建筑物防雷与接地浅谈

浅谈建筑物防雷

【摘要】：雷电是不可避免的自然灾害，地球上任何时候都有雷电在活动。因此，了解雷电并掌握正确的预防措施和自救方法是十分必要的。雷电主要有四种类型：直击雷、感应雷、雷电侵入波、球雷。建筑物的防雷设计和安装应该将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至小区的防雷装置进行整体统一的考虑。建筑物防雷设计，应认真调查地质、地貌、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等，因地制宜的采取防雷措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理。民用建筑将防雷分为三类，根据三种类别对建筑物进行保护。

关键词：雷电直击雷感应雷雷电侵入波球雷

一、雷电的形成

雷是一种大气中放电现象。雷在形成过程中，某些部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。这种放电有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。后一种放电也就是落雷，会破坏建筑物、电气设备，伤害人畜。这种放电时间短促，一般约50～100微秒，但电流则异常强大，能达到数万安培到数十万安培。放电时产生强烈的光，这就是闪电。闪电时，将释放出大量热能，瞬间能使空气温度升高1万～2万℃，空气的压强可达70个大气压。这样大的能量，具有极大的破坏力，往往会造成火灾和人畜的伤亡。

雷电的产生原理：当空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。那么，由于同一种物质质量相当，又带上相同的电荷。经过运动，带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部（一般为负电荷）；带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部（一般为正电荷）。这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心。当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成云间放电。当带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电。

二、雷电的主要特点

1．冲击电流大。其电流高达几万至几十万安培；

2．时间短。一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。整个过程一般不会超过60微秒；

3．频率高。雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒；

4．冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。

三、雷电- 频率特性

在任何给定时刻，世界上都有1800场雷雨正在发生，每秒大约有100次雷击。在美国，雷电每年会造成大约150人死亡和250人受伤。全世界每年有4000多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座1200英尺的建筑物，比如广播或者电视塔，每年会被击中20次，每次雷击通常会产生6亿伏的高压。

每个从云层到地面的闪电实际上包含了在60毫秒间隔内发生的3到5次独立的雷击，第一次雷击的峰值电流大约为2万安培，后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后，可能会有大约150安培的连续电流，持续时间达100毫秒。

经测量，这些雷击的上升时间大约为200纳秒或者更快。通过2万安培和200纳秒，不难计算得到dI/dt的值是每秒10^11安培

四、雷电- 危害

雷电危害

闪电的受害者有2／3以上是在户外受到袭击。他们每3个人中有两个幸存。在闪电击死的人中，85%是男性，年龄大都在10岁至35岁之间。死者以在树下避雷雨的最多。

雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。

五、雷电- 防雷须知

雷电发生时产生的雷电流是主要的破坏源，其危害有直接雷击、感应雷击和由架空线引导的侵入雷。如各种照明、电讯等设施使用的架空线都可能把雷电引入室内，所以应严加防范。

一、雷击易发生的部位

1.缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等；

2.没有良好接地的金属屋顶；

3.潮湿或空旷地区的建筑物、树本等；

4.由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击；

5.建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方。

六、年预计雷击次数计算

1.建筑物年预计雷击次数应按下式确定：

N=k*Ng*Ae 其中N：建筑物年预计雷击次数; k:校正系数；Ng：建筑物所处地区雷击大地的年平均密度。Ae：与建筑物截收相同雷击次数的等效面积。

2.雷击大地的年平均密度应按下式确定：

Td:年平均雷暴日。

国际上已确认Ng与年平均雷暴日Td为非线性关系。

建筑物等效面积Ae应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：1）．建筑物高度在100m以下按滚球半径100m（即吸引半径100m）考虑。其相对应的最小雷电流约为kA，接近于按计算式以积累次数P＝50％代入得出的雷电流I＝32.5kA。在此基础上，导出计算式（附1.4），其扩大宽度等于。该值相当于避雷针针高H在地面上的保护宽度（当滚球半径为100m时）。扩大宽度将随建筑物高度加高而减小，直至100m时则等于建筑物的高度。如H＝5m时，扩大宽度为m，它约为H的6倍；当H＝10m时，扩大宽度为m，约为H的4.4倍；当H＝20m时，扩大宽度为＝60m，为H的3倍；当H＝40m 时，扩大宽度为＝80m，为H的2倍；当H＝80m时，扩大宽度为＝98m，约为H的1.2 倍。2）．当建筑物高度超过100m时，如按吸引半径100m考虑，则不论高度如何扩大宽度总是100m，有其不合理之处。所以，当高度超过100m时，取扩大宽度等于建筑物的高度。

此外，关于周围建筑物对Ae的影响，由于周围建筑物的高低、远近都不同，计算很复杂，因此不予考虑。这样，在某些情况下，计算得出的Ae值可能比实际情况要大些。

七、建筑物外部防雷系统及防护措施