浅谈民用建筑防雷设计

张晓 韩国梁 高逢禹

摘要:由于我国经济的不断发展,我国的城市化进程也在不断的加快,城市人口也在不断的增加，就使得城市中的民用建筑工程也在不断的增多,这就使得城市建筑的密度大大的增加，使得城市建筑遭受雷击的概率也在增大,雷击不仅会对民用建筑中的电气造成威胁,同时还会破坏线路运行,因此如何有效预防民用建筑被雷击，已经成为众多建筑企业和相关的研究者重点关注的话题。本文对民用建筑电气防雷设计的必要性及雷电的形成与危害进行了详细阐述,重点研究了民用建筑电气防雷设计的有效策略。

关键词：建筑； 防雷； 设计；

中图分类号：TS958文献标识码： A

引言

在现代民用建筑的施工过程中，防雷的设计对于建筑中的电气设备的安全及运行是十分重要的。如果在建筑的设计中没有进行合理的防雷设计，那么一旦建筑遭受雷电状况，不论是直击还是闪电电涌侵入都有可能会造成民用建筑中电气设备不能进行正常的工作，降低民用建筑电气设备的可靠性，对民用建筑物的安全及外观的质量产生严重的影响。甚至可能会损坏建筑中电气的设备部件，严重着可以导致设备的瘫痪并威胁工作人员的安全。

一、雷电的产生与危害

在自然界中，雷电是一种比较常见的放电现象，因为气候的变化，大气中的饱和水蒸气会产生下降以及上升的现象，产生猛烈的碰撞和摩擦现象，水蒸气凝结成的水滴就被压分解成带有正负电荷的小水滴，大量的水滴聚积成带有不同电荷的雷云。随着电荷的积聚，雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块雷云接近到一定程度时，其间的空气绝缘被击穿，引起两块雷云间的击穿放电；当带电荷的云块接近地面时，由于静电感应，使大地感应出与雷云极性相反的电荷。当雷云中电荷积聚到足够数量时，电场强度达到足以使空气绝缘破坏时，空气开始游离，就会发生强烈地放电现象。雷电的种类主要有以下几种：直击雷、感应雷击、球雷、雷电波侵入。

1、雷电的危害是多方面的

（1）雷电的静电效应危害：当雷云对地面放电时，在雷击点主放电过程中，雷击点附近的建筑物上，由于静电感应产生静电感应过电压，过电压幅值可达几十万伏，使电气设备绝缘击穿，引起火灾或爆炸，造成建筑物损坏、人身伤亡。

（2）雷电的热效应危害：雷电流过导体时，由于雷电电流很大，数值可达几十至几百千安，在极短的时间内使导体温度达几万度，可使金属熔化，周围易燃物品起火燃烧。烧毁电气设备、烧断导线、烧伤人员、引起火灾。

（3）雷电的机械效应危害：强大的雷电流通过被击物时，被击物缝隙中的水分急剧受热气化，体积膨胀，使被击物遭受机械破坏、击毁杆塔、建筑物，劈裂电力线路的电杆和横担等。

（4）雷电的电位危害：当雷电流引入大地时，在引入地面上产生很高的冲击电位，人在其周围时，可能遭受冲击接触电压和冲击跨步电压而造成电击伤害。

（5）雷电的反击危害：当接闪杆、接闪带、构架、建筑物等在遭受雷击时，雷电流通过以上物体及接地装置泄入大地，由于以上物体及接地装置具有电阻，在其上产生很高的冲击电位。当附近有人或其他物体时，可能对人或物体放电，这种放电称为反击。雷击架空线路或空中金属管道时，雷电波可能沿以上物体侵入室内，对人身及设备放电，造成反击。反击对设备和人身都构成危险。

2、防雷系统的必要性

随着经济社会的快速发展，雷电灾害已从传统的建筑、电力系统扩展到各行各业，城市高层建筑、成片住宅小区、管网交错的工业园区，雷电灾害造成的直接、间接经济损失也比以往更大。2001~2011年累计死亡39人，伤31人，直接经济损失1050.54万元，间接经济损失1321.7万元。近日，在城区一些小区调查发现，很多住宅小区防雷设施存在隐患，防雷安全工作令人担忧。雷阵雨时，闪电的温度高达6000~10000℃。民用建筑如果不注意防雷，雷电造成的危害将会非常严重。防雷设施隐患随处可见，有的楼房顶部用钢筋构筑的接闪带已经断开，有的锈蚀、支架脱落，有的在接闪用的钢筋支架上附着入户的网线、电话线等金属线缆，有的业主还在楼顶自行盖起棚房。最为常见的是，不少小区的楼顶架设着太阳能集热器和天线，很容易造成雷击危险。接闪杆通过引下线和接地装置与大地相连，可以把雷电流泄放到大地，保护建筑物。但是，如果存在接闪杆不合格、引下线锈断、接地电阻超标等问题，接闪杆不仅难保建筑物，反而会成为“引雷烧身”的祸端，因此建筑物要定期检测。现在很多建筑接闪装置多设置于楼顶，由于长年暴露在外，风雨剥蚀、自然老化等因素，多数已停止工作，成为摆设，失去了防雷意义。很多人认为，在室内，只要建筑物上安装了接闪杆就万事大吉了，其实不然。雷电来临时，躲到室内是比较安全的，但这也只是相对室外而言。在室内除了会遭受直击雷侵袭外，雷击电磁脉冲也会通过引入室内的电源线、信号线、无线天线的馈线等通道，进入到室内。所以在室内如果不注意采取措施，也可能遭受雷电的袭击。

二、民用建筑防雷接地设计要点

1、在民用建筑防雷地接设计中主要包括。

（1）防雷装置：包括外部雷电防护装置和内部雷电防护装置。其中内部雷电防护装置又可分为等电位连接系统、合理布线系统、屏蔽系统、电涌保护器等几个部分。

（2）避雷引下线：避雷引下线是将避雷针接受的雷电流引向地下装置的导线体。

（3）等电位连接：是指用电涌保护器或等电位连接导体将分离的导电物体与装置相连，其目的是防止雷电流在两者之间作用产生电位差。

（4）防雷击电磁脉冲：雷击电磁脉冲是一种由干扰源的直接雷击和附近的间接雷击而引起的电磁效应，设计时应将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个接地系统，并应在需要之处预埋等电位连接板。

2、确定民用建筑物的防雷等级

建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷的要求分为一、二、三类防雷建筑物。一般的民用建筑，其防雷按规定划分为第二类和第三类防雷等级。

3、确定保护范围

在防雷装置中，只对接闪杆和接闪线确定其空间保护范围，接闪杆、接闪线的保护范围与布局形式和高度有关。接闪杆、接闪线的布局形式取决于被保护物的结构尺寸（高度和面积），通常有单支、双支、三支等高、双支不等高接闪杆和单根、两根平行等高、两根平行不等高接闪线等布局形式。

4、合理的构造措施

（1）接闪器和引下线

接闪器在一般情况下多数采用接闪杆、接闪网、接闪带。有时在大面积需要保护情况下，可以采用接闪线保护。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》滚球法作图来验证受保护的建筑物是否得到无空隙的保护。另外，不同的防雷类别其引下线及网格的距离不相同。住宅小区二类防雷建筑物的接闪网格不大于10mx10m或12mx8m，其引下线间距沿周长计算不应大于18m。住宅小区三类防雷建筑物的接闪网格不大于20mx20m或24mx16m，其引下线间距沿周长计算不应大于25m。

（2）等电位连接

所有与建筑物组合一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并应与防雷装置相边。等电位连接的目的就是消除电位差，因此，所有引入室内的金属管道、电缆屏蔽层在各个不同的防雷区间之间均应作等到电位处理，另外，室外凡互相跨越或平行敷设的金属管道，如果其间距少于100mm规定的间距，也应用金属线互相跨接起来，采取等电位的处理方法避免反击。室内电子设备的等到电位的连接方式应采用一点式方法接地，而不应互相串联连接接地，以免引起干扰现象。

（3）设备屏蔽的处理

屏蔽的作用是防止雷电感应对电子设备和干扰，根据不同的对象，屏蔽分有房屋屏蔽、管线屏蔽和设备屏蔽三种。屏蔽的效果与材料的导磁率有关，与材料的厚度尺寸有关；与网孔的大小尺寸有关。网孔越少，材料越厚，材料的导磁率越好则屏蔽的效果越好。因此，在房屋屏蔽上最好采用无间隙屏蔽，这时屏蔽效果最好。如果达不到全屏蔽的止的，则所采用的金属材料网孔越密越好。第二种管线的屏蔽，整段管线应金属连接良好，不应有空隙产生漏磁现象。另外，头尾两端都应良好接地，如果距离太长，中间也要接地一次。电子设备的屏蔽应将设备的金属外壳采用一点的接地方式接地，如果体积过大，应有两点接地。接地的线径应大于6mm2为宜。

结束语

综上所述，雷电对民用建筑的损害是多方面及多途径的，所以民用建筑物的防雷设计是一项十分重要的民生工作，由于对于建筑电气防雷设计一般是比较复杂且综合的，对民用建筑物中电气设备的正常使用和运行有着十分重要的作用，这就要求相关的设计单位要在防雷保护设计中要结合实际的情况综合的考虑，才可以获得良好的防雷效果。

参考文献

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