻信號工作接地均應(yīng)直接接到單點接地板上，不得形成 環(huán)路。單點接地系統(tǒng)不應(yīng)與用作防雷引下線的柱子平行，以防強磁場 干擾。由于是利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋作屏蔽，因此必須采用綜合共同接 地方式，即將防雷接地、電源的工作接地、各種裝置的外殼、鐵管外 皮和高頻電子設(shè)備的信號接地都統(tǒng)一接到建筑物的根底上或室外接地 裝置上。為防止雜散電流，單點接地系統(tǒng)必須采用絕緣線，其主接地 板必須置于建筑物的最底層且直接與根底或室外接地裝置連接。各層 單點接地系統(tǒng)的區(qū)域接地板或終端接地板如需要與綜合共用接地系統(tǒng) 的裝置接地板連接， 應(yīng)在它們之間加裝不大于直流 300V 的放電管或壓 敏電阻。綜合共用接地的電阻一般應(yīng)在