常用接闪带敷设方式性能分析

2018-07-31吴灵燕

现代建筑电气 2018年6期

吴灵燕

(福建省华云防雷装置检测中心, 福建福州 350001)

0 引言

日常所观察到的雷电现象往往是由于大气层中的各带电云层彼此之间或带电云层与大地之间互相的放电所导致的。目前,人们已经对雷电的形成和运作机理有了科学、系统的认识,并以这些理论为参考建立一系列实用的雷电防护措施,而预防雷电直击建筑物的有效措施之一是安装接闪带[1]。

建筑物安装接闪带能起到有效的雷电保护作用,但只有在接闪带位置设置正确,并且采用正确的敷设方式时才会将雷电快速分流,最大程度地避免受敷设建筑物遭直击雷[2]。目前,广泛采用的接闪带暗敷方式虽然节省建筑材料和较耐腐蚀,同时建筑物的外观设计也不会受到影响,但当目标建筑物接闪时雷电的直击会使得覆盖在暗敷接闪带上的混凝土层崩裂,造成局部防水层的破坏,高空坠下的混凝土块也极易伤人伤物[3]。

本文提出了3种增加接闪短杆的接闪带敷设方案,利用SES软件中的HIFREQ模块对其进行雷电作用模拟,验证所述接闪带敷设方式的优越性。

1 接闪带材料及规格

实际施工中常采用圆钢或者扁钢作为建筑物接闪带的制作材料,并且优先采用圆钢制作,所用圆钢的直径应该大于8 mm。采用扁钢作为接闪带材料时,其截面积应大于50 mm2,厚度应大于2.5 mm。按热稳定检验,需要的截面积是有限的。因此,接闪带的实际尺寸主要按接闪带材料的机械强度和耐腐蚀性来校核。

2 接闪带与引下线的防雷等电位联结

实际施工中一般将建筑物的混凝土柱包裹的钢筋作为引下线,即建筑物的防雷引下线在混凝土结构柱施工时一并埋设。当前建筑物高度一般都很高,内部钢筋较长,钢筋接续点也相应较多,故作为引下线的钢筋一般进行跨接焊接。当建筑物受到雷电直击作用时,接闪带接闪后电流通过引下线导入接地装置,使整个建筑物构成一个良好的等电位体,起到泄放雷电流的作用。

3 接闪带敷设方案分析

从以往的雷电直击事故资料可知,直击雷事故主要多发于建筑物的屋角、屋檐等部位,所以主要需要解决这些受雷电直击作用率较高部位的接闪。具体的施工要求就是在建筑物的屋角、屋檐等受雷电直击作用率较高的部位加装接闪短杆,当建筑物遭受雷电直击时,接闪短杆起到接闪作用,为雷电流提供入地的通道,避免雷电直击造成接闪带上覆盖的混凝土炸裂。

使用SES软件中的HIFREQ模块,模拟3种接闪带敷设方式在相同外加雷电流作用下标量电动势随距离的变化情况,得到模拟结果。

(1) 方案一。建立4个角落设置独立的接闪短杆模型,运行SES软件,模拟外加雷电流作用下接闪带标量电势随距离的变化情况。

4个角落设置独立的接闪短杆模型如图1所示。

图1 4个角落设置独立的接闪短杆模型

4个角落设置的独立接闪短杆的SES软件模拟结果如图2所示。

图2 4个角落设置的独立接闪短杆的SES软件模拟结果

(2) 方案二。将方案一中4个角落的接闪短杆进行连接,运行SES软件,模拟外加雷电流作用下接闪带标量电势随距离的变化情况。

4个角落的接闪短杆连接的模型如图3所示。

4个角落的接闪短杆连接的SES软件模拟结果如图4所示。

图4 4个角落的接闪短杆连接的SES软件模拟结果

(3) 方案三。在方案二的基础下,在4个角落的4个接闪短杆之间设置支持卡,运行SES软件,模拟外加雷电流作用下接闪带标量电势随距离的变化情况。

4个角落的4个接闪短杆之间设置支持卡的模型如图5所示。

图5 4个角落的4个接闪短杆之间设置支持卡的模型

4个角落的4个接闪短杆之间设置支持卡的SES软件模拟结果如图6所示。

由HIFREQ模块的仿真结果可见,方案二和方案三图像中都存在震荡现象;方案一的标量电势最高,防雷能力最差;方案三的标量电势最低,防雷能力最强;电动势持续作用时间T1>T2>T3,即采用方案三雷电对建筑物的持续伤害更小。由以上模拟结果可以得到,目前规范要求下的接闪带闭合敷设方式能够有效降低雷电作用产生的最高电势,并且同时能够缩短雷电流对建筑物的作用时间,从而大大减弱雷电对建筑物的直击破坏。

图6 4个角落的4个接闪短杆之间设置支持卡的SES软件模拟结果

4 接闪带的防腐蚀

接闪带受外部自然条件影响,腐蚀后电阻率、机械强度、外形结构等接闪参数都将发生变化,导致泄放雷电流时局部产生高温、高压等恶性情况,直接加速接闪带的损坏,从而对建筑物产生危害,对其内外人员的安全造成威胁,造成直接经济损失。所以,接闪带的防腐蚀工作是建筑物后期安全保养的重要一环。

建筑物接闪带的腐蚀程度主要与建筑物所处的地理环境、地质条件等自然因素相关,也不排除施工中的人为因素影响。不同地区、不同气候、不同环境的接闪带腐蚀速度不相同,因此定期检测是确认接闪带对所处环境的承受能力的最有效措施。适用于接闪带维护的金属防腐蚀方法主要有涂层保护法和阴极保护法两种。关于金属腐蚀维护,对外设接闪短杆的维护远比敷设在整个屋面下接闪带的维护要容易得多,这可以从GB 50057—2010 附录B 中找到相关的依据。