高层建筑雷电防护措施探讨

作者:邱 洋时间:2014-06-12 10:35:38  来源:  阅读次数:891次 ]

邱 洋

 

许昌市气象局,河南许昌 461000 

 

摘 要 随着时代的发展,城市里高层建筑的增多,人们在享受生活的同时也存在着安全隐患,比如说雷击的隐患。如何做好高层建筑的防雷是保护人身安全和财产安全的重要措施。

 

关键词 高层建筑;雷电;防雷;设计

 

中图分类号TU98 文献标识码文章编号 1674-6708(2014)113-0052-02 

 

由于静电感应,带负电的雷云,在大地表面感应有正电荷。这样雷云与大地间形成了一个大的电容器。

 

1 雷电活动的基本规律

 

在我国,春夏季节是雷电的活跃期,其中夏季为高发期, 冬季则为零。从全球范围来看,赤道附近是雷电的活跃地带, 随着纬度的南北增加,其发生的次数也在减少,南北两极几乎为零。平均雷暴日是对特定区域内发生的雷电活动大小的评价标准,同时,该标准也为防雷工程、建筑工程以及设计与评估提供了参考。地区的不同雷电的强度也有差异。从国内情况分析,可划分4 个雷电日分布区域。北回归线以南,出现大于80 天的雷电日;长江以南区出现超过40 天的雷电日;长江以北地区出现15 ~ 40 天的雷电日;西北地区的雷电日出现天数少于15 天。我国最为剧烈的雷电活动地区在海南省以及雷州半岛,年均出现的雷电日为120 ~ 130 天。为此,可以说,我国雷电活动强弱随着纬度的南移而下降。

 

2 高层建筑的结构特点和防雷设计

 

当前,城市建筑日渐向着的方向发展,因为垂直高度较大,建筑基础必须往下做延伸,在防雷设计时,这是非常好的条件。按照法拉第笼理论,防雷系统为笼式,将接地装置、引下线、避雷带或网三者相连,构建为大网式的钢铁笼。建设好雷电波、防侧击雷、防直击雷与防雷电感应系统,在分流与接闪功能综合考虑的基础上,实现建筑物内外部的防雷功能综合兼顾,保证安全防雷。

 

3 高层建筑侧击雷防护设计

 

3.1 闪击距离

 

高层建筑侧击雷防护设计 3.1 闪击距离 通常说来,如果先导是由雷云的上部往下发生,形式为梯级式跳跃,周围大气对其影响较大,其袭击对象与方向不确定。但是,在最后的梯级或跳跃时,变化明显,选择终极的雷击对象成为必然。这时,地球表面的许多物体都受其电场的作用,出现由下往上的先导,发展方向为上下先导的合并。如果安装接闪器在被保护的建筑物楼顶,接闪器产生的先导更加的强烈,其会加速与下先导合并, 在雷击未接触建筑物时雷击已经发生。我们把最后的梯级叫做闪电距离。接闪器即吸引闪电的仪器,接闪器在闪电距离范围内,将累吸引。如果下行先导不再闪电距离内,那么接闪器不会起作用。闪电距离不断变动,如果雷电流幅值大,那么闪电距离的值也随之增加。相反,闪电距离也变小。所以,对于强而远的闪电, 接闪器同样可吸引之,但是,如果闪电较弱,接闪器可能不会发挥作用(如图1)。 图高层建筑侧面遭受雷击图 分析上图发现,在高层建筑顶的接闪器,对于雷击为50kA100m 范围内, 接闪器可发挥作用,保护建筑物。如果雷击先导为10kA50m,因闪电距离为

 

图1 高层建筑侧面遭受雷击图

 

通常说来,如果先导是由雷云的上部往下发生,形式为梯级式跳跃,周围大气对其影响较大,其袭击对象与方向不确定。但是,在最后的梯级或跳跃时,变化明显,选择终极的雷击对象成为必然。这时,地球表面的许多物体都受其电场的作用, 出现由下往上的先导,发展方向为上下先导的合并。如果安装接闪器在被保护的建筑物楼顶,接闪器产生的先导更加的强烈, 其会加速与下先导合并,在雷击未接触建筑物时雷击已经发生。我们把最后的梯级叫做闪电距离。接闪器即吸引闪电的仪器, 接闪器在闪电距离范围内,将累吸引。如果下行先导不再闪电距离内,那么接闪器不会起作用。闪电距离不断变动,如果雷电流幅值大,那么闪电距离的值也随之增加。相反,闪电距离也变小。所以,对于强而远的闪电,接闪器同样可吸引之,但是,如果闪电较弱,接闪器可能不会发挥作用(如图1)。

 

分析上图发现,在高层建筑顶的接闪器,对于雷击为50kA、100m 范围内,接闪器可发挥作用,保护建筑物。如果雷击先导为10kA、50m,因闪电距离为40m,大于此距离,雷击将不会被吸引,建筑物也将被雷击中,雷击的发生,使我们不得不研究防侧击问题。

 

3.2 防侧击雷的设计

 

参考相关的雷电测试数据发现,雷云距离地面的最小距离为20m,足见距离之小。在城市高层建筑中,超过50m 的建筑随处可见,这也说明,其是身在雷云不知雷。所以,防止高层建筑受到雷击,有必要做好侧击防雷的工作,当前,高层建筑超过20m,结构体系多为钢筋混凝土或钢构架,雷电流在此种结构形式条件下,可平行分布多电流,是避雷的好方法。

 

3.2.1 高层建筑的屏蔽

 

若雷击中建筑物楼顶的防雷设备,在防雷引下线的疏导下, 最终到达防雷接地装置,将雷电引向大地。最大的雷电流峰值能超过200kA,但其持续时间非常短,以微秒计量。这时,接地设备电阻、防雷引下线电阻与电感上,电压降比较大。通过理论分析与模拟实验,可以得知有超过10000V 以上的电压在引下线上。如果建筑物高度大于100m,那么接地设备与防雷设备间的电位差可以超过一百万V,这可能造成和引下线连接的金属体,或某些相邻的金属体出现反击放电。此时,雷电波形陡峭且强大,在进入引下线时,周围导体出现电磁感应。此时, 防雷引下线上附近的未经屏蔽的导体很容易出现高电位,绝缘也会因为反击导体放电而出现被击穿的情况。如果导线具有屏蔽层,向铁管穿线,将防雷引下线与屏蔽层做等电位的连接。当屏蔽层接收到雷电的分流,互感电势将会出现在屏蔽层中的导体之上,屏蔽层预期数值有相等电压降。导体一端与屏蔽层存在等电位式的相连,那么导线的绝缘两端会出现0 的电位差, 绝缘也就不会被击穿。此外,高层建筑物中心是布置主干电气线路的主要部分,布置时,不能与引下线过度的靠近,减少受到干扰的距离。所以,铁管配线是高层建筑内部配置电气线路的主要形式。若是使用电缆,电缆也应该做好屏蔽措施,若在金属线槽中封闭敷设电缆。

 

3.2.2 高层建筑的等电位处理

 

高层建筑的防雷设备中,因为雷电流具有较长的散流途径, 接闪器直到接地设备的电位梯度非常的强。

 

4 结语

 

随着高层建筑朝高度智能化与结构样式多样化发展,侧击雷的防护显得尤其重要。防雷是建筑工程中一个重要的分项工程,与各专业系统交叉点多,所以在建筑设计时应综合考虑各种防雷因素,以确保建筑和人身安全。

 

参考文献

 

[1]樊裕伟.高层建筑防雷设计及施工[J].江苏建筑, 2011(1). 

 

[2]张鹃,田军利,梁伟汉.高层建筑防雷设计审核应注意的问题[J].气象研究与应用,2009(S2). 

 

[3]高清兰,白桂巨,陈洪萍,魏炳有,刘培娥.高层建筑物防雷设计与综合防护[J].太原科技,2009(1). 

 

[4]郭福雁.高层建筑雷击风险评估体系设计[J].建筑电气,2008(10). 

 

[5]徐海波.高层建筑防雷与接地[J].四川建材,2006(4). 

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