建设工程防雷技术浅谈

　　内容摘要：雷电是一种常见自然现象，其造成的伤害是巨大的，后果是严重的。建筑工程施工过程中，一些高大建筑物必须设置防雷装置，以减少雷电危害造成的人身伤害及财产损失，保障施工人员生命、财产的安全。本文从雷电常识、危害，以及常用防雷设施应用等方面就建设工程防雷技术作了简略分析。
　　关键词：雷电，危害，防雷设施，应用
　　
　　一、雷电的基本知识
　　雷电相对于日常生产、生活用电，具有以下特点：一是电压高、电流强、释放能量的时间短，破坏性大。二是雷电冲击性电流幅值。雷电流的幅值一般是几十千安，最大可达300千安。三是雷电电流陡度大（雷电流上升的速度）。其平均上升速度为30KA/μs，最高可达50KA/μs。四是雷电的冲击电压高（雷电压的最大值），一般为几十至几千千安，能造成严重危害。五是雷电放电时间短。通常放电总时间小于500毫秒，主放电时间只有数十微秒。这样短的时间释放巨大能量，其危害性显而易见。
　　二、雷电的危害
　　由于雷电的上述特性，雷电的危害是非常大的，主要包括电性质、热性质和机械性质的破坏作用。
　　（一）电性质破坏作用
　　雷电电性质的破坏作用主要表现在其产生的数十万乃至数百万伏的冲击电压。它能破坏电动机、电力变压器、开关、绝缘子等常用电气设备的绝缘。烧断电线或劈裂电杆，导致大规模停电；绝缘损坏可引起短路，导致火灾或爆炸，还可能使高压窜入低压，或者使电气设备漏电，造成严重的触电事故；雷击直接对人体放电或对人体的二次放电，都可能使人丧命。巨大的雷电流流入地下，可在雷击点及其连接的金属部分产生很高的对地电压，能直接引起接触电压、跨步电压的触电事故。
　　（二）热性质的破坏作用
　　雷电热性质的破坏作用，主要是巨大的雷电流通过导体，在很短的时间内转换成大量的热能，造成易燃易爆物质的燃烧、爆炸或由于金属溶化飞溅而引起火灾及爆炸。
　　（三）机械性质的破坏作用
　　雷电机械性质的破坏作用表现为：被击物遭到破坏，甚至爆裂成碎片。巨大的雷电流通过被击物时，被击物缝隙中的气体急剧膨胀，缝隙中的水分也迅速蒸发为大量气体，导致被击物的破坏或爆炸。另外，同性电荷之间的静电斥力和同方向电流或电流拐弯处的电磁推力，都有极强的破坏作用。雷电流的气浪也有较大的破坏作用。
　　三、常用防雷设施应用
　　通过无数科学家的辛勤研究，人类对雷电现象有了深刻的了解和清晰的认识，防雷技术也在不断突飞猛进，雷电对我们的危害是可以预防和消除的。目前使用的防雷设施种类繁多，但主要都是由接闪器、引下线、接地装置及电涌保护等环节组成，每个环节对防雷都有重要作用。
　　（一）接闪器的应用
　　接闪器，即直接接受雷击的避雷针、避雷带(线)、避雷网，及用做接闪的金属屋面和金属构件等。接闪器一般分为被动式避雷针、主动式避雷针、半导体消雷器三类：1、被动式避雷针，即传统的富兰克林避雷针以及常用的避雷带(线)、避雷网等，目前使用很广。缺陷点：侧向跳火，保护范围小，可靠性低，磁场感应影响等。2、主动式避雷针，能提前发射闪流，控制雷击点，保护范围大。3、半导体消雷器，在实际应用中效果不佳，目前已经停止应用。
　　传统避雷针、避雷带(线)、避雷网等制作、安装方便、价格低廉，常在工程中首选。但对于第二类及以上防雷建筑，建议最好应用主动式避雷针。目前国内已有无放射源、无易损件主动式避雷针，如广泛应用的ERICO公司生产的S3000避雷针，就是一种世界领先的"主动式"避雷针。它独特的椭球外形，能增强电场引力。内部接地杆与球体之间绝缘，并有3mm间隙，雷电先导靠近时，间隙击穿，触发雪崩，形成向上闪流。这种接闪器相对传统富兰克林避雷针提前发出向上闪流，电流值也大2～3倍，保护范围明显增大。
　　（二）引下线的选择
　　引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。除第一类防雷建筑物应装设独立避雷针或者架空避雷线(网)外，一般建筑物通常利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内钢筋做为引下线，同时建筑物利用这些钢结构组成等电位连接，形成法拉第笼。这种防雷方式目前广泛应用，并非常有效。
　　随着科技的发展，智能建筑越来越多，建筑物内微电子产品的使用十分普及。而雷电流的频率高，前沿陡，电流大，当雷电流通过钢筋时，以下3种情况需要在设计中考虑。
　　1、当雷电流通过钢筋的瞬间，钢筋与附近物体间产生很高的电位差，易引起侧向跳火。
　　2、因雷电流的频率高，雷电流通过的过程中，每米钢筋产生约1.6的电感（在直角弯处更大），会在钢筋上形成电压降。如雷电流为30kA，对单根钢筋，每米约有4.8kV的电压降。虽然对建筑物来讲，许多钢筋承担分流作用，但对微电子设备而言，这种电压的影响是不能忽视的。高层建筑，每层一般都采用均压设计。当不同层之间有电子设备(电脑)连接线时，电位差引起的环流可能损坏电子设备。
　　3、雷电通过时，钢筋周围出现交变磁场，会使附近设备产生感应电压，可能损坏设备。故对具体建筑物，应分清功能用途。当建筑物内设置大量、较重要的电子设备时，应单独设置与建筑物相对独立的接闪器、引下线，避免强大雷电流对内部设施的危害。此外，还可采用专用引下线，如具有特殊绝缘、屏蔽的专用同轴电缆引下导体，可防止侧向跳火，切除环流，以减小电磁感应。
　　（三）接地装置的设置
　　接地装置是接地体和接地线的总合。对一般建筑，应尽可能利用其基础钢结构做接地装置，一般可满足接地电阻小于10Ω的要求。而对改造工程及某些难以利用基础钢结构的建筑，则需敷设接地极或接地网。在山区或北方干旱地区，接地电阻不能满足要求时，应采用降阻剂或者其它结构的接地极(如化学接地极)。
　　应注意的是，对独立避雷针、架空避雷线或避雷网，须有独立的接地装置，接地装置距被保护建筑及地下进入的金属管道距离不得小于3米；条件允许时，可取5米以上。
　　进行某些工业建筑、工艺设备的接地设计时，还需考虑其自身的特点。如当设置有阴极保护系统时，为防感应雷或防静电而设置的接地系统，往往可能会与阴极保护系统发生矛盾，需要整体协调考虑。
　　（四）电涌保护
　　电涌是建筑物遭受直接雷击或附近遭受雷击时，线路和设备产生的过电流和过电压。《建筑物防雷设计规范》（2000年修订版）对防雷击电磁脉冲提出了具体要求，专门对电涌保护器给出具体接线方式。
　　具体工程设计中，电涌保护往往按三级保护给出接线方式。为使最大电涌电压尽量低，电涌保护器两端的引线须做到最短。对低压三相系统，一般电涌保护器可以满足系统最大持续运行电压的要求。
　　雷电防护是一个系统工程，也是一项综合技术。除本文所述部分外，还有很多技术值得我们探讨，如侧击雷的防护、接地、屏蔽、等电位连接等。在工程实践中，我们需要严格执行国家规范，同时关注科技的发展，积极选用成熟的防雷产品。目前，国内已有集高科技于一身的雷电预警系统投入工程使用，十分值得我们工程技术人员关注。
　　
　　作者简介：袁华辉，1976年2月出生，男，汉族。籍贯：湖北省武汉市，1998年毕业于华中理工大学汉口分校工业自动化专业，学士学位。现供职单位：武汉市城市建设投资开发集团有限公司。职称：电子工程师，研究方向：电子技术
　　单位：武汉市城市建设投资开发集团有限公司
　　邮编：430050
　　参考文献：
　　1、 《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）
　　2、 《建筑物防雷设施安装》主编单位:中南建筑设计院
　　3、 《浅谈关于有线电视系统的防雷接地措施》作者：陆利根
　　4、 《雷电对计算机网络的危害极其预防》

《建设工程防雷技术浅谈》

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