临时用房的雷电防护探讨

陈宏，秦健，林涛

(重庆市防雷中心重庆401147)

临时用房的雷电防护探讨

陈宏，秦健，林涛

(重庆市防雷中心重庆401147)

随着社会经济的快速发展、自然灾害的频繁发生等因素，需要搭建的各种临时用房越来越多。但由于临时用房不是永久性的建筑，使用时间有限，由于建设工期紧迫以及建设单位节约建造成本等原因，使其很多方面都不完善，其中的防雷设施往往容易被忽略。临时用房常常搭建在空旷的野外或近水的河边，处于易被雷击的区域。因此，本文针对临时用房的直击雷和雷电波侵入防护进行了探讨，希望能对临时用房的雷电防护起到积极的作用。

临时用房；雷电防护

1 引言

全球气象灾害频繁发生，严重地威胁着人类赖以生存的粮食、水和生态环境。我国地处东亚季风区，其特殊的地理位置、特定的地形地貌和气候特征，是世界上主要的“气候脆弱区”之一，致使我国气象灾害的种类之多，属世界少见。我国的气象灾害大致可分为7大类20余种。世界高纬、中纬和低纬度，内陆和沿海各国发生的气象灾害，我国均有可能发生，别国没有的，我国也存在。据统计，中国每年因气象灾害造成的直接经济损失均超过1000亿元，1998年更高达3000亿元[1]。

雷电灾害属于气象灾害范畴，但又有别于暴雨、大雾、冰雹等其它气象灾害。我国地处温带和亚热带地区，雷暴活动比较频繁。青藏高原东部、西北地区东部部分地区、长江中下游以南地区、西南地区东部和南部为雷暴高发区，雷暴发生最频繁的区域是云贵高原和四川盆地等山区。据2003～2006年的资料统计，我国平均每年因雷电灾害造成的死亡人数达537人，仅次于暴雨洪涝灾害造成的人员死亡[2]。重庆作为全国多雷暴地区之一，每年的雷暴日多达51天。雷电灾害给全市人民的生命财产安全和经济建设的顺利进行造成了较大的影响。据不完全统计，雷电每年造成重庆上千万元经济损失和数十人伤亡。近年来，临时用房雷电灾害事故时有发生。例如，2007年4月1日晚7时，重庆忠垫高速公路施工工棚发生雷击人员伤亡事故，造成5人死亡，5人受伤。2006年6月22日，重庆开县竹溪镇某水库一工棚被雷击，造成6人受伤[3]。

重庆直辖以来，特别是重庆市被确立为西部地区的重要增长极、长江上游地区的经济中心和城乡统筹发展的直辖市以来，经济社会发展迅速，各行业现代化水平的不断提高，使需要雷电防护的对象逐渐增加。如今年7月18日举行的重庆市两江新区工业开发区开工暨授牌仪式，需要保障主席台、来宾休息区等临时重点场所的防雷安全。另外，受到全球气候变暖趋势的影响，气象灾害越来越频繁，产生的后果特别是次生灾害越来越严重，灾害发生后大量救援人员、物资进入灾区，大量灾民的安置，都需要靠搭建数量众多的临时安置房、临时帐篷来解决。如今年8月7日，甘肃甘南藏族自治州舟曲县发生特大泥石流，有其自身地质构造的原因，但7日晚舟曲县城东北部山区持续40多分钟，降雨量多达90mm的特大暴雨，直接造成了特大山洪地质灾害的发生。在短暂的时间里，大量受灾人员的安置和救援人员、物资都需要靠临时用房来解决。临时用房的不断出现及其雷电灾害事故的不断发生，使得对它们的雷电防护变得越来越紧迫和重要。

2 雷电危害特点

雷电灾害是我国最严重的自然灾害之一。从近30年的雷电灾害造成的经济损失和人员伤亡事故分析表明，具有发生频次多、范围广、危害严重、社会影响大的特点。雷电灾害已经被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”，被国际电工委员会称为“电子时代的一大公害”。

当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现特点与以往有很大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、通信、电子行业、石油化工等。（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场以三维空间形式入侵到任何角落，造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，现在是指雷电灾害的空间范围扩大了。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响难以估计。（4）产生上述特点的根本原因是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件耐压能力差，极易造成微电子元件的损坏。

3 雷电危害分类

雷电的破坏作用主要是由雷电流引起的，雷电造成的危害可以分为两类：直接雷击灾害和雷电感应灾害。

3.1 直接雷击灾害

直接雷击灾害是指雷电直接击中人体、建（构）筑物、设备、牲畜、树木等，并对他们造成直接的损害，是雷暴云对大地某点发生的强烈放电。

雷电放电具有电压高、电流幅值大，变化快，放电时间短，雷电电流波形陡度大等特点。直接雷击的破坏作用在于强大的电流和超高电压。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。雷击放电的电量大约为25～100C。据此估算，雷击点的发热量大约500～2000J。雷电流的高温热效应将灼烧人体，引起建筑物燃烧，使设备部件熔化。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力。该机械力可以达到5000～6000N，因而可使人体组织、建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏以及设备毁坏等。雷电流产生的局部高温还可以引起森林火灾等。

3.2 间接雷击灾害[4]

一次对地雷击，由于是脉冲放电，占有很宽频带的强脉冲电流通过主通道。同时，这个强电流脉冲还必然会产生其他一些电磁效应，除了静电、磁感应效应外，还有传导效应（如人地电流引起的电位差产生的电流）以及因电荷的加速度造成的电磁辐射。在距主放电通道远处，辐射场将起主导作用。产生这种电磁脉冲场辐射的落地雷，它会产生传导型电流、感应电压及放电、感应电流等。这些电磁现象作用在电气系统上有可能造成永久性破坏或搅乱正常工作。雷击间接伤害在于能使环形导体被感应产生出火花放电，导致在易燃易爆环境中引发灾难，而且涉及的电力系统本身因其受破坏还会引起大得多的能量的介入（如电源短路），导致更大的灾难。虽然间接雷电的能量远小于直接雷害，但它可以波及雷电源区外几千米甚至更远的地方。所以，间接雷害的范围远大于直接雷害。

4 雷电防护措施

由于临时用房的修建具有临时性和不确定性，因此，除了常规的防雷装置设计、安装外，还需要注意临时用房的选址，通过主动与被动的雷电防御措施来减少和避免临时用房的雷电灾害事故。

4.1 选址原则

雷电灾害作为自然灾害的一种，有着明显的地域性和季节性，闪电极易对地面突出物的电阻率较低的地方放电，对临时用房的人员、物资及建筑本身造成直接损害。临时用房的搭建一般会受地理位置条件的限制，在条件允许的情况下，应考虑当地的地理、地质、水文、生态环境等条件，同时要参考当地的雷电活动分布情况，尽量避开易遭雷击的地点。

下面列举的地理位置比较容易遭受雷击，应该加以避免：（1）避开风口和顺风的河谷及迎风坡，因为当雷暴路径与风向一致时，这些地方落雷几率较高。（2）避开地下金属矿藏以及地下出水口处，因为这些区域与周围的大片土壤电阻率相对比局部电阻率较小，是雷电流对地泄放的首选位置。（3）远离通信、电力、高大高耸铁塔和树木等附近。由于高耸的铁塔和树木是雷击的重点目标，其接闪过程中产生的强大的电磁脉冲将对建筑物内的人和电气设备造成危害。（4）避开土壤电阻率突变和水气容易抬升之处。如岩石与土壤，山坡与稻田的交界处，陆地和河流、湖泊的交界处易遭受雷击。（5）避开岩石山的山脚，土山的山顶。如果临时用房成为某个区域的高点，也很容易被雷电直接击中，因此不要选择地势较高的地方。

4.2 技术措施

临时用房应安装防直击雷装置，临时医院、学校、公共食堂等重要公共服务设施所使用的应急临时安置房，除安装防直击雷外，还应安装防雷电波侵入装置。

4.2.1 直击雷防护

直击雷防护装置由三个基本部分组成：位于临时用房屋面较高位置或附近的接闪器、接闪器接闪后雷电流泄流和散流的引下线和接地装置。

（1）接闪器

临时用房多为金属结构和救灾用的各种材质的帐篷、活动板房等。因此，为避免接闪器接闪后对被保护对象造成闪络、跨步电压等伤害。临时用房宜装设独立避雷针或架空避雷线并使其处于接闪器的保护范围内。避雷针、架空避雷线的保护范围按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057）中规定的滚球法进行计算，滚球半径hr取60m，独立避雷针、架空避雷线至应急临时用房的间隔距离应不小于3m。

避雷针宜采用热镀锌圆钢或钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m以下的圆钢为12mm，钢管为20mm；针长1～2m：圆钢为16mm；钢管为25mm。架空避雷线宜采用截面不小于35mm2热镀锌钢绞线或铜绞线[5]。避雷针的接闪端宜做成半球状，其弯曲半径为4.8mm～12.7mm。

当利用活动板房的钢结构作为防直击雷装置时，屋顶彩色涂层钢板厚度应不小于0.5mm，保温芯材为不可燃材料，或者保温芯材下面还有材料为阻燃的隔板。屋顶彩钢板与钢结构形成可靠电气连接，每块彩色涂层钢板至少有4颗螺栓与钢结构连接。活动板房必须是轻型钢结构装配式房屋，所有钢构件之间通过焊接或螺栓连接。房顶电灯应尽量高挂，灯、电器、电源线等与人的距离宜大于1m，电源线应穿塑料管绝缘。

（2）引下线

独立避雷针的针塔、架空避雷线的端部应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的针塔、支柱，宜利用其作为引下线。

独立避雷针和架空避雷线的引下线应设在行人不易触摸的地方，至临时用房的金属构件及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔距离不得小于2m；小于2m时，应在地面至地面上3m间采取绝缘措施，使其具有100kv、1.2/50 (μs)的冲击耐受电压。

用活动板房的钢结构作为防直击雷装置时，可利用钢结构柱作为引下线，每幢活动板房的钢结构柱不应少于4根。此外，还应做好相应的防护措施：设置障碍或张贴警示标志，减少人员接近的概率或接近引下线的时间；将暴露的引下线进行绝缘，使其具有100kv、1.2/50(μs)的冲击耐受电压。

（3）接地装置

独立避雷针、架空避雷线应有独立的接地装置，每一引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω。埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢，人工钢质垂直接地体的长度宜为2.5 m，其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5 m，当受地方限制时可适当减小；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于1 m，其距应急临时安置房的墙或基础不宜小于1 m。

用活动板房的钢结构作为防直击雷装置时，活动板房底部的地梁应构成可靠电气连接的闭合环。可利用固定活动板房的地锚、打入地下的角钢、圆钢和地脚螺栓等作为接地体，接地体冲击接地电阻应不大于30Ω，否则应增加人工接地体，使冲击接地电阻达到要求。

当接地装置在高土壤电阻率的场地时，应采取下列措施之一降低冲击接地电阻：采用多支线外引接地装置、接地体埋于较深的低电阻率土壤中、换土、采用降阻剂。

4.2.2 雷电波侵入防护

（1）应急临时用房金属结构件应尽可能接地，可充分利用固定活动板房、帐篷的金属件作为接地体，其接地电阻不作要求。但与防雷电波侵入装置的接地共用时，其冲击接地电阻应不大于30Ω。

（2）进入临时用房的低压配电线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在进入临时用房处应将电缆的金属外皮、钢管接到等电位连接带或防雷电波侵入的接地装置上；在临时用房的总配电箱内应装设电涌保护器。

进入临时用房的低压配电线路采用电缆有困难时，可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线，但应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m：在电缆与架空线连接处，应装设户外型电涌保护器。电涌保护器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30Ω。电涌保护器应选用Ⅰ级试验产品，其Up应不大于2.5kV，每台电涌保护器Iimp应不小于10kA；若无户外型电涌保护器，可选用户内型电涌保护器，但其使用温度应满足安装处的环境温度要求并应安装在IP54型箱内。电涌保护器的Uc值和接线形式符合GB50057的规定；连接电涌保护器的导线应采用多股铜芯线，截面积应大于16mm2。

（3）临时用房内的低压供电线路宜采用金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地敷设；当采用架空线路时，其架空线路应在接闪器保护范围内；如果架空低压供电线路超过200m，应在距离总配电箱200m外的分配电箱内装设第二级电涌保护器。电涌保护器的Uc值和接线形式按相关规范的规定确定；连接电涌保护器的导线应采用多股铜芯线，截面积应大于10mm2。

（4）临时用房内的电话、网络和电视等室外线路宜全线采用有屏蔽层的电缆埋地敷设，其两端的屏蔽层、加强钢线、钢管等应等电位连接到入户处的终端箱体上。当通信线路采用架空线时，应使用一段护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m。在电缆与架空线连接处，应装设户外型电涌保护器。电涌保护器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30Ω。

5 结论

本文针对临时用房的特点，提出了直击雷、雷电波侵入的防护措施，在设计、安装临时用房的防雷设施时，应以安全可靠、经济合理为原则。此外，还应将雷电监测、雷电预警预报、雷电灾害预警信息发布与应急处理、雷电防护科普知识宣传等非工程性措施引入临时用房建设和使用，力争通过多方面的防护措施以最大限度地减少雷电灾害事故的发生。

[1]王春乙，王石立，霍治国，等.近10年来中国主要农业气象灾害监测预警与评估技术研究进展[J].气象学报，2005年，63（5）.

[2]国家气候中心.1987-2006年全国气候影响评价[M].北京.气象出版社，2007.

[3]李家启，李良福，覃彬全，等.雷电灾害典型案例分析[M].北京:气象出版社，2007.

[4]梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社，2006年.

[5]建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社，2000年.

责任编辑：余咏梅

止水对拉螺栓焊接工艺的改进

防水工程上使用的止水对拉螺栓的传统制作方法是，把止水环套在螺杆上，待连接地线后，先焊止水环，再焊限位钢筋。一次只能焊接一根。我们利用工地上的短钢筋焊制，操作工人不用挪动位置。一次可焊接止水对拉螺栓10～15根，具体作法如下：

用直径12mm钢筋制成模具架子，在架子的横杆上，用直径6mm钢筋焊成U形卡状。架子的宽度应根据墙体厚度确定，然后，用白粉笔在螺杆上画出止水环和限位钢筋的位置。最后把需要焊接的止水螺栓放在U形卡上，连接地线后即可进行焊接。为防止焊渣溅到螺纹上，操作中需注意不要使止水对拉螺栓的螺纹直接和U形卡接触。还可在架子上部弯头钢筋位置上盖一块废旧模板，也能起到保护螺纹的作用。

（摘自：《建筑工人》）

Prevention of Thunder and Lightning against Contemporary Houses

Natural disasters occur together with the rapid development of social economy,lots of contemporary houses are needed to be established.Nevertheless,many contemporary houses are meant for a short term usage,and therefore are not perfectly built,so that the lightning protection facilities are frequently neglected.What's more,these kinds of houses are usually set up in the open or near a river bank,as a result,they are vulnerable to thunder and lightning strikes.To solve this problem,this essay discusses the prevention and protection of the contemporary houses against the thunder evasion or thunder electric wave,so as to contribute to the prevention of thunder and lightning.

fabricated housing;the prevention and protection of thunder and lightning

TU895

A

1671-9107（2010）12-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.12.033

2010-9-9

陈宏（1977-），男，硕士，高级工程师，主要从事建筑物及信息系统防雷技术的研究与应用。