建筑物防雷装置跟踪检测应注意的问题

摘要：建筑物防雷装置跟踪检测是一项长期细致，涉及面广的工作。本文通过屏蔽、土壤电阻率、电动力学等多方面的理论和示例将建筑物防雷装置跟踪检测中存在的问题从感性认识上升到理性认识。

关键词：屏蔽；利用系数；土壤电阻率；电动力学；图审

中图分类号：TM934文献标识码： A

引言

建筑物防雷装置跟踪检测是一件长期细致，涉及面广的工作，防雷装置安装的优劣直接影响到对建筑物的保护以及对雷电流的泄放等问题。尤其防雷装置中的接地体和引下线大部分采用建筑物的基础钢筋和结构钢筋，一旦出了问题，将很难对防雷装置进行整改，更加凸显了建筑物防雷装置跟踪检测的重要性和必要性。

1 从屏蔽方面考量垂直接地体

接地工程中的接地极往往由多个接地体组成，当电流通过某一接地体向地中散流时，将会受到其他接地体的影响，其结果使得接地极的接地电阻大于组成这一接地极的各接地体接地电阻的并联值，这是由接地体之间的屏蔽效应所引起的，而且接地体之间的距离越近，屏蔽效应就越严重，接地体的利用系数就越差，直接影响到了雷电流的泄流效果。[2]

以分析单根垂直接地极在水平接地网上的位置不同时，接地网系统接地电阻的变化情况为例。

水平地网面积为 150×150m²，均压导体平均间距取 10m，土壤电阻率为 250m，水平接地网埋深为0.6 米，水平均压导体等值半径取为0.011m，垂直极的等值半径取为0.025m，长度为50m，水平地网布置如图1.1 所示，

图1.1 垂直极在地网上的布置图

表 1.1 垂直极布置位置不同的降阻效果

计算分析表明，布置在接地网边缘的垂直极的散流电流是地网中心位置相同长度的两倍以上。因此，为降低地网接地电阻而增加垂直接地极时，应将垂直接地极布置在水平接地网的边缘，使与水平地网间的屏蔽作用达到最小。[2]

综合考量各方面的因素后，我们一般要求每根引下线附近作为水平接地体的地梁至少要与两个桩基础用直径为10mm 以上的圆钢相焊接，以保障接地电阻值达到设计要求以及改善雷电流的泻流效果。在实际的中途跟踪检测工作中，我们应注意不宜选择靠近建筑物内部的桩基础作为垂直接地体，桩基础之间的距离宜大于5 米，以减少桩基础之间的屏蔽效应和提高利用系数。桩筋利用率高低的施工示意图如图1.2 和图1.3 所示。

2 从土壤电阻率方面考量水平接地体

土壤电阻率的大小与土壤的结构（如黑土、粘土和沙土等）、土质的紧密程度、湿度、温度等，以及土壤中含有可溶性的电解质（如酸、碱、盐等）有关。影响土壤电阻率的最主要因素是湿度，试验表明，土壤含水量增加时，电阻率急剧下降，当土壤含水量增加到20％――25％时，土壤电阻率将保持稳定。土壤电阻率也受温度的影响较大，当土壤温度升高时，其电阻率下降，在0 摄氏度时土壤由于水分冻结而使电阻率迅速增加。一年之中，在同一地方，由于气温和天气的变化，土壤的含水量和温度都不相同的，因此土壤电阻率也不断地在变化，其中以表层土最为明显，所以接地装置的最少埋深为0.5 米到1 米。[1]

接地体的埋设深度对于水平接地体（包括地网）是指接地体到地表面的距离，增加接地体的埋深，使接地体离地面的距离增加，从而增大了接地体在土壤中的散流面积，起到了减小接地电阻的作用。[2]

例如：一根水平接地棒，其接地电阻按下式计算：

由该公式可见水平接地体的接地电阻的大小是和埋深是有很大关系的，在一定的条件下，埋的越深，接地电阻越小，埋的越浅，接地电阻越大。

考虑到接地电阻的大小与土壤电阻率和埋深有很大关系后，在实际的工作中，我们通常利用建筑物地梁底部两根主筋通长焊接为环形回路作为水平接地体，以确保埋深。尤其对于平板基础，由于没有桩基础作为垂直接地体，更要保证利用地梁底部的钢筋。但水平接地体的埋深大于0.5 米并且在冻土层以下时，考虑到一些因素后，可以放宽该指标。例如有时防雷的施工和土建的施工没有协调好，导致土建的施工人员已经把模板筑好后，防雷的施工人员才开始焊接接地体，但此时只能把地梁上部的两根主筋通长焊接为水平接地体。

3 从电动力学方面考量接闪器的施工

一般的接闪器所承受的载荷主要是风载荷、冰雪载荷和雷击接闪器时产生的电动力载荷，以及各种人为的载荷，如在接闪杆上悬挂的标语，晾晒的衣物等等。

在施工中，对于如烟囱之类的突出屋面不在保护接闪器范围之内的物体，则应另外架设避雷小针进行保护，但问题出现在避雷小针并没有牢靠的固定在屋面上。主要原因是施工人员没有完全理解接闪杆和引下线的含义，笼统地认为从市场上买来的充当接闪杆的材料就是接闪杆。而GB50057-2010第四章第4.1.1 条规定：“本条接闪杆所采用的尺寸，沿用习惯数值。按热稳定检验，只要很小的截面就够了。所采用的尺寸主要是考虑机械强度和防腐蚀问题。在同样的风压和长度下，本条采用的钢管所产生的扰度比圆钢的小。经计算，如果允许扰度采用1/50，则各尺寸的允许风压可达表4.1 所示的数值”。由此可见，所谓的接闪器就是能直接截收雷电流，并能承受各种载荷使得其允许挠度小于1/50。

例如某第三类防雷建筑物烟道的一根避雷小针截收了一次雷电流幅值为 I＝100kA 的闪电，设避雷小针的高度是L＝0.3 米，计算该避雷小针所承受的力矩。

由线电流的磁场计算公式和有限长载流导线L 受到的磁力公式可得避雷小针对支撑固定点所施加的力矩M 为：

可见，如果没有对接闪杆进行牢靠的固定，那么与接闪杆相焊接的引下线也要承受相当大的力矩作用（力矩点已经改变），一旦遭受雷击，强大的雷电流产生的电动力可能将把接闪杆和引下线打飞。

因此，在施工中必须牢靠的固定接闪器，在烟道上架设避雷小针的通常错误做法与正确做法如图3.1 和图3.2 所示。

4 从图审角度考量接闪杆的保护范围

接闪器是直接截收雷击的接闪带（针、网、线），或由接闪杆、带、网、线混合组成的，以及可以作为接闪器的金属屋面和金属构件等。[4]信阳地区的接闪器主要是由避雷小针和暗敷接闪带组成，笔者在日常的跟踪检测中经常发现避雷小针没有做到屋角上，不但存在雷击隐患，而且浪费材料，对于一般的住宅楼，浪费的避雷小针多达10 几根。笔者认为其主要原因是设计部门是以设计明敷接闪带支撑架的方法来设计避雷小针的布置以及施工人员的防雷施工知识欠缺造成的。

明敷接闪带的支撑架的一般做法是每隔 0.5－1.5 米做一个支撑架，在转角处每0.3-0.5 米做一个支撑架。为了方便快捷的设置好支撑架的位置，设计院可能会使用AutoCAD 自带的AutoLISP语言编出一个简单的程序来实现支撑架的自动绘图。而避雷小针加暗敷接闪带的一般做法是每两米设置一根避雷小针，在屋角处必须设置避雷小针，因此很容易就设计成避雷小针每2 米左右一个，在转角处每0.5 米一个的做法，避雷小针的错误设计和正确设计如图4.1 和图4.2 所示。而没有经过防雷培训的施工人员往往会完全按照设计图纸上的标明来施工，于是经常出现接闪杆不能完全保护建筑物的情况。

结束语

建筑物防雷装置跟踪是一件长期细致，涉及面广的工作，建筑物防雷装置的优劣需要我们从设计入手，审核把关，施工监督等各方面来实现。只有加强与设计院的信息交流，增加对施工人员等相关各方面的防雷知识的培训，才能顺利地把合格的防雷装置交付给客户使用。

参考文献：

[1] 梅卫群 江燕如.《建筑防雷工程与设计》.气象出版社.2004.242―243，246

[2] 陈先禄 刘渝根 黄勇.《接地》.重庆大学出版社.2002.125―126

[3] 中华人民共和国机械工业部.《建筑物防雷设计规范》.中国计划出版社.2001.70

[4] 张三慧.《大学基础物理学》.清华大学出版社.2003.416