《建筑物防雷设计规范》常见问题探讨

朱 奎 荣

(浙江省湖州市气象局, 浙江 湖州 313000)



《建筑物防雷设计规范》常见问题探讨

朱 奎 荣

(浙江省湖州市气象局, 浙江 湖州 313000)

针对GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》实施以来的防雷现状,讨论了对规范某些条款的理解,主要包括第二、三类防雷建筑物的相关条文中应加入独立接地的内容,节日彩灯、航空障碍灯等的配电线路可不采取屏蔽措施,非独立接闪器支柱不应悬挂电线,以及彩钢板可作为易燃易爆场所的接闪器。

独立接地; 安全距离; 屏蔽; 非独立接闪器

0 引 言

自GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》(简称《雷规》)实施以来,不少学者根据工作经验以及学识,探讨了有关《雷规》方面的问题。如汝洪博等对建筑物等效截收面积计算公式的局限性作了研究,并提出相应的解决方法[1];陈军认为《雷规》对间隔距离的表述尚存不足,缺少相关防雷技术理论体系的完备性[2];王翔等针对《雷规》中的防雷分类、引下线、电涌保护器等问题进行了探讨[3-4]。

本文讨论了第二、三类防雷建筑物独立接地以及节日彩灯、航空障碍灯等的配电线路屏蔽问题等。

1 第二、三类防雷建筑物独立接地的问题

在发生雷击时,强大的雷电流通过接闪器、引下线和接地装置向大地泄放,雷电流在泄放过程中将引起暂态地电位抬升,危及人身和设备的安全。理论上,为防止暂态地电位的反击,防雷接地装置与建筑物、电气设备及其他系统等之间最好保持足够的安全距离。建筑物总有各种引入管线,这些管线具有分布范围广的特点,而且当建筑物采用混凝土基础作为接地体时,引入的管线以及建筑物内部电气设备等系统的接地是无法与防雷接地系统真正分开的,因此《雷规》第4.3.4条、第4.4.4条规定了第二、三类防雷建筑物的外部防雷接地装置应与其他设备、系统等接地共用接地装置,取消了原《雷规》中有关独立接地的条文。

《雷规》第4.3.1条、第4.4.1条规定:“第二、三类防雷建筑物的接闪器宜装设在建筑物上”。“宜”字说明在条件许可的情况下,可将接闪器直接装设在建筑物上,同时也表明在条件不许可时,接闪器可不直接装设在建筑物上,如某些古建筑物、全玻璃结构的建筑物等,因其特殊性质只能在其周围设置接闪器。若根据《雷规》第4.3.4条、第4.4.4条的要求,该接闪器的接地装置应与建筑物内的电气设备等系统的接地共用接地装置,但此时的共用接地措施有可能不是最好的选择,原因如下:

(1) “应”字在《雷规》的“本规范用词说明”中表示在正常情况下均应这样做,而对于不正常情况时的处理,规范并没有给出相应的措施,因此存在不考虑实际条件,机械执行共用接地措施的情况,违反因地制宜的要求。

(2) 若两个接地装置相互连接,一旦接闪器遭到雷击,雷电流在泄放过程中使得电气设备等系统的接地体与接闪器的接地体具有相同电位,为防止暂态地电位的反击,只能在电气设备或其他设备处增设电涌保护器等内部防雷措施,不但增加了施工成本,而且增加了防雷装置保护失败而发生损坏的概率。

(3) 设计单位在设计建筑物的接地措施时,除《雷规》外,还会采用其他相关规范作为设计依据。例如在采用独立接地措施时,接闪器的冲击接地电阻一般不大于10 Ω,电气设备的工频接地电阻一般不大于4 Ω。当采用共用接地措施时,根据JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》要求,共用接地装置的工频接地电阻要小于1 Ω。因此有可能要补加接地装置,使得施工成本增加。

(4) 城区内的建筑物、设备管线多,满足独立接地所要求的安全距离的条件基本不存在,但位于郊区、空旷地带的建筑物,只要做好规划以及隐蔽工程资料,规范施工过程,就能保证独立接地体所要求的安全距离。

综上所述,保留独立接地的条款是符合实际情况的,但应限制使用。目前《雷规》没有规定第二、三类防雷建筑物的独立接地体与其他接地体之间的间隔距离要求,但可根据《雷规》条文说明中一类防雷建筑物地中间隔距离的推导公式Se1≥IRi/500计算。对于第二、三类防雷建筑物,电流I分别取150 kA和100 kA时,可分别得Se2≥0.3Ri和Se3≥0.2Ri。因此,《雷规》第4.3.4条中宜加入“当建筑物采用不装设在其上的接闪器时,防直击雷接地可不与防闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置,但与防闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地以及埋地金属管线在地中的距离应满足Se2≥0.3Ri的要求,且不应小于2 m”[5];《雷规》第4.4.4条中宜加入“当建筑物采用不装设在其上的接闪器时,防直击雷接地可不与防闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置,但与防闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地以及埋地金属管线在地中的距离应满足Se3≥0.2Ri”。

2 节日彩灯、航空障碍灯等的配电线路穿钢管的问题

《雷规》第4.5.4条第2款规定了从配电箱引出的配电线路应穿钢管,但该条文在实际操作时已有的配电线路很难穿钢管敷设，有些配电线路,如建筑物亮化措施中的LED光带等无法穿钢管、金属线槽敷设。

从配电箱引出的配电线路可不用穿钢管,原因如下:

(1) 《雷规》第4.5.4条的条文说明明确了配电线路穿钢管并接地的目的在于屏蔽和分流。因此,接地金属线槽和屏蔽线缆的屏蔽层都有屏蔽和分流的作用,只要屏蔽层的截面积满足《雷规》附录H的相关条文。

(2) 防闪电电涌侵入作为内部防雷的一部分,其防范措施可由等电位联结、共用接地装置、屏蔽、合理布线和电涌保护器等[6]组成。《雷规》第4.3节和第4.4节的相关内容只要求在建筑物的入户配电箱处装设I级试验的电涌保护器(某些情况下可装Ⅱ级试验的电涌保护器),并没有说明引入建筑物前的配电线路需要采取屏蔽措施;作为建筑物配电系统的一部分,同时也是引入建筑物前的节日彩灯、航空障碍灯的配电线路,却要求在配电箱电源侧装设Ⅱ级试验的电涌保护器(因分流导致流经电涌保护器的能量不会很大,以及需与上游的电涌保护器配合,故选用Ⅱ级试验的电涌保护器)以及入户线路穿钢管两种措施,其设计思路可能已违反经济、合理的原则[7]。

当取消屏蔽措施后,电涌保护器还是应设置在控制节日彩灯、航空障碍灯的配电箱开关的电源侧(闪电电涌从屋面进入室内,即闪电电涌去的方向)。根据《雷规》附录J的电涌保护器具体接线图,在建筑物的总配电箱以及分配电箱处装设的电涌保护器均设置在配电箱开关的负荷侧(闪电电涌从户外进入室内,即闪电电涌去的方向),未说明是否需要考虑过电压电涌击坏开关的可能性。同理,可以不考虑控制节日彩灯、航空障碍灯的配电箱开关是否会被击坏的可能性。

综上所述,屋面配电线路穿钢管并不需要严格执行,甚至连屏蔽措施都不需要严格执行,但从安全、可靠的角度考虑,在条件许可时可以采取屏蔽措施。因此《雷规》第4.5.4条第2款的条文宜由“从配电箱引出的配电线路应穿钢管”修改为“从配电箱引出的配电线路宜采取屏蔽措施,屏蔽层的截面积应满足附录H的要求”。

3 独立接闪器支柱上严禁悬挂电线的问题

为防高电位引入,《雷规》第4.5.8条规定了独立接闪杆、架空接闪线、架空接闪网的支柱上严禁悬挂电线。作为强制性条文,该条文过于宽松,存在安全隐患。

(1) 由于建筑物的结构类型和其上的防雷装置类型有很多种,若接闪器装设在建筑物上,当雷电闪击接闪器时,悬挂在接闪器上的电线会产生闪电电涌,造成高电位引入,会造成人员伤亡或设备损坏。

(2) GB/T 21431—2015《建筑物防雷装置检测技术规范》[8]第5.2.2.6条、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》[9]第6.1.1款第5条均要求电线不能附着在接闪器上,且没有电线不应附着在独立接闪器上的相关条文,当设计人员允许电线悬挂在接闪器上,而检测、验收人员不允许电线悬挂在接闪器上时,易出现推诿扯皮的问题。

综上所述,从安全角度出发,该条文宜由“在独立接闪杆、架空接闪线、架空接闪网的支柱上,严禁悬挂电话线、广播线、电视接收天线及低压架空线等”修改为“在接闪器及支柱上以及引下线处严禁悬挂电话线、广播线、电视接收天线及低压架空线等”。

4 彩钢板下面有易燃品时彩钢板作为接闪器的问题

《雷规》规定金属板最小厚度的原因是为防止金属板遭雷击时熔化物滴落到易燃物品上而引发火灾。《雷规》的条文说明以彩钢板为例,说明了彩钢板的上层金属板遭雷击熔化穿孔,当夹层的物质为非易燃物时,其熔化物因夹层物质及下层金属板的阻挡而不会滴到易燃物上,不会引起夹层物质的燃烧。可见,满足《雷规》第5.2.7条第2款要求的金属材料也可以作为金属板下面有易燃物品时的接闪材料。设计人员通常认为金属板下面无易燃物是指整块金属板(包括上、下层金属板以及金属板之间的保温材料)下面无易燃物,而不是仅指上层金属板的下面无易燃物,同时由于条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考[7]。因此,设计人员只按《雷规》第5.2.7条第3款设计接闪器的材料规格,4 mm厚热镀锌钢板的重量可达31.6 kg/m2,不但增加了结构设计和施工建造的难度,而且造价高昂。

综上所述,彩钢板作为常用的建筑材料,其作为接闪器的详细规格要求宜在标准正文中规定,而不是在条文说明里仅供使用者理解和参考。因《雷规》第5.2.7条第3款中宜增加“当采用符合第5.2.7条第2款的双层彩钢板作为接闪器时,彩钢板夹心层应为高级阻燃类别的材料”。

5 结 语

(1) 独立接地体是有其存在意义的,因此《雷规》第4.3.4条和第4.4.4条中宜增加独立接地体的相关条文。

(2) 节日彩灯、航空障碍灯等配电线路应穿钢管的条文,其规定过于严苛,穿钢管敷设、屏蔽措施都不是必须的。因此,第4.5.4条第2款的条文中宜由“应穿钢管”修改为“宜采取屏蔽措施”。

(3) 电线悬挂在独立接闪器或非独立接闪器上,均易将闪电电涌引入室内,有可能危及人身安全。因此,《雷规》第4.5.8条的条文中宜删除“独立”两字。

(4) 作为常用的建筑材料,当彩钢板下有高级阻燃类别的夹芯材料或吊顶材料时,彩钢板可以作为其下有易燃物品时的接闪器材料,因此宜在《雷规》第5.2.7条第3款的条文中增加彩钢板的规格要求。

[1] 汝洪博,马金福,冯志伟,等.建筑物雷击次数等效截收面积计算方法[J].气象科技,2013,41(1):191-195.

[2] 陈军.间隔距离问题研究[J].建筑电气,2013,32(2):70-72.

[3] 王翔.对GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的探讨[J].现代建筑电气,2012,3(1):49-53.

[4] 邹越华,关象石.对《建筑物防雷设计规范》的理解[J].建筑电气,2013,32(3):8-16.

[5] 建筑物防雷设计规范:GB 50057—1994(2000年版)[S].

[6] 建筑物电子信息系统防雷技术规范:GB 50343—2012[S].

[7] 建筑物防雷设计规范:GB 50057—2010[S].

[8] 民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008[S].

[9] 建筑物防雷装置检测技术规范:GB/T 21431—2015[S].

[10] 建筑物防雷工程施工与质量验收规范:GB 50601—2010[S].

Discussion on Some Common Problems of Code for Design Protection of Structures Against Lightning

ZHU Kuirong

(Huzhou Weather Bureau, Huzhou 313000, China)

Since the introduction of GB 50057—2010,according to the current situation of lightning protection,this paper mainly summarized some ways to standardize some clauses.The content of independent grounding to relevant clauses of the second & third type lightning protection building should be added.The distribution lines of festival lanterns and aviation obstruction lights etc have no shielding measures.The hanging wires on non-independent flash device pillars are forbidden.The color steel plates are as flash devices for inflammable and explosive places.

independent grounding; safe distance; shielding; non-independent flash device

朱奎荣(1980—),男,工程师,从事雷电防护工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0001-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.001

2016-07-25