浅谈一般建筑物防雷系统设置

浅谈建筑物防雷系统的接闪器一般建筑物防雷是指当发生雷雨时，通过建筑物的防雷防护装置将雷云的电荷安全泄放到大地中去，从而使建筑物免受雷击。因此建筑物防雷主要是防外部直击雷，防护装置及防雷系统由接闪器（避雷针）、引下线、接地网等有机组成，缺一不可。本文主要讨论防雷系统接闪器的分类及设置。关键字：避雷针避雷带系统设置建筑物顶部或侧面直接截受雷击，以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等，称之为接闪器。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置因如大地中泄放，保护建筑物免受雷害。其分类主要有避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等。一、接闪器分类（1）避雷针工作原理：雷雨云形成以后对大地的电压，当高空出现雷雨云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷雨云相反的电荷，避雷针处于地面建筑物的最高处，与雷雨云的距离最近，由于它与有良好的电气连接，所以它于大地有相同的电位，使避雷针附近空间的电场强度比较大，容易吸引雷电先驱，使主放电都集中到它的上面，从而保护附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少。而避雷针被雷击的几率却大大的提高。避雷针不但不能避雷反而引雷，它是自身的多受雷击而保护周围免受雷击。由于避雷针与大地有良好的电气连接，能把大地积存的电荷能量迅速传递到雷雨云层中泄放；或把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放，使雷击而造成的过电压时间大大的缩短，从很大程度上降低了雷击的危害性，这就是避雷针的工作原理。但需要说明，避雷针必须有足够可靠，并且有接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷击的损害程度由大量模拟实验和实际调查统计资料表明，避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系，所以，不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。避雷针宜采用圆钢或钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m以下：圆钢为12mm钢管为20mm针长1-2m：圆钢为16mm钢管为25mm烟囱顶上的针：圆钢为20mm钢管为40mm避雷线（2）避雷线20世纪初，在电力系统，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法，在实用中，由于它简单有效，逐步得到了推广。这种架设在输电线路上方的钢线，称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式，开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护，以后这种方式又有所改进。（3）避雷带在房屋建筑雷电保护上，用扁平的金属带代替钢线接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。在城市高大楼房上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好，特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。避雷带的制作，采用扁钢，截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。（4）避雷网避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法（必要时还可以辅助避雷网），也叫做暗装避雷网。它是根据古典电学中法拉第笼的原理达到雷电保护的金属导电体网络。暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5m′5m或10m′10m的圆钢制成。避雷网又分明网和暗网，其网格越密可靠性越好。建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。在非混凝土结构的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、屋檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网，再在主网上加搭辅助网。（5）避雷带和避雷网的结构设计避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于下列数值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm2，扁钢厚度为4mm。避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线架设。二、安装避雷带和避雷网要注意下面事项：（1）避雷带及其连接线经过沉降沟（沉降沟：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段下沉不一致，引起建筑物损坏）时，应备有10-20cm以上的伸缩余裕的跨越线。（2）有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条，连接条的间距不大于20m时，只在屋檐上装避雷带；宽度大于20m时，需在屋面上加装明装连接条，连接条间距不大于20m。（3）瓦顶房屋面坡度为27°-35°，长度不超过75m时，只沿屋脊敷设避雷带。四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。（4）当屋顶面积非常大时，应敷设金属网格，即避雷网。避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5′5m的密网格，一般建筑物用20′20m的网格即可。（5）采用避雷带和避雷网保护时，每一座房屋至少有两根引下线（投影面积小于50m2的建筑物可只用一根）。避雷引下线最好对称布置，例如两根引下线成一字或Z字形，四根引下线要做成工字形，引下线间距离不应大于20m，当大于20m时，应在中间多引一根引下线。见《雷电与避雷工程的避雷带和避雷网的结构设计》（6）在非混凝土结构的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、房檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网，再在主网上加搭辅助网，避雷网格大小按上述要求。采用避雷带和避雷网保护时，屋顶上的烟囱、混凝土女儿墙、排气楼、天窗及建筑装饰等突出于屋顶上部的结构物和其他突出部分，都要装设短避雷针或避雷带保护，或暗装防护线，并连接到就近避雷带或避雷网上。对金属旗杆、金属烟囱、钢爬梯、风帽、透气管等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。三、接闪器的选择和布置合理设计的接闪器将显著地减少雷电击中需要防雷空间的可能性。只有将防雷装置的设计与建筑结构设计同时进行时，才能在技术和经济上得到最优化的组合。特别是在设计建筑物时，就应充分利用建筑物的金属物作为防雷装置的诸部分之用。接闪器可由以下一种或多种组成选择：1)独立避雷针；2)架空避雷线或架空避雷网；3)直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。接闪器的布置：布置接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法避雷网。滚球法：滚球法是以hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物）或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，该部分就得到接闪器的保护。就设计接闪器系统而言，下列方法可单独使用，也可结合使用，只要接闪装置不同部分所提供的保护区能相互衔接，并确保建筑物得到完全的保护就行。1）保护角法：2）滚球法：3）网格法：所有这三种方法都可用于独立、半独立和非独立的防雷系统的设计。保护角法：接闪导体、避雷针、避雷杆塔和避雷线的位置，应使被保护建筑物的各个部分都处于由接闪装置导体上的各点以角朝四面八方向地面投影所形成的轨迹面之内。保护角法有几何局限。滚球法：对具有复杂几何形状的建筑物，或当IEC1024-1的表1排除采用保护角法时，应采用滚球法来确定建筑物的面积和各部分的保护空间。滚球半径应符合所选择的防雷系统保护等级。滚球法是在建筑物上才利用半径为R的球，绕建筑物滚动，直到碰到地平面，或碰到与地平面接触且能用作雷电导体的任何永久性建筑物或物体为止。在滚动接触建筑物的地方便有可能受到雷击。在这样的点和地段处，就需要由接闪导体来提供防雷保护。防雷系统的保护空间就是滚球接触该导体并作用于建筑物时并未穿过的那块空间的体积。保护等级和防雷系统的安装成本随所选滚球的尺寸的缩小而增加。网格法：接闪导体或屋顶导体应形成一个闭合多边形，其周边应靠近屋顶的边缘布设。这种多边形接闪装置应通过增设相互连接的横向接闪导线来完善，以形成符合要求的网格。结语：接闪器作为建筑防雷极为重要的一环，其设计与选择布置要紧扣建筑物的特点与外形。要保证建筑物的顶部及所有外侧都能有效接收直击雷，并通过整个防雷系统引入大地。