智能建筑的防雷措施

摘要:针对目前高层建筑增加的现状,分别从避雷网防雷、避雷针防雷、避雷器防雷等三个不同方式来保护建筑物和电气设备。从对国家财产和人民生命安全进行保护的角度出发,对使用避雷网防雷、避雷针防雷以及避雷器防雷的避雷措施进行了介绍。
关键词:防雷;避雷网;避雷针;避雷器

0 引言
   
随着智能建筑的发展,高层建筑越来越多,城市里的建筑物越来越密。因此,加强防雷工作,对建筑物和电气设备采取必要的防雷保护,对保护国家财产和人们的生命安全都是十分重要的。

1 用避雷网防雷
   
对于建筑物可能遭受的直接雷击和感性雷害,常常采用避雷带装置进行防雷,避雷带由避雷网、均压环、引下线和接地极(网)等组成。避雷带分沿折板敷设和沿屋面混凝土块敷设两种。沿坡屋顶的屋脊、屋角、檐角、屋檐和平顶屋面四周的女儿墙等易受雷击部位敷设,就属于沿折板敷设避雷带。这种方法一般应选用φ6或φ8圆钢弯制避雷带支架,沿避雷带支架敷设路径,按间隔1 m埋设,且高出安装面150~200 mm。然后选用φ10~φ12镀锌圆钢或-25×4镀锌扁钢作为避雷带,经调直后焊接在预埋支架上,并将焊点涂以防腐漆。
    沿屋面混凝土块敷设则应根据建筑物的防雷等级标准来确定网孔大小。即先在屋面上划出避雷带网孔线,然后按间隔1 m沿所划网孔线埋设混凝土块。混凝土块应埋设牢固,并在混凝土块中央安放扁钢或圆钢预埋件,预埋件应高出屋面10~20 mm。同样,选用φ10~φ12镀锌圆钢或-25×4镀锌扁钢作为避雷带,经调直后焊接在混凝土块的预埋件上,再将焊点涂以防腐漆。如屋面平时无人行走,避雷带可为明敷设;如屋面作为观景平台、直升飞机起落场地或其他休闲场,平时有人在屋面上活动,在屋面上需要抹混凝土砂浆地坪或进行铺设地板砖处理,这样就需要将避雷带暗敷,暗敷的埋设深度以3~5 cm为宜。这样,屋面上的避雷带就敷设完成了,之后再与接地引下线焊接连接。

2 用避雷针防雷
2.1 避雷针的结构及作用
   
避雷针可起到引雷作用,因为避雷针安装在建筑物的顶部,即在最高点安放一个接地装置,所以,在雷云笼罩下,它的尖端部可形成强大电场。根据尖端放电原理,它很容易将雷电流引向其尖端而泄入大地,从而避免雷云向被保护建筑物放电。
    避雷针一般由三部分组成,其中顶部耸立高空,接受雷电用的接闪器,一般用镀锌钢管或镀锌圆钢制成,长约2 m,截面积不小于100 mm2,钢管壁厚不小于3 mm,并且上端部打尖。高度在20 m以内的独立避雷针常用水泥杆架设,20 m以上用钢结构支架架设。中部是引下线,是引导雷电流泄入大地的通道,常采用镀锌圆钢或扁钢作引下线。圆钢的直径不小于8mm,扁钢面积不小于(12×4)mm2,并需将地面以上2 m加以机械保护。下部为接地极,为了将雷电流迅速疏散到大地,可用镀锌管SC50或L50×50×5镀锌角钢,长度均为2.5 m,按间隔5 m,埋深0.6 m以上垂直埋设。接地极之间再用镀锌扁钢-40×4(或-30×4)焊接成接地网,且应满足接地电阻的有关规定标准。对于通讯系统、建筑自动消防系统以及计算机房等弱电系统的接地装置,常采用铜板或镀锌钢板作为接地极,并与防雷装置、供配电系统的接地装置等相互隔离。
2.2 避雷针保护范围的计算
   
对于避雷针的保护范围,各国的计算方法不完全相同,主要有折线法、曲线法、直线法等几种。其中,折线法表示单支避雷针的保护范围为一折线圆锥体;曲线法则是单支避雷针的保护范围为一曲线圆锥体,这种方法是假设滚球半径滚过防雷建筑物时,凡是球体能接触到建筑物的各个部分,均会遭受雷击,而球体不能接触到建筑物的各个部分,则不会遭受雷击(已由建筑物其他部分给予了保护);直线法的单支避雷针的保护范围按针顶端的俯角大小来确定,如对有爆炸危险物的建筑按45°俯角确定,一般建筑则按60°俯角来确定。
    由于折现法比较简单实用,在我国建筑防雷设计中广泛采用。但折线法忽略了雷击距离对避雷针保护范围的影响,所以存在着一定的误差。目前在高层建筑中多采用半导体少长针消雷装置来解决这一问题。
2.3 半导体少长针消雷装置
   
半导体少长针消雷装置是在避雷针的基础上发展起来的,主要由导体针组、半导体材料和接地装置组成。导体针长为5 m,针的顶部有4根金属分叉尖端,适合安装于高度h≥40m的建筑物和构筑物上。
    半导体少长针消雷装置利用其独特结构,可在雷云电场下发生强烈的电晕放电,即对布满在空中的空间电荷产生良好的屏蔽效应,并中和雷云电荷。同时利用半导体材料的非线性来改变雷电发展过程,延长雷电放电时间,以减小雷电流的峰值和陡度,从而达到有效保护建筑物及其内部各种强弱电设备的目的。一般在消雷装置安装高度h>60 m时,还需要增加水平消雷针。
2.4 避雷针的制作安装
   
避雷针装置安装应分为普通避雷针和独立避雷针,普通避雷针是架设在建筑物或构筑物之上,独立避雷针则需要先埋设安装专用的杆塔(如水泥电杆、铁塔等),再架设避雷针。避雷针应安装稳定牢固,如果避雷针支架、杆塔较高,应考虑装设拉线(3根),以增加避雷针的稳定性。
    避雷针一般由φ25镀锌圆钢制成,也可用直径φ40、管壁厚3 mm及以上的镀锌钢管制做,针长一般取2 m,上端加工成尖状。避雷针的引下线采用明敷,可用φ8镀锌圆钢或镀锌扁钢,其截面积应不小于48 mm2,厚度4 mm;暗装或烟囱上的引下线应采用φ12镀锌圆钢,注意在引下线弯曲处应加工成圆弧状,不得有直角弯。装设在烟囱、水塔上的避雷针引下线,如果采用镀锌扁钢,其截面应不小于100 mm2,厚度4mm。
    避雷针应单独设置接地极,不能与设备的接地保护及工作接地装置等相连接,且接地电阻不得大于10 Ω。避雷针与被保护设备、建筑的空间距离应在5 m以上。
    避雷针的接闪器、引下线和接地极的相互连接处应采取焊接工艺,并在焊接处涂以防腐漆。为了检测接地电阻和检查引下线的连接情况,或供等电位连接用,应在各引下线距室外地坪0.3~1.8 m之间设置断接卡子。当利用柱内钢筋作引下线时,应在每根引下线上与距地面大于或等于0.3 m处设接地连接板。
    在发生雷击放电瞬时,接闪器、引下线和接地极(网)上的瞬时电位很高,对人身有很大危险,在接地极(网)及附近区域内还会形成较大的跨步电压。因此,接地极(网)应埋设在很少有人通过的地方,距建筑物应在3 m以外。为了防止雷电流流经引下线时产生的高电压会对附近金属物或线路形成反击,还要求引下线与金属物或线路等之间具有一定的安全距离。但在利用建筑物的钢结构或柱内钢筋体作为接地引下线时,由于整个建筑物已构成一个等电位“网笼”体,其距离可不受此要求限制。
    半导体少长针消雷装置一般都是由生产厂家提供的成套产品,所以,在施工现场需要进行拆箱检查验收,在楼顶安装位置制作安装基础,预埋安装螺栓,然后再进行组装、吊装,找正固定和补漆等工作。
    此外,还应注意不应在35 kV以下电压等级的电气设备构架上安装架设避雷针,因为这一电压等级电气设备的绝缘强度较低,以免雷击高压放电时产生的高电压造成设备损坏。

3 用避雷器防雷
   
由避雷针、避雷带(网)下线和接地极(网)等所构成的避雷装置属于建筑物外部防雷系统,可保护建筑物免受直接雷击和感性雷害的伤害。而建筑物内部防雷系统则是防止雷电或其他形式的过电压侵入而造成设备损坏和人身伤亡事故,这是外部防雷系统所无法保护的。为此,常采用避雷器作为预防“高电位引入”灾害的设备。
    由于避雷器与被保护设备相并联,并且所选用的避雷器的过电压低于被保护电气设备的绝缘耐压强度,所以,一旦出现大气过电压“高电位引入”,便可经过避雷器自动把雷电流导入大地,在线路引入的大气过电压过后,避雷器又很快自动恢复对地不导通状态,使电力线路的电流不至于通过避雷器泄露到大地。这样,就有效避免了高电位引入对电气设备和人身的伤害。由此可见,避雷器是用来保护电气设备免受雷电所引起的过电压危害、限制续流的幅值和持续时间的一种保护装置。
    避雷器主要有额定电压500 kV及以下的普通阀式、磁吹阀式避雷器、金属氧化物避雷器和管型排气式避雷器。一般变配电所和室内电气设备的过电压保护多采用阀型避雷器,室外多采用阀型避雷器和管型避雷器,而1 kV以下交流电力系统、低压电气设备的保护多采用金属氧化物避雷器。

4 结语
   
为了加强雷电灾害的防御工作,保护国家利益和人民生命财产安全,维护公共安全,促进经济建设和社会发展,我们应当加强雷电和雷电灾害的研究、监测、预警、防护以及雷电灾害的调查、鉴定和评估。同时,防雷减灾工作应实行安全第一、预防为主、防治结合的原则。

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