建筑电气工程防雷问题论述

建筑防雷问题论述摘要：近年来雷雷电灾害频繁繁发生，雷电电产生强大电电流对人类的的生产、生活活造成极大伤伤害。虽然我我们现在的建建筑都有防雷雷措施，但随随着电子科技技的进步智能能化建筑的出出现，建筑防防雷问题也发发生了一系列列新的变化。本本文将从雷电电形成及其危危害谈起，对对建筑防雷问问题进行综合合论述，重点点从防雷的基基本机理以及及传统建筑防防雷问题进行行阐述，并且且探讨了现代代智能建筑中中应采取的相相应防雷措施施。关键词：雷电防雷建筑防雷智能建筑1概述雷电是一种常见见的自然现象象，由于雷电电释放的能量量相当大，它它所产生的强强大电流、灼灼热的高温、猛猛烈的冲击波波、剧变的静静电场和强烈烈的电磁辐射射等物理效应应给人们带来来了多种危害害。现代化的的城市中高层层建筑日益增增多，造成雷雷电击穿空气气的距离缩短短，因为雷击击的概率与建建筑的高度成成正比，所以以雷击概率加加大。同时，由由于全球气候候变暖，城市市热岛现象增增多，使城市市的大气环流流形势出现了了新特点，夏夏季雷暴期延延长。传统的的建筑中都安安装有避雷针针、避雷带或或避雷网等防防雷装置，从从而减轻了雷雷电对建筑物物及人员的伤伤害。进入电电子信息时代代后，随着现现代智能建筑筑出现，雷电电灾害的特点点发生了极大大的变化，受受灾面不仅大大大扩大而且且从二维空间间入侵变为三三维空间入侵侵。从闪电直直击和过电压压波沿线传输输变为空间闪闪电的脉冲电电磁场从三维维空间入侵到到任何角落，无无空不入地造造成灾害，因因而防雷工程程已从防直击击雷、感应雷雷进入防雷电电电磁脉冲（LEMP）的新阶段段了。2雷电的形成及及其危害2.1雷电的形形成雷电是一种大气气放电现象。当当太阳把地面面晒得很热时时，地面的热热空气携带大大量的水汽不不断地上升到到高空，形成成大范围的积积雨云，积雨雨云的不同部部位聚集着大大量的正电荷荷或负电荷，形形成雷雨云，而而地面因受到到近地面雷雨雨云的电荷感感应，也会带带上与云底相相反极性的电电荷。当云层层里的电荷越越积越多，达达到一定强度度时，就会把把空气击穿，打打开一条狭窄窄的通道强行行放电。当云云层放电时，由由于云中的电电流很强，通通道上的空气气瞬间被烧得得灼热，温度度高达6000—20000℃，所以发出出耀眼的强光光，这就是闪闪电，而闪道道上的高温会会使空气急剧剧膨胀，同时时也会使水滴滴汽化膨胀，从从而产生冲击击波，这种强强烈的冲击波波活动形成了了雷声。2.2雷电的的危害直击雷建筑物或设备等等对地放电所所产生的电击击现象，称之之为直接雷击击。此时雷电电的主要破坏坏力在于电流流特性而不在在于放电产生生的高电位。雷雷电击中人体体、建筑物或或设备时，强强大的雷电流流转变成热能能，雷击点的的发热量大约约500~22000J，该能量可可以熔化50~2000mm3的钢材。因因此雷电流的的高温热效应应将灼伤人体体，引起建筑筑物燃烧，使使设备部件熔熔化。另外在在雷电流流过过的通道上，物物体水分受热热汽化而剧烈烈膨胀，产生生强大的冲击击性机械力。该该机械力可以以达到5000~~6000NN，因而可使使人体组织，建建筑物结构、设设备部件等断断裂破碎，从从而导致人员员伤亡、建筑筑物破坏，以以及设备毁坏坏等。感应雷感应雷是雷雷电在雷云之之间或雷云对对地放电时，在在附近的户外外传输信号线线路、埋地电电力线、设备备间连接线产产生电磁感应应并侵入设备备，使串联在在线路中间或或终端的电子子设备遭到损损害。感应雷雷虽然没有直直接雷猛烈，但但其发生的几几率比直击雷雷高得多。感感应雷的破坏坏也称为二次次破坏。雷电电流变化梯度度很大，会产产生强大的交交变磁场，使使得周围的金金属构件产生生感应电流，这这种电流可能能向周围物体体放电，如附附近有可燃物物就会引发火火灾和爆炸，而而感应到正在在联机的导线线上就会对设设备具有强烈烈的破坏性。浪涌雷电浪涌是近年年来由于微电电子设备的不不断应用而引引起人们极大大重视的一种种雷电危害形形式。最常见见的电子设备备危害不是由由于直接雷击击引起的，而而是由于雷击击发生时在电电源和通讯线线路中感应的的电流浪涌引引起的。一方方面由于电子子设备内部结结构高度集成成化（VLSI芯片），从从而造成设备备耐压、耐过过电流的水平平下降，对雷雷电（包括感感应雷及操作作过电压浪涌涌）的承受能能力下降，另另一方面由于于信号来源路路径增多，系系统较以前更更容易遭受雷雷电波侵入。浪浪涌电压可以以从电源线或或信号线等途途径窜入微电电子设备设备备造成设备损损坏等事故。3防雷唐代《炙毂子》一一书在记载了了这样一件事事：汉朝时柏柏梁殿遭到火火灾，一位巫巫师建议，将将一块鱼尾形形状的铜瓦放放在层顶上，就就可以主防止止雷电所引起起的天火。屋屋顶上所设置置的鱼尾开头头的瓦饰，实实际上兼作避避雷之用，可可认为是现代代避雷针的雏雏形。现代避雷针是美美国科学家富富兰克林发明明的。其实，避避雷针应叫“引雷针”才合适。在在雷雨天气，高高的物体上空空出现带电云云层时，迅雷雷针和物体顶顶部都被感应应上大量电荷荷，由于避雷雷针针头是尖尖的，而静电电感应时，导导体尖端总是是聚集了最多多的电荷．这这样，避雷针针就聚集了大大部分电荷．．避雷针又与与这些带电云云层形成了一一个电容器，由由于它较尖（即即这个电容器器的两极板正正对面积很小小）电容也就就很小，也就就是说它所能能容纳的电荷荷很少。而它它又聚集了大大部分电荷，所所以，当云层层上电荷较多多时，避雷针针与云层之间间的空气就很很容易被击穿穿，成为导体体。这样，带带电云层与避避雷针形成通通路，而避雷雷针又是接地地的．避雷针针就可以把云云层上的电荷荷导人大地，使使其不对高大大物体构成危危险，保证了了它的安全。4建筑防雷4.1外部防雷雷装置与内部部防雷装置国际电工委员会会编制的标准准（IEC10024－1）将建筑物物的防雷装置置分为外部防防雷装置和内内部防雷装置置。外部防雷雷装置由接闪闪器、引下线线和接地装置置三部分组成成。接闪器是是指避雷针、避避雷带和避雷雷网，它位于于建筑物的顶顶部，其作用用是引雷或叫叫截获闪电，即即把雷电流引引下。引下线线，上与接闪闪器连接，下下与接地装置置连接，它的的作用是把接接闪器截获的的雷电流引至至接地装置。接接地装置位于于地下一定深深度之处，它它的作用是使使雷电流顺利利流散到大地地中去。内部部防雷装置的的作用是减少少建筑物内的的雷电流和所所产生的电磁磁效应以及防防止反击、接接触电压、跨跨步电压等二二次雷害。除除外部防雷装装置外，所有有为达到此目目的所采用的的设施、手段段和措施均为为内部防雷装装置，它包括括等电位连接接设施（物）、屏屏蔽设施、加加装的避雷器器以及合理布布线和良好接接地等措施。4.2防雷电感感应和雷电波波侵入雷电放电时，在在附近导体上上产生的静电电感应和电磁磁感应，它可可能使金属部部件之间产生生火花。因此此被保护建筑筑物内的金属属物接地，是是防雷电感应应的主要措施施。首先，是是做好等电位位联结。对一一、二类防雷雷建筑物内平平行或交叉敷敷设的金属管管道，其净距距小于100mm时，应采用用金属线跨接接，是防止电电磁感应所造造成的电位差差能将小空隙隙击穿，而产产生电火花，每每隔≤30m做好接地。由于雷电对架空空线或金属管管道的作用，雷雷电波可能沿沿着这些管线线侵入屋内，危危及人身安全全或损坏设备备。因此，做做好进线端的的防雷保护，做做好均压环及及防侧击雷是是防雷电波侵侵入的主要措措施。一、二类防防雷建筑低压压进线全线采采用直埋地引引入，将线路路架空引入户户内时不少于于15m的一段应换换电缆(金属铠装电电缆直埋地，护护套电缆穿钢钢管)进户，并在在架空与电缆缆换接处做好好避雷保护。二二类防雷建筑筑当架空线直直接引入时，除除在入户处加加装避雷器，并并将进户装置置铁件做好接接地外，靠近近建筑物的两两根电杆上的的铁件也应做做好接地，且且冲击接地电电阻≤30Ω，所有弱电电进线的保护护应同强电进进线。防雷建建筑要做好均均压环及防侧侧击雷保护。均均压环从三层层开始，环间间垂直距离≤12m，所有引下下线、建筑物物的金属结构构和金属设备备均与环可靠靠连接，均压压环可利用结结构圈梁内的的钢筋(钢筋必须贯贯通成环路)。一类防雷雷建筑30m以上，二类类防雷建筑45m以上，三类类防雷建筑60m以上，要做做好防侧击雷雷保护，沿建建筑物外墙做做一周水平避避雷带，带与与带间垂直距距离≤6m，外墙上所所有金属栏杆杆，门窗均与与避雷带可靠靠连接，避雷雷带再与引下下线可靠连接接。竖直敷设设的金属管道道及金属物的的顶端和底端端与防雷装置置可靠连接，目目的是在于等等电位，并且且由于两端连连接使其与引引下线形成并并联线路，使使雷电流更讯讯速的入地。4.3防雷电流流经引下线和和接地装置时时产生高电位位对金属设备备或电气线路路反击的措施施目前建筑物内大大多采用共同同接地装置，当当雷直击于本本建筑物防雷雷装置时，假假设流经靠近近低压电气装装置处接地装装置的雷电流流为20KA，当冲击接接地电阻=1Ω时，接地装装置上电位升升高为20KV，而一般室室内低压装置置的耐冲击电电压最高为8KV。其结果就就使低压电气气装置绝缘较较弱处可能被被击穿而造成成短路，发生生火灾、损坏坏设备，这是是非常危险的的。因此对防防雷建筑物构构建全方位、多多层次的防雷雷网络，使雷雷电对建筑物物的影响减至至最小。建筑物为高压进进线时，高、低低压侧各相上上均设避雷器器，用以防护护由高压进线线的雷电和操操作(断路器动作作，投切大电电动机和电容容器组等)过电压。电电子设备较多多且重要的建建筑，在低压压配电支线上上再装设过电电压保护，做做为后备保护护，主要用于于进一步抑制制经前置保护护限制后的剩剩余过电压和和电源线上由由感应或耦合合产生的过电电压。建筑物物为低压进线线时，在电源源总进线处装装设过电压保保护器。5智能建筑防雷雷5.1智能建筑筑现在智能建筑主主要由建筑自自动化系统（BAS）、办公自自动化系统（OAS）、信息通通信系统（CAS）三个系统统组成，并利利用计算机网网络技术、通通信技术将此此三个系统进进行系统集成成。在智能建建筑中，系统统内的电子设备的数数量和规模不不断扩大，大大量采用计算算机技术，而而电子计算机机、微处理器器以及其他电电子仪器设备备普遍存在着着绝缘强度低低，过电压耐耐受能力差的的弱点，当其其受到电磁脉脉冲，特别是是闪电电磁脉脉冲的袭击，使使得这些高灵灵敏的电子系系统在运行时时，出现程序序运行错误、数据错误、时间错误；；、死机、无故重新启启动甚至造成成用电设备的的永久性损坏坏，给各行各各业以及人们们日常生活造造成巨大损失失。5.2智能建筑筑中的防雷措措施直击雷防御系统统是捕捉雷电电闪击保护建建筑物及设备备。感应雷防防御系统是为为了降低雷击击时的冲击电电位差和电磁磁脉冲。采用用传统的装设设接闪器，由由接闪器和引引下线将雷电电流导入接地地极，流向大大地，并在电电网中加装避避雷器等防雷雷措施，虽然然可以有效防防止直击雷和和消弱电压波波的强度，减减少雷击的破破坏程度，但但这些措施并并不能完全消消除电网中的的又雷击引起起的暂态过电电压，感应雷雷电脉冲一般般都在千伏以以上，普通的的电气设备一一般可允许闪闪电脉冲电压压6000VV,但对于计算机设备，其其信号电压很很低，一般只只有100V左右，最小小仅有10V左右，当其其闪电脉冲电电压为在几十十伏或到几百百伏就会使计算机损坏坏，因此需采采取以下措施施。5.2.1对电电源系统和信信息系统分级级保护为了有效防止暂暂态过电压的的灾害，IEC6664-1中提出，对对电源系统分分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级防护，将将过电压数值值降低到设备备可以承受的的水平。表1给出了IEC6664-1瞬变过电压压水平等级的的划分。

IEC6644-1瞬变过电压压水平等级的的划分表1供电系统标准电电压（Ｖ）由标称电压派生生的交流或直直流相电压（ＶＶ）额定脉冲电压（ＶＶ）三相单相过电压等级分类类ⅠⅡⅢⅣ

503305008001500

10050080015002500

120～2400150800150025004000230/4000277/4800

3001500250040006000400/6900

60025004000600080001000

100040006000800012000雷电及其它瞬态态浪涌冲击现现象，对精密密电子设备和和计算机设备备（包括UPS电源），造造成很大的危危害。采用电电源过电压保保护器可以利利用快速响应应模块，通过过其优良的非非线性伏安特特性，来实现现抑制暂态过过电压的。在在正常工作时时，模块呈高高阻抗特性，泄泄漏电流很低低，不影响正常工作作。当出现暂暂态过电压时时，模块呈低低阻抗特性，使使暂态过电流流迅速泄放，抑抑制暂态过电电压，维持电电压稳定。信号防雷系统由由于雷电波在在线路上能感感应出较高的的瞬时冲击能能量，因此要要求网络通信信设备能够承承受较高能量量的瞬时冲击击，而目前大大部分设备由由于电子元器器件的高度集集成化而使耐耐过电压、耐耐过电流水平平下降，必须须在网络通信信接口处加装装必要的防雷雷保护装置以以确保网络通通信系统的安安全运行。对通信系统进行行防雷保护，选选取适当保护护装置非常重重要，应充分分考虑防雷产产品与通信系系统匹配。对对于信息系统统，应分为粗粗保护和精细细保护。粗保保护量级根据据所属保护区区的级别确定定，精细保护护要根据电子子设备的敏感感度来进行确确定。5.2.2采用用等电位联接接防止雷电的侵害害的一项关键键措施，即采采用等电位联联接。等电位位联结的目的的在于减小需需要防雷的空空间内，各种种金属部件和和各种系统之之间的电位差差，而实施的的导体联结。电电源线、信号号线、金属管管道等都要通通过过压保护护器进行等电电位联接。总总等电位联接接，就是将所所有进出保护护范围的金属属管道（包括括水管、供热热管道等）以以及所有电源源线和所有信信号线（包括括载流导体），当当闪电电流流流经这些导体体时，等电位位联接可以用用来安全地承承载涌流。加强传统防雷装装置传统避雷雷针在引雷后后会引发地电电位反击和二二次雷击效应应。为了减少雷电流流精度徒度和和电磁辐射场场，应选用阻阻抗型的避雷雷针和接闪器器等。或者采采用提前放电电式避雷针,如采用提前前放电式避雷雷针PULSAAR。它的主要要原理是将一一个高脉冲电电压系列加在在普通避雷针针尖端（大约约10000伏），来引引发自发电晕晕效果，形成成上行先导，从从而吸引雷电电流使其更准准确地通过避避雷针形成的的泄放