浅析建筑防雷问题

吴雪峰　李春兰

【摘 要】本文重点从防雷的基本机理以及传统建筑防雷问题进行阐述，并且探讨了现代智能建筑中应采取的相应防雷措施。

【关键词】雷电；防雷；建筑防雷；智能建筑

1.建筑防雷

1.1外部防雷装置与内部防雷装置

国际电工委员会编制的标准（IEC1024-1）将建筑物的防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器是指避雷针、避雷带和避雷网，它位于建筑物的顶部，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外，所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置，它包括等电位连接设施（物）、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。

1.2防雷电感应和雷电波侵入

雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。因此被保护建筑物内的金属物接地，是防雷电感应的主要措施。首先，是做好等电位联结。对一、二类防雷建筑物内平行或交叉敷设的金属管道，其净距小于100mm时，应采用金属线跨接，是防止电磁感应所造成的电位差能将小空隙击穿，而产生电火花，每隔≤30m做好接地。

1.3防雷电流经引下线和接地装置时产生高电位对金属设备或电气线路反击的措施

目前建筑物内大多采用共同接地装置，当雷直击于本建筑物防雷装置时，假设流经靠近低压电气装置处接地装置的雷电流为20KA，当冲击接地电阻=1Ω时，接地装置上电位升高为20KV，而一般室内低压装置的耐冲击电压最高为8KV。其结果就使低压电气装置绝缘较弱处可能被击穿而造成短路，发生火灾、损坏设备，这是非常危险的。因此对防雷建筑物构建全方位、多层次的防雷网络，使雷电对建筑物的影响减至最小。

建筑物为高压进线时，高、低压侧各相上均设避雷器，用以防护由高压进线的雷电和操作（断路器动作，投切大电动机和电容器组等）过电压。电子设备较多且重要的建筑，在低压配电支线上再装设过电压保护，做为后备保护，主要用于进一步抑制经前置保护限制后的剩余过电压和电源线上由感应或耦合产生的过电压。建筑物为低压进线时，在电源总进线处装设过电压保护器。

2.智能建筑防雷

2.1智能建筑

现在智能建筑主要由建筑自动化系统（BAS）、办公自动化系统（OAS）、信息通信系统（CAS）三个系统组成，并利用计算机网络技术、通信技术将此三个系统进行系统集成。系统内的电子设备的数量和规模不断扩大，大量采用计算机技术，而电子计算机、微处理器以及其他电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差的弱点，当其受到电磁脉冲，特别是闪电电磁脉冲的袭击，使得这些高灵敏的电子系统在运行时，出现程序运行错误、数据错误、时间错误；、死机、无故重新启动甚至造成用电设备的永久性损坏，给各行各业以及人们日常生活造成巨大损失。

2.2智能建筑中的防雷措施

直击雷防御系统是捕捉雷电闪击保护建筑物及设备。感应雷防御系统是为了降低雷击时的冲击电位差和电磁脉冲。采用传统的装设接闪器，由接闪器和引下线将雷电流导入接地极，流向大地，并在电网中加装避雷器等防雷措施，虽然可以有效防止直击雷和消弱电压波的强度，减少雷击的破坏程度，但这些措施并不能完全消除电网中的又雷击引起的暂态过电压，感应雷电脉冲一般都在千伏以上，普通的电气设备一般可允许闪电脉冲电压6000V，但对于计算机设备，其信号电压很低，一般只有100V左右，最小仅有10V左右，当其闪电脉冲电压为在几十伏或到几百伏就会使计算机损坏，因此需采取以下措施。

2.2.1对电源系统和信息系统分级保护

为了有效防止暂态过电压的灾害， IEC664-1中提出，对电源系统分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级防护，将过电压数值降低到设备可以承受的水平。

雷电及其它瞬态浪涌冲击现象，对精密电子设备和计算机设备（包括UPS电源），造成很大的危害。采用电源过电压保护器可以利用快速响应模块，通过其优良的非线性伏安特性，来实现抑制暂态过电压的。在正常工作时，模块呈高阻抗特性，泄漏电流很低，不影响正常工作。当出现暂态过电压时，模块呈低阻抗特性，使暂态过电流迅速泄放，抑制暂态过电压，维持电压稳定。

信号防雷系统由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降，必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。

对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。

2.2.2采用等电位联接

防止雷电的侵害的一项关键措施，即采用等电位联接。等电位联结的目的在于减小需要防雷的空间内，各种金属部件和各种系统之间的电位差，而实施的导体联结。电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位联接。总等电位联接，就是将所有进出保护范围的金属管道（包括水管、供热管道等）以及所有电源线和所有信号线（包括载流导体），当闪电电流流经这些导体时，等电位联接可以用来安全地承载涌流。

2.2.3加强传统防雷装置传统避雷针在引雷后会引发地电位反击和二次雷击效应

为了减少雷电流精度徒度和电磁辐射场，应选用阻抗型的避雷针和接闪器等。或者采用提前放电式避雷针， 如采用提前放电式避雷针PULSAR。它的主要原理是将一个高脉冲电压系列加在普通避雷针尖端（大约10000伏），来引发自发电晕效果，形成上行先导，从而吸引雷电流使其更准确地通过避雷针形成的泄放通道泄放雷电流。由于提前放电式避雷针在雷电泄放前提前放电，形成上行先导，所以，它将传统避雷针的被动吸引雷电流变为主动吸引雷电流。也就克服了传统避雷针的缺陷，相当于加长了传统避雷针的高度，自然在同等高度下也就加大了避雷针的保护角，使其提供的保护范围更大、更加可靠有效。使其具有更大的保护范围。充分利用建筑物的钢筋混凝土结构组成的经济可靠的笼式避雷网。增加引下线数量，加速雷电流的分流，减少磁场集中程度。加强所有外漏的金属门窗与结构的连接，提高建筑物的自然屏蔽能力。减少接地电阻值，降低接地电位。

3.结论

建筑防雷这个老话题，随着科技的进步防雷技术还有许多需要探索的东西，建筑防雷技术也在不断的发展中，故此一些建筑防雷技术及防雷产品其性能和效果，仍需以科学的态度在实践中检验，并在理论上发展完善。由于雷电本身是小概率事件，需要大量长期的统计分析才能得到有益的结果，这需要各方的通力合作才能得以实现。为此，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。

【参考文献】

[1]王时煦等.建筑物防雷设计.中国建筑工业出版社.

[2]R.H.Golde.雷电.水利电力出版社.

[3]金磊，王时煦等主编.最新现代建筑防雷与电气安全设计资料选集.

[4]孙成群.建筑电子信息系统防雷设计规范.GB50343-2004.

[5]林维勇.建筑防雷设计规范.