关于建筑电气设计中的防雷技术探讨

刘文佳 杨星星

【摘要】防雷建筑物应采取防直击雷、防侧击和防雷电波侵入的措施，通常由接闪器、引下线和接地装置组成的外部防雷系统。但外部防雷系统也有其局限性，雷电电涌可通过室外架空线、电缆线路入侵建筑物内的设备，造成设备毁坏，同时建筑物内部开关操作时出现的过电压亦可造成设备的损伤，这些都是外部防雷系统无法保护的。本文对建筑电气设计中的防雷技术进行了探讨。

【关键词】建筑物防雷；雷电；整体防护

0引言

雷电对建筑物的危害是多方面的，具有非常大的破坏性，所以，应该在建筑物上设置周密的防护措施来防反雷电的危害。设计防雷装置时，应该针对建筑物内各种电气设备的安装位置、综合布线等因素对雷电进行防反，从而大大降低雷电对建筑物的危害。随着智能化技术的逐渐发展及智能建筑在我国的不断普及，智能建筑的防雷技术也将不断得到完善。

1雷电的产生以及防护措施

1.1雷电的形成

雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正電荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。雷电流可达几十万安，其能量巨大，可损坏建筑物，中断通信，危害人身安全。

雷过电压分为两种：直击雷过电压及雷电感应过电压。（1）直击雷过电压（传导过电压）。架空线路直接遭受雷击后，高压冲击波形成的过电压沿线路传播损坏设备称为传导过电压，传导过电压会导致设备与大地间的绝缘损坏。（2）雷电感应过电压。由于雷电是高频脉冲电流，持续时间不超过100μs，雷击点附近的线路由于电磁感应会产生脉冲浪涌。脉冲浪涌通过线路侵入设备系统，会造成设备失灵或永久性损坏。此外，雷电流流入大地时，由于存在散流电阻，该区域不同地点会有不同的电位，即使在很短的距离内也会产生电位差，在低压配电装置中也会产生过电压。

1.2直击雷的防护

直击雷的防护主要是依照国际电工委员会IEC1312_1～3《雷电电磁脉冲的防护》、《电子计算机机房设计规范》、《电子设备雷击导则》、《建筑物防雷设计规范》等。避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或者金属物件等都是经常被采用的作为接闪器的材料，他们的作用是将雷电流接收，并通过作引下线的金属导体导引到埋在大地起散流作用的接地装置再散发入地。

1.3感应雷的防护

（1）电源防雷。依照房屋结构要求，应该对配电系统电源采用一体化防雷措施，由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。（2）信号系统防雷。和电源防雷相类似，通讯网络主要通过设置避雷器来进行防护。目前，计算机远程联网常采用的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等，通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。通常根据通讯线路的类型、通讯频带、线路电平等选择通讯避雷器，将通讯避雷器串联在通讯线路上。（3）等电位联接。等电位联接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。为防止雷电反击，将机房内的主机金属外壳、UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间的尽量附加多次相互连接。

1.4防范雷电侵入波

低电压线路也可能成为雷电侵入波进入室内的导体，为了防止这一点，最好采用地下电缆为低压线路供电，在入户端应将电缆的金属外表面及金属线槽等与地面相连。采用架空线供电时，在进户外装设一组低压阀型避雷器或2～3mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚一起接地。接地装置可以与电气设备的接地装置并用。接地电阻不得大于5～30Ω。阀型避雷器装在被保护物的引人端。其上端接在线路上，下端接地。正常时，避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响系统的运行，当因雷击，有高压冲击波沿线路袭来时，避雷器间隙击穿而接地，从而强行切断冲击波，这时进入被保护物的电压仅是雷电流通过避雷器及其引线和接地装置产生的残压。

雷电流通过以后避雷器间隙又恢复绝缘状态，以便系统正常运行。（1）对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外支、钢管等与电气设备接地相连。当电缆转换为架空线时，应在转换处装设避雷器；避雷器、电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于10Ω。（2）对低压架空进出线，应在进出处设置避雷器与绝缘子铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地装置上，当多回路架空进出线时，可仅在母线或总配电箱处装设一组避雷器或其它型式的过电压保护器，但绝缘子铁脚、金具仍应接到接地装置上。（3）进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上，其冲击接地阻不宜大于10Ω。通过大量的工作实例证明，其接地电阻测量值均在4Ω左右，完全满足住宅建筑防雷设计及《规范》的要求。技术上，达到规范、标准、可行；经济上，实用、美观、大方；同时防雷效果也十分理想。

2建筑物防雷设施

建筑物的防雷体现在防雷的整体性上。在设计和安装建筑物防雷设施时，要对内部防雷装置和外部防雷装置做整体的统一的考虑。整体观念在建筑物外部的体现形式是：对一个院落、一个小区以及附近的环境来说，要做出全面的防雷规划，同时还不能违反小区规划的要求。比如说：所安装的避雷针杆塔是否会对小区的美化造成影响，所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置所保护等等。与此同时，接地装置也要列入统一考虑和部署的范围。所以说建筑物的防雷设计和安装应将外部和内部的防雷设施以及建筑物外的环境甚至于全小区的防雷装置做出整体统一的考虑。

建筑物的防雷装置，通常包括三个组成部分：（1）接闪器：接闪器也叫做受雷装置，是接受雷电流的金属导体，即通常所指的避雷针、避雷带或避雷网。当避雷针由于受到建筑物美观要求的限制而不被允许时，可采用避雷带或避雷网。利用直接敷设在屋顶和房屋突出部分的金属条（圆钢或扁钢）作为接闪器。（2）引下线：即所谓的引流器，它作为导体将雷电流引导到接地装置上。一般敷设在外墙面或暗敷设于混凝土柱子内。③接地装置：接地装置是埋在地下的接地导体（即水平连接线）和垂直打入地内的接地体的总称。它起到把雷电流疏散到大地当中的作用。

3结语

由于雷击而造成建筑物内电气设备损坏的事件在我国每年都有发生，造成了非常严重的损失。因此，建筑物的防雷措施就显得尤为重要。所以，了解雷电的规律，掌握正确的预防措施和方法是十分必要的。

参考文献：

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