建筑物的雷电防护浅议

摘要：雷云对大地放电会产生很大的破坏作用。建筑物上空有雷云时，就会形成很强的电场，在建筑物的顶部感应出相反极性的电荷，当雷云放电后，雷云与大地之间的电场就会消失，但聚集在屋顶上的电荷不能立即散去，只能缓慢地向大地流散，此时，屋顶对地面有相当高的电位。这样建筑物的防雷就必须给予重视，以防造成各种事故。基于此问题本文给出了几种不同的防雷措施、防雷装置以及高层建筑物的防雷措施。

1. 雷电危害

雷电是自然界中的自然现象，当雷云来临时，地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集了大量与雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电时，云中的电荷就会变成自由电荷，从而产生出很高的静电时，其电压幅值可达几万至上百万伏，这种电压往往会产生电效应、热效应、冲击波，造成建筑物内的导体起火，或引起人、畜的伤亡、建筑物的倒塌、森林火灾、油库的爆炸等。这些危害可能并不是由雷电直接引起的，因而成为二次雷火感应雷。另外，当架空线遭受直击雷或产生感应雷电，其高电位便会沿导线侵入变配电所或屋内，这种雷电波也会对电气设别造成危害或使屋内金属设备放电，而危及其他设备。

自然界中的雷电分为直击雷和感应雷，其中直击雷是雷电直接作用在建筑物上，由于雷击时放电电压高、电力强度很大、在强大的雷电流通道上，将物体水分受热汽化膨胀，从而使建筑物受到破坏；感应雷是雷电在闪击时，由于雷电流的变化功率大而在雷电流的通道附近形成一个很强的感应磁场，而对建筑物内的电子设备造成损坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，以致产生大量的热而引起火灾。

2. 建筑物防雷分类

1.1第一类防雷建筑物

凡在建筑物中制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质；因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者；具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物；具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

1.2第二类防雷建筑物

部级的重点文物保护建筑物；部级的会堂、办公建筑物、大型展览建筑物、大型火车站、国宾馆、部级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物；部级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物；制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者；具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物；工业企业内有爆炸危险的露天钢制封闭气罐。

1.3第三类防雷建筑物

省级重点文物保护建筑物及省级档案馆；预计雷击次数大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物；预计雷击次数大于或等于0.06次/年的一般性工业建筑物；根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境。

3. 雷击的防护方法

建筑物防雷工程是一个系统工程，必须综合考虑各种清理的影响，采用外部防雷和内部防雷的措施，如接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、合理布线、加装过电压保护器等来减少雷电对高层建筑的损害。可以认为建筑物防雷系统是由避雷针、避雷网或混合组成的接闪器组成的，利用主体和基础内的主筋作为引下线和接地装置，将雷电流引入大地。

3.1. 防直击雷的方法和技术

当雷电直接击中建筑时，由于雷电短时间内释放出巨大能量，以致坏毁建筑，若直接击中建筑内的电力线或设备，会产生极高的雷电过电压，现今任何电压等级的系统绝缘都难以耐受，以致损坏设备。为防止雷电直接击中建筑本体及内部设备，人类发明了避雷针、避雷带等防直击雷的措施。

3.2 . 防侧击雷的方法和技术

由于建筑物高度等的影响，部分雷击可能从建筑侧方袭击建筑，称之为侧击雷。防止侧击雷的方法一般和防直击雷有交叉，其实侧击雷亦可认为是直击雷的一种，在此，在防直击雷的部分方法归到防侧击雷的方法上。

引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。现代建筑物多利用建筑物的柱筋作避雷引下线。因为雷击时引下线上有很大的雷电电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击，而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击。它还比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的，和接地网络形成了一个整体的法拉第笼，它们处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。

避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法，也叫做暗装避雷网。暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5m乘5m或10m乘10m的圆钢制成。建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。

3.3 防感应雷的方法和技术

感应雷也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电感应和电磁感应雷。

静电感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的。它将产生很高的电位。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。

感应雷的外部防护主要为连接建筑钢筋混凝土内钢筋或专设金属网格，以形成法拉第笼使建筑物处于静电屏蔽罩内部。

4. 结语

某一防雷接地系统适用于一部分建筑，但由于现代建筑设计五花八门，建筑使用目的不一，所以对于建筑的防雷接地系统设计不能按部就班，应充分考虑建筑的特点来进行设计。随着现代工业的快速发展，特高层建筑的兴起以及高集成化电子设备如计算机、通信设备及工业自控系统已广泛应用，建筑防雷体系应时代的发展必将突破传统观念，雷电理论及先进的防雷设备必将不断发展。

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