第4章建筑物的防雷措施

第四章建筑物的防雷保护第一节划分建筑物防雷分类的基本原则建筑物的防雷分类是为防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理，在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求详细研究防雷装置的形式及其布置，将建筑物分为三类。第二节防雷建筑物分类第一类防雷建筑物凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物以及具有炸危险环境、因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大破坏和人身伤亡的严重后果。第二类防雷建筑物：1、国家级重点文物保护的建筑物。2、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级挡案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。3、国家级计算中心、国家通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。1-3重点考虑建筑物的重要性和雷击后可能造成的后果。4、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。5、具有爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。6、工业企业内有爆炸危险的的露天钢质封闭气罐。在这里也提到了制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物；具有爆炸危险环境的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，属爆炸危险环境，划为第二类防雷建筑物；但当置在地下或半地下时，其泵房又是大型石油化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑物。7、预计雷击次数大于0.06次/a的部省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。8、预计雷击次数大于0.3次/a的住宅\办公楼等一般性民用建筑物。7-8重点考虑发生雷电事故的可能性和后果，即雷击发生越多，产生的后果越严重。第三类防雷建筑物：1、省级重点文物保护的建筑物、省级挡案馆。2、预计雷击次数大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。3、预计雷击次数大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅\办公楼等一般性民用建筑物.4、预计雷击次数大于或等于0.6次/a的一般性工业建筑物。5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的火灾危险环境。6、在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于15d/a的地区，高度在20m以上的烟囱、水塔等孤立的高建筑。第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据预计雷击次数划分防雷建筑物的类别，那么预计雷击次数又是如何得到的？要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防雷装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏危险度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概率）减小到小于或等于最大损坏危险度Rc值（即R≤Rc）。取每年Rc=10-5，即每年十万分之一的损坏概率。基于建筑物年预计雷击次数（N）和防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（P），对于时间周期t=1年，有R=NP（4.1）P=Pi·Pid+Pf·Pfd（4.2）式中Pi—防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率（也用Ei表示），其值与接闪器的布置有关；Pf—闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑物的概率，也即防雷装置截收雷击失败的概率，等于（1-Pi）或（1-Ei）；Pid—防雷装置截收雷击后所选用的各种尺寸和规格保护失败而发生损坏的概率；Pfd—防雷装置没有截收而发生损坏的概率。出现引发损坏事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率有关，在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑物的特点、存放和用途。为简化起见，假定：1、在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类损坏采用相同的值，用共同概率Pr代替；2、没有截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定的，损坏的出现与可能被损坏的周围物体的出现是同时发生的，因此，Pfd=Pr；3、被截到的雷击引发的损坏的总概率只与防雷装置的尺寸效率Es有关，并假定（1-Es）。Es规定为这样一个综合概率，即被截收的雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害，Es与用来确定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关。将Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，Pid用Pr（1-Es），代入（4.2）式，此外，引入一个附加系数Wr，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，Wr值越大。因此（4.2）式转化为：P=PrWr（1-EiEs）（4.3）概率Pr应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程度，它取决于建筑物的结构、用途、存放物或设备。=Ei·Es（4.4）或Ei·Es为防雷装置的效率。从（4.1），（4.3），（4.4）式得：1rrRNPW（）（4.5）1rrRNPW如果R值采用可接受的最大损坏危险度Rc=10-5，并使510ccrrrrRNPWPW式中Nc—建筑物可接受的年允许遭雷击次数。因此，防雷装置所需要的效率应符合下式：1cNN（4.6）（4.7）（4.8）第三类防雷建筑物所装设的防雷装置EiEs=Ei·Es0.850.950.80Ei和Es值根据IEC-T81的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值如下表根据验算和对比，一般建筑物和公共建筑物所采用的PW值如下表：建筑物PrWr型式特点一般建筑物正常危害1.6·10-46·10-2公共建筑物重大危害（引起惊慌、重大损失）8·10-41.2·10-2510crrNPWPrWr值由上面可以看到防雷装置所需要的效率是与建筑物可接受的年允许遭雷击次数Nc及建筑物年预计雷击次数（N）有关，根据上表中给出的数值看看规范中划分第二和第三类建筑物的预计年雷击次数是如何得到的。对公共建筑物：（部、省级场所，人密集……）=0.8NC=1.2·10-2代入（4.8）0.8≥1-（1.2·10-2）/N）N≤0.06（次/a）只有N≤0.06（次/a）才能保护Rc值不大于10-5，从而才能保证防护的效率。若N0.06，Rc大于10-5，再采用第三类建筑物的防护就达不到应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。同理，对一般建筑物，可算出N≤0.3Rc值不大于10-5N0.3Rc大于10-5升二类没有防雷装置时，=0对公共建筑物：（部、省级场所，人密集……）N≤0.012可不设防雷装置N≥0.012要设防雷装置对一般建筑物，可算出N≤0.06可不设防雷装置N≥0.06要设防雷装置第三节建筑物的防雷保护一.一般规定（原则）各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。第一类防雷建筑物和具有爆炸危险环境但不致遭成巨大破坏的建筑物的第二类防雷建筑物应采取防雷电感应的措施。装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接。二.避雷针、线、网、带和它们的保护范围作为防地面物体免受直接雷击的设备是避雷针和避雷线，在防雷保护中已被长期普遍使用。避雷针和避雷线均为金属体，安装在比被保护物体高的位置上，从工作原理来看，两者具有相同的保护功能，即吸引雷电。1．避雷针与避雷线（1）避雷针属于结构最简单的防雷装置，由接闪器，引下线和接地体组成。避雷针的针状接闪器是直接承受雷电的部分，当雷云出现在地面上空时，由于静电感应作用，大地及避雷针上将出现与雷云电荷极性相反的电荷。于是，在接闪器的顶端处电场将发生畸变，出现局部集中的高电场区，如图所示，该图中示出的曲线为等电位线。在雷云的下行先导发展初期，先导向下的发展是随机取向的，并不受地面物体上避雷针接闪器存在的影响。随着阶梯式先导向下发展到邻近地面时，接闪器顶端周围的电场发生的严重畸变，使这里的电场强度明显高于其他地方，这就为先导向接闪器法展创造了十分有利的件，因此就能容易地将先导吸引到接闪器上，使雷击点出现在接闪器的顶端，而不致出现在其下面的被保护物体上。避雷针接衫闪器顶端处的电场畸变条避雷针接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，为了保证足够的雷电流通流量，其直径应不小于下表给出的数值。接闪器顶端的针尖应做成圆锥状，具有较大的尖度，且应光滑。避雷针接闪器最小直径避雷针一般适用于保护那些比较低矮的地面建筑物以及保护高层楼房顶上突出的设施，它特别适合于保护那些要求防雷引下线与内部各种金属管道隔离的建筑物。直径针型圆钢(mm）钢管(mm）针长1m以下1220针长1—2m1625烟囱顶上的针2040（2）避雷线避雷线是由悬挂在空中的水平导线，接地引下线和接地体组成。水平悬挂的导线用于直接承受雷击，起接闪器作用。避雷线设置在被保护物体的上方，能提供与自身线长相等的保护长度，其工作原理与避雷针类似，也是由于避雷线周围的电场畸变吸引下行先导，将雷击引向自身。但避雷线对周围电场的畸变效果不如避雷针，因此其引雷效果也不如避雷针。避雷线广泛用于高压架空输电线路的防雷保护，架设在架空高压输电线路的上方，保护输电线路免受直接雷击，如图所示。高压架空输电线路跨越长距离范围，绵延分布在广阔的地面上，很容易遭受雷击，引起停电事故。在架空输电线路上方设置避雷线，就能利用避雷线的引雷作用将雷云的下行先导引向其自身，从而使输电线路免受雷击。用于保护架空输电线路的避雷线通过引下线和接地体连接泄放雷电流，固也通常称为架空地线。架空线路上方的避雷线（3）避雷带与避雷网当受建筑物造型或施工限制而不便直接使用避雷针或避雷线时，可在建筑物上设置避雷带或避雷网来防直接雷击。避雷带和避雷网的工作原理与避雷针和避雷线类似。在许多情况下，采用避雷带或避雷网来保护建筑物既可以收到良好的效果，又能降低工程投资，因此在现代建筑物的防雷设计中得到了十分广泛的应用。①避雷带避雷带是用圆钢或扁钢作成的长条带状体，常装设在建筑物易受直接雷击的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋顶），屋顶边缘及女儿墙或平屋面上，如图所示。避雷带应保持大地良好的电器连接，当雷云的下行先导向建筑物上的这些易受雷击部位发展时，避雷带率先接闪，承受直接雷击，将强大雷电流引入大地，从而使建筑物得到保护。这是一种对建筑物上易受雷击部位进行重点保护的措施，目前已广泛应用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保护。（a）屋顶突出物加设避雷针（b）平屋面上设避雷带（c）女儿墙上设避雷带避雷带的设置abc②避雷网避雷网实际上相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，在建筑物上设置避雷网可以实施对建筑物的全面防雷保护。避雷网的设置有明装和暗装两种形式。明装防雷网是在建筑物的屋顶上或层顶屋面上以可见金属网格作为接闪器，沿其四周或沿外墙做引下线接地。由于明装避雷网不甚美观，在施工方面也会带来困难，同时还会增加额外的工程投资，因此现在已较少使用。明装避雷网立体金属笼网建筑物的笼式避雷网相对于明装避雷网来说，暗装避雷网目前则使用得十分广泛。暗装避雷网一般为笼式结构，它是将金属网格、引下线和接地体等部分组合成一个立体的金属笼网，将整个建筑物罩住，如下图所示。这种笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击。笼式避雷网还可以看作是一个拉法第笼，它同时具有屏蔽和均衡暂态对地悬浮电压两种功能。一方面，笼式避雷网能够对雷电流产生的暂态脉冲电磁场起屏蔽作用，使进入建筑物内部的电磁干扰受到削弱；、另一方面，笼式避雷网也能够对雷击时产生的暂态电位升高起到电位均衡作用，将笼网各部位的暂态对地悬浮电位均衡到大致相等的水平。当然，笼式避雷网的这些防护雷电损害作用的效果与笼体的大小及其网格尺寸有关，笼体越小且其网格尺寸越小，则其防雷效果就越好。网格尺寸的大小取决于被保护建筑物的重要性，应按建筑物防雷设计规范来确定。笼式避雷网通常是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋来构成的，