建筑物雷电防护技术分析

建筑物雷电防护技术分析

张帅

济南华普防雷技术有限公司 山东济南 250014

摘要：随着科学技术的不断发展，当前在建筑物的防雷水平上已经取得一定的成果。智能建筑作为新型的建筑设施，是在建筑中融入现代化的网络技术、智能通讯技术等高科技技术。因此对防雷技术有着较高的标准和要求。下面笔者就建筑物雷电防护技术进行简要探讨。

关键词：建筑物；雷电；防护技术；

1雷电的危害

雷电带来的危害较为严重，主要可细分为三个方面：1）在信息网络所在建筑物的防雷装置被雷电击中后，接闪器、防雷引下线、接地装置等设备会受到雷电流的冲击，较短的时间会出现快速升高的暂态电位，这可能导致信息网络系统中的精密电子设备损坏，系统正常运行也会受到影响；2）击中建筑物的雷电会导致瞬间产生巨大变化的雷电流出现，由此产生的强电磁场对信息网络系统的威胁较大，如导体存在于该强电磁场周围，高导体与高电位之间将形成感应，进而导致系统设备损坏；3）在电缆电路与防雷装置直接由雷电击中后，电涌将随之出现并侵入信息网络系统所在机房，电子信息设备运行会直接受到影响，严重的还会引发损坏及安全事故。考虑到雷电对信息网络系统的危害较大，必须设法保护信息网络系统中的关键设备，雷电防护技术需要充分发挥自身作用。

2建筑物雷电防护技术的具体应用

2.1案例概况

以某地商住两用的高层建筑工程作为研究对象，工程由12座30层的高层建筑组成，每栋建筑高120m，建筑面积为14.4万m²，地下共1层，为1.2万m²的地下车库。工程的雷电防护技术应用需结合地势环境明确落雷概率，并结合工程实际明确雷电防护要求，通过计算可确定该工程的防雷类别为二类，由于工程属于典型的智能建筑，内部存在大量电子信息系统，因此，其防雷级别为C级。最终，工程通过雷电防护技术的科学应用得以拥有全面、系统的防雷能力，该工程具备较高借鉴价值。为直观展示案例工程的雷电防护技术应用，本节将主要围绕防雷整体设计、外部防雷方案、内部防雷方案开展深入探讨。

2.2防雷整体设计

为满足智能建筑防雷需要，将整个工程的建筑群视作系统性工程，以此预防雷击灾难，重点防范雷电对电子信息系统、弱电系统的危害。

2.3外部防雷方案

为实现对外部雷击的防范，工程针对性设置了接地网、接闪器、引下线。由于工程属于典型的高层建筑群，按照《建筑物防雷设计规范》规定，楼体高度在30m以上的建筑，每三层需要连接均压环，需要将门窗等金属结构与防雷设施连接。因此，工程楼体引下线通过焊接四根主钢筋组成，同时保证存在18m内的各个引下线距离，下接地表的扁钢同时设置于钢筋接近地面1m处，这一设计保证了分流充分且磁场能够相互抵消；接闪器安装于高层建筑顶端四周，负责承受雷击和保护建筑，工程接闪器选择提前放射式接闪杆与接闪带；接地极的设置充分考虑了工程存在的大量电子信息系统，为应对错综复杂的线路，工程建立了共用接地体，其能够完整连接楼体的法拉第笼，可发挥消除电位差和互通效果。考虑到接地极埋设情况和大小直接影响接地电阻，工程对地下基础钢筋进行了充分应用，并设置镀锌扁钢于楼体的基础四周，规格为40m×4m，在楼体外地坪1m下埋设，通过涂刷沥青保证其防腐性能。

2.4内部防雷方案

图1 避雷器安装位置示意图

电涌保护器安装位置示意图如图1所示。对于拥有较为复杂电子系统的智能建筑来说，雷电对这类建筑的伤害一般不通过电流实现，而是依靠通过瞬时的磁场，由此造成的伤害会导致电子信息系统无法正常工作，严重时甚至会导致其损坏或引发安全事故。因此，雷电防护技术的应用需设法提供多层次的电子系统保护。以智能建筑的“一卡通”系统为例，需要设置三级保护，位置分别为终端设备的末端、终端设备与主控机设备间的传输线路、变压器靠近建筑侧，由此即可充分释放室外感应的过电压、释放内感应过电压与残压、释放两级残压。为更好实现内部防雷，工程还科学开展了雷电防护区的划分，高层建筑防雷区由五部分组成，具体如图2所示。图中的LPZ0A区指的是直击雷非防护区，属于无法防护的建筑物外部区域，对于这一区域的物体来说，雷击无法完全避免；图中的LPZ0B区为直击雷防护区，对于这一区域的物体来说，直接雷击的几率较低，同时几乎不存在的电磁场承压；图中的LPZ1区为第一防护区，该区域存在相对较小的导体雷电流，同时存在较小的电磁场，被雷直击的可能性极低；图中的LPZ2区为第二防护区，该区域基于一定措施可实现电磁场和雷电流的进一步衰减；图中的LPZn区为后续防护区，该区域需要设法进一步实现雷电流与电磁场的衰减。

图 2防雷区划分示意图

图2防雷区划分示意图为进一步强化工程的内部防雷，案例工程在雷电防护技术应用中还采用了如下三种措施：1）均压。在雷击出现于建筑物周边时，基于相应的路径暂态雷电流会进入楼体内部，暂态电位上升的各个部位因此出现，这类部位与附近金属将形成暂态电位差，过高的暂态电位差可能引发击穿现象，反复进行的这种现象还会导致具有高电位的金属出现，电子设备正常运行将受到严重影响。为规避相关问题，工程采用了连接楼体内关键金属电气的方式，以此保证等位电位存在，电位差的形成得以规避，具体对象涉及电源、天然气管、水管等金属，由此可保证雷击带来的感应电压不会引发电压击穿问题。2）等电位连接与接地。均压效果的实现离不开等电位连接和接地的支持，具体需实施于楼体内外交界处，跨越楼内外的金属设备和物体需要进行连接，以此消除弱电受到的感应过电压干扰。工程在机房中沿着墙体进行总等电位铺设，即30mm×3mm铜线，支撑物采用F8绝缘子，同时安装等电位的汇流排于机房四周角落，为构成等电位体，还需要将墙体内钢筋与等电位的汇流排连接。对于流体中存在金属外壳的物体，汇流排需通过铜线与这类物体进行就近连接，等电位端子板与等电位最终连接，并随之连接防雷装置。3）屏蔽。对于存在大量多半导体构件的建筑弱电系统来说，这类半导体构件的抗干扰能力较弱，弱电性质的线缆也存在同类问题，雷电波带来的感应电磁场很容易危害弱电系统，因此，工程针对性选用了屏蔽措施。在雷击发生前，较大的暂态电磁脉冲变化率会因暂态过电流引发，这会直接影响相关设备和线路，计算机等弱电设备受此影响很容易出现硬件损害，由此带来的经济损失和安全威胁必须设法规避。在具体的屏蔽措施选用中，工程采用弱电设备外壳接地的方式，同时采用压敏电阻可靠连接电缆线缆，并选择气体放电管连接屏蔽电缆出入口的屏蔽体，暂态过电压可由此在仪器出入口截住。

结论：建筑物雷电防护技术的应用存在较高必要性。在此基础上，本文涉及的科学选用雷电防护技术、明确接闪杆使用要点、防雷整体设计、外部防雷方案、内部防雷方案等内容，则直观展示了雷电防护技术应用路径。为更好提升建筑物防雷性能，物联网、智能家居等新技术和新设备对建筑物雷电防护提出的更高挑战必须得到重视。

参考文献：

[1] 龚家军，陈剑云，郭金良.信息系统防雷设计施工中常见误区及对策[J].陕西气象，2020(06)：169-171.