建筑物外部防雷系统

建筑物外部防雷系统外部防雷系统由由接闪器（避避雷针）、引引下线、接地地地网等有机机组成。缺一一不可。下面面分别对以上上三个主要因因素的相关技技术及安装进进行描述。主要讲本部分的的内容是对建建筑物外部空空气如何截雷雷，把雷电流流向大地中泄泄放的问题。本部分的内容提提要是：(1)接接闪器：避雷雷针、避雷线线、避雷带、避避雷网(2)避避雷带和避雷雷网的结构设设计(3)接接闪器的选择择和布置接闪器直接截受雷击，以以及用作接闪闪的器具、金金属构件和金金属屋面等，称称之为接闪器器。功能是把把接引来的雷雷电流，通过过引下线和接接地装置因如如大地中泄放放，保护建筑筑物免受雷害害。从公元17533年，富兰克克林发明了避避雷针以来，避避雷针作为接接闪器唯一的的形式，延续续了上百年的的历史，从十十九世纪以后后，逐渐有出出现了避雷线线、避雷带和和避雷网。其其分类如下：：避雷针、避避雷线、避雷雷带、避雷网网,下面逐一一介绍。避雷针尖端放电由物理学可知，通通常物体内部部的正电荷和和负电荷是相相等的，所以以从整体来看看不显示带电电现象。当某某一物体所具具有的正、负负电荷不相等等时，这个物物体就显示带带电的特性。当当物体内部的的正电荷多于于负电荷时，物物体带正电，反反之带负电。由由于电荷都有有异性相吸、同同性相斥的特特性，所以带带电物体中的的同性电荷总总是受到相互互排斥电场力力的作用。以以图中带尖锋锋的金属球为为例，假如金金属球上带负负电（同样也也可以理解带带上正电），由由于电荷同性性相斥的作用用，电子总是是分布到金属属球的最外层层表面，并且且容易逃离金金属球。球的的尖锋部分，电电子受到同性性电荷往外排排斥力最强，最最容易被排斥斥离开金属球球，这就是通通常说的“尖端放电”。公元1749年年4月29日，富兰兰克林在给约约翰·米西尔（JoohnMiitchell）的信中提提出了，云层层由于不断受受到蒸汽摩擦擦而带电的看看法，他认为为"当带电的云云块飘过田野野、掠过高山山、巨树、耸耸立的高塔、尖尖屋顶、船舶舶桅杆、烟筒筒等物的时候候，拖曳出电电火，正如许许多尖导体和和突出物产生生的现象一样样，整个云层层就在那里放放出电来"由此，他提提出了避雷针针的设想。他他说：既然尖尖导体可以把把一个离它很很远的带电体体上的电荷释释放掉，避免免它对其他物物体产生电击击，那麽尖导导体对于人类类可能有些用用处。于是他他建议将一根根上端尖锐并并涂有防锈层层的铁杆安装装在房屋的最最高处，并用用导线接在它它的下端，沿沿着墙壁直通通到地下。在在海船上则把把铁杆固定在在桅杆顶端，用用导线连接向向下直通入水水中。它们就就能在云层将将要产生电击击的千钧一发发之际，静悄悄悄地把电从从云中吸走，因因而使我们免免受最突然、最最骇人的悲剧剧。富兰克林林详细描述避避雷针的装置置，并正式宣宣布它是在11753年。避雷针的英文名名字Lighhtninggrod，直直译为"闪电棍"更准确些，本本无避免雷击击之意。这个个名词望文生生义就会产生生误解。我们们国内许多物物理课本，甚甚至大学的教教课书也把避避雷针的原理理说成是靠尖尖端放电中和和云层电荷从从而消除闪电电的，这是错错误的。实际际上，在富兰兰克林发明避避雷针的时候候，提出了两两种避雷针工工作机理的解解析；第一种种解析认为，避避雷针是靠其其针尖电晕放放电发出与雷雷雨云相反的的电荷，使雷雷雨云的电荷荷得到中和，从从而免除建筑筑物的雷害。第第二种解析认认为，避雷针针是靠把雷雨雨云所带的异异种电荷引导导到自身上来来，通过良好好的接地装置置，把雷电流流泄入大地，保保护建筑物不不受雷击。至至1753年富富兰克林明确确倾向于避雷雷针引雷的理理论了，所以以说避雷针是是靠尖端放电电消除闪电而而能避雷的提提法是错误的的，避雷针是是消除不了闪闪电的。工作原理雷雨云形成以后后对大地的电电压，低则几几百万伏，高高则数千伏甚甚至更高，雷雷雨云对大地地的一次闪击击放电的峰值值电流平均为为30多KA，它的瞬瞬时功率为1109-10012W以上上。由于瞬时时功率很大，所所以它的破坏坏力是相当大大的。当高空出现雷雨雨云的时候，大大地上由于静静电感应作用用，必然带上上与雷雨云相相反的电荷，避避雷针处于地地面建筑物的的最高处，与与雷雨云的距距离最近，由由于它与有良良好的电气连连接，所以它它于大地有相相同的电位，使使避雷针附近近空间的电场场强度比较大大，容易吸引引雷电先驱，使使主放电都集集中到它的上上面，从而保保护附近比它它低的物体遭遭受雷击的几几率大大减少少。而避雷针针被雷击的几几率却大大的的提高。避雷雷针不但不能能避雷反而引引雷，它是自自身的多受雷雷击而保护周周围免受雷击击。由于避雷针与大大地有良好的的电气连接，能能把大地积存存的电荷能量量迅速传递到到雷雨云层中中泄放；或把把雷雨云层中中积存的电荷荷能量传递到到大地中泄放放，使雷击而而造成的过电电压时间大大大的缩短，从从很大程度上上降低了雷击击的危害性，这这就是避雷针针的工作原理理。但需要说明，避避雷针必须有有足够可靠，并并且有接地电电阻尽量小的的引下线接地地装置与其配配套，否则，它它不但起不到到避雷的作用用，反而增大大雷击的损害害程度。避雷针保护范围围的计算方法法目前世界各国关关于避雷针保保护范围的计计算公式在形形式上各有不不同，大体上上有如下几种种计算方法：1、折线线法：即单一一避雷针的保保护范围为一一折线圆锥体体。2、曲线线法：即单支支避雷针的保保护范围为一一曲线锥体。3、直线线法：是以避避雷针的针尖尖为顶点作一一俯角来确定定，有爆炸危危险的建筑物物用45°角，对一般般建筑物采用用60°角，实质上上保护范围为为一直线圆锥锥体。自1983年起起，我国正式式制定了自己己的防雷规范范。目前我国国建筑防雷规规范GB500057-994也采纳了了国际电工委委员（IECC）推荐的"滚球法"作为避雷针针保护范围的的计算方法。避雷针的制作规规格由大量模拟实验验和实际调查查统计资料表表明，避雷针针的外表形状状与其避雷效效果无明显的的关系，所以以，不必过多多考虑采用单单针式或者其其他形式造型型的避雷针。避雷针宜采用圆圆钢或钢管制制成，其直径径不应小于下下列数值：针长1m以下：：圆钢为122mm钢管为为20mm针长1-2m：：圆钢为166mm钢管为为25mm烟囱顶上的针：：圆钢为200mm钢管为为40mm(见GB500057-944.第四章)主动式避雷针近来国内市场经经销一种叫主主动式避雷针针的产品，主主要有来自法法国和澳大利利亚的产品，据据厂家称，这这此产品能够够随大气电场场变化而吸收收能量，当存存储的能量达达到某一程度度时，便会在在避雷针尖放放电，尖端周周围空气离子子化，使避雷雷针上方形成成一条人工的的向上的雷电电先导，它比比自然的向上上的雷电通道道能更早的于于雷雨云向下下的雷电先导导接触，形成成主放电通道道。这样，一一方面可以使使雷雨云靠该该避雷针放电电的几率增加加，相当于避避雷针的保护护范围加大，或或者相当于将将避雷针加高高。避雷线接闪器最初的形形式只是富兰兰克林所设计计的磨尖的铁铁棒。20世纪初，在在电力系统，为为了使输电线线路少受雷击击，采用了在在输电线路上上方架设平行行的钢线避雷雷的方法，在在实用中，由由于它简单有有效，逐步得得到了推广。这这种架设在输输电线路上方方的钢线，称称之为避雷线线。后来在房房屋建筑上也也推广了这种种形式，开始始布设在方脊脊、屋角、房房檐等处作雷雷电保护，以以后这种方式式又有所改进进。避雷带在房屋建筑雷电电保护上，用用扁平的金属属带代替钢线线接闪的方法法称之为避雷雷带，它是由由避雷线改进进而来。在城城市高大楼房房上，使用避避雷带比避雷雷针有较多的的优点，它可可以与楼房顶顶的装饰结合合起来，可以以与房屋的外外形较好的配配合，即美观观防雷效果又又好，特别是是大面积的建建筑，它的保保护范围大而而有效，这是是避雷针所无无法比的。避避雷带的制作作，采用扁钢钢，截面积不不小于48mmm2，其厚厚度不应小于于4mm。避雷网避雷网是指利用用钢筋混凝土土结构中的钢钢筋网作为雷雷电保护的方方法（必要时时还可以辅助助避雷网），也也叫做暗装避避雷网。它是是根据古典电电学中法拉第第笼的原理达达到雷电保护护的金属导电电体网络。暗装避雷网是把把最上层屋顶顶作为接闪设设备。根据一一般建筑物的的结构，钢筋筋距面层只有有6-7cmm，面层愈薄薄，雷击点的的洞愈小。但但有些建筑物物的防水层和和隔热层较厚厚，入彀钢筋筋距面层厚度度大于20ccm，最好另另装辅助避雷雷网。辅助避避雷网一般可可用直径为66mm或以上上的镀锌圆钢钢，网格大小小可根据建筑筑物重要性，分分别采用5mm′5m或10m′10m的圆钢钢制成。避雷雷网又分明网网和暗网，其其网格越密可可靠性越好。建筑物顶上往往往有许多突出出物，如金属属旗杆、透气气管、钢爬梯梯、金属烟囱囱、风窗、金金属天沟等，都都必须与避雷雷网焊成一体体做接闪装置置。在非混凝凝土结构的建建筑物上，可可采用明装避避雷网。做法法是首先在屋屋脊、屋檐等等到顶的突出出边缘部分装装设避雷带主主网，再在主主网上加搭辅辅助网。避雷带和避雷网网的结构设计计避雷带和避雷网网一般采用圆圆钢或扁钢，其其尺寸不应小小于下列数值值：圆钢直径为8mmm，扁钢截截面积为488mm2，扁扁钢厚度为44mm。避雷线一般采用用截面积不小小于35mmm2的镀锌钢钢绞线架设。安装避雷带和避避雷网要注意意下面事项：：1、避雷雷带及其连接接线经过沉降降沟（沉降沟沟：一座较长长的多层建筑筑物，往往在在横向上把建建筑物分成几几段，段与段段之间留有一一段空隙，防防止各段下沉沉不一致，引引起建筑物损损坏）时，应应备有10--20cm以以上的伸缩余余裕的跨越线线。2、有女女儿墙的平顶顶房屋，其宽宽度小于244m时，只须须沿女儿墙上上部敷设避雷雷带；宽度大大于24m时，须须在房面上两两条避雷带之之间加装明装装连接条，连连接条的间距距不大于200m时，只在在屋檐上装避避雷带；宽度度大于20mm时，需在屋屋面上加装明明装连接条，连连接条间距不不大于20mm。3、瓦顶顶房屋面坡度度为27°-35°，长度不超超过75m时，只只沿屋脊敷设设避雷带。四四坡顶房屋，应应在各坡脊上上装上避雷带带。为使檐角角得到保护，应应在屋角上装装短避雷针或或将避雷带的的引下线从檐檐角上绕下来来。如果屋檐檐高度高于112m，且长长度大于755m时，要在在屋脊和房檐檐上都敷设避避雷带。4、当屋屋顶面积非常常大时，应敷敷设金属网格格，即避雷网网。避雷网分分明网和暗网网，网格越密密，可靠性越越好，网格的的密度视建筑筑物重要程度度而定，重要要建筑物采用用5′5m的密网格格，一般建筑筑物用20′20m的网格格即可。在非混凝土结构构的建筑物上上，可采用明明装避雷网。做做法是首先在在屋脊、房檐檐等到顶的突突出边缘部分分装设避雷带带主网，再在在主网上加搭搭辅助网，避避雷网格大小小按上述要求求。采用避雷雷带和避雷网网保护时，屋屋顶上的烟囱囱、混凝土女女儿墙、排气气楼、天窗及及建筑装饰等等突出于屋顶顶上部的结构构物和其他突突出部分，都都要装设短避避雷针或避雷雷带保护，或或暗装防护线线，并连接到到就近避雷带带或避雷网上上。对金属旗旗杆、金属烟烟囱、钢爬梯梯、风帽、透透气管等必须须与就近的避避雷带、避雷雷网焊接。采用避雷带和避避雷网保护时时，每一座房房屋至少有两两根引下线（投投影面积小于于50m2的建建筑物可只用用一根）。避避雷引下线最最好对称布置置，例如两根根引下线成""一"字或"Z"字形，四四根引下线要要做成"工"字形，引下下线间距离不不应大于200m，当大于于20m时，应应在中间多引引一根引下线线。见《雷电电与避雷工程程的避雷带和和避雷网的结结构设计》接闪器的选择和和布置合理设计的接闪闪器将显著地地减少雷电击击中需要防雷雷空间的可能能性。只有将防雷装置置的设计与建建筑结构设计计同时进行时时，才能在技技术和经济上上得到最优化化的组合。特特别是在设计计建筑物时，就就应充分利用用建筑物的金金属物作为防防雷装置的诸诸部分之用。接闪器可由以下下一种或多种种组成选择：：1)独独立避雷针；；2)架架空避雷线或或架空避雷网网；3)直直接装设在建建筑物上的避避雷针、避雷雷带或避雷网网。接闪器的布置：：GB500057-994接闪器器布置应符合合下表的规定定：建筑物防雷类别别滚球半径hhr(M)避雷网网格格尺寸（M）第一类防雷建筑筑物30<5*55或<6*4第二类防雷建筑筑物45<10**10或<12**8第三类防雷建筑筑物60<20**20或<24**16布置接闪器时，可可单独或任意意组合采用滚滚球法避雷网网。滚球法：滚球法法是以hr为半径的的一个球体，沿沿需要防直击击雷的部位滚滚动，当球体体只触及接闪闪器（包括被被利用作为接接闪器的金属属物）或只触触及接闪器和和地面（包括括与大地接触触并能承受雷雷击的金属物物），而不触触及需要保护护的部位时，该该部分就得到到接闪器的保保护。IEC11024-11：1990当符合下表表的要求时，接接闪器的布置置就是合适的的。按照保护护级别布置接接闪器就设计接闪器系系统而言，下下列方法可单单独使用，也也可结合使用用，只要接闪闪装置不同部部分所提供的的保护区能相相互衔接，并并确保建筑物物得到完全的的保护就行（见见IEC10024-1第第条）：--保护护角法：--滚球球法：--网格格法：所有这三种方法法都可用于独独立、半独立立和非独立的的防雷系统的的设计。1、保护角法法：接闪导体体、避雷针、避避雷杆塔和避避雷线的位置置，应使被保保护建筑物的的各个部分都都处于由接闪闪装置导体上上的各点以"""角朝四面面八方向地面面投影所形成成的轨迹面之之内。保护角角法有几何局局限。2、滚球法：：对具有复杂杂几何形状的的建筑物，或或当IEC11024-11的表1排除采用保保护角法时，应应采用滚球法法来确定建筑筑物的面积和和各部分的保保护空间。""滚球"半径应符合合所选择的防防雷系统保护护等级。滚球法是在建筑筑物上才利用用半径为"RR"的球，绕绕建筑物滚动动，直到碰到到地平面，或或碰到与地平平面接触且能能用作雷电导导体的任何永永久性建筑物物或物体为止止。在滚动接接触建筑物的的地方便有可可能受到雷击击。在这样的的点和地段处处，就需要由由接闪导体来来提供防雷保保护。防雷系统的保护护空间就是""滚球"接触该导体体并作用于建建筑物时并未未穿过的那块块空间的体积积。保护等级级和防雷系统统的安装成本本随所选滚球球的尺寸的缩缩小而增加。3、网格法：：接闪导体或或屋顶导体应应形成一个闭闭合多边形，其其周边应靠近近屋顶的边缘缘布设。这种种多边形接闪闪装置应通过过增设相互连连接的横向接接闪导线来完完善，以形成成符合IECC1024--1表1要求的网格格。选型程序：(1)评评估保护级数数；(2)选选择合适的保保护半径；在地球上所处径径、纬度的不不同Na也不同。评估保护级数1、查出出当地的雷电电密度Na我国北方地地区一般为44，理论上可可查图而来。1）建筑筑物的重要程程度；2）建筑筑物的危险程程度；3）建筑筑物的人员密密度；4）建筑筑物的构筑位位置；5）建筑筑物的建筑结结构；6）建筑筑物所在地的的雷电密度；；2、做工工地现场勘察察实际上：根据多多年的实践经经验，在实际际运用上，多多采用1类。查出滚滚球法半径DD。3、计算算和选择合适适的保护半径径：根据上列列Rp=hh(2hhr–h)公式，设计计人员需考虑虑所选择避雷雷针的型号，其其保护半径将将能覆盖在不不同垂直距离离上的受保护护平面。避雷针选型确定定以后，安装装时应注意以以下事项：a.砖木木结构的房屋屋，可把避雷雷针敷设在山山墙顶部或屋屋脊上，用抱抱箍或对锁坶坶丝固定于梁梁上，固定部部分的长度为为针高的1//3。也可以以将避雷针嵌嵌于砖墙或水水泥中，为了了结构的坚固固，插在砖墙