1前言雷电是大气中的自然放电现象,它可能危及人们的生命安全,也可能引起建筑物和设备的严重破坏。一般来说,建筑物越高,遭受雷击的机率也越大,有关资料表明:雷击频率与建筑物高度的平方成正比,这就是高层建筑必须比一般建筑物更加重视避雷措施的关键之处。
2防雷技术简介在建筑物附近,具有巨大能量的雷云,只要机会成熟(即靠近了建筑物到一定的距离),它总要对建筑物倾泄其能量(雷击)。过去防雷常用的方法是主动的将靠近保护对象的雷云所带的电荷,通过预先设置的通道泄入地下,即使用避雷针作为防直击雷的措施。国家最新颁布的防雷规范是以避雷针为重要接闪器,即仍是以“避雷针法”在规范设计和施工。在过去长期的实践中,使用避雷针、避雷线、避雷网等来引雷的方法,并不能使被保护对象非常安全,这是因为大自然中雷云向其接近物体的放电机理是非常复杂的。现在所知,由于雷云和地面间所形成的高电场,随着距离的缩短而急剧升高,在放电前出现先导,这种先导会受到周围大气的影响,没有一定的方向。因此在雷击形就存在着绕击雷,即雷击点并不一定在避雷针的最高点,而会在避雷针的保护范围之内,也就是说虽然有了合格的避雷针保护,可仍然会出现雷害。
随着科学的进步,人们在防雷机制上由被动的引雷,转向为消减雷云能量,或屏蔽雷云,以实现减弱雷击,或消灭雷击的目的。
经过科学家们不断的研究和改进,目前已产生了多种消雷器装置。在这些产品中,当属(91)国科成办字第065号文推荐采用的“半导体少长针消雷器”使用得较多。
由相关资料介绍可知,目前的消雷器较避雷针防雷功能确实有一定提高,但高层建筑上使用“半导体少长针消雷器”后,也有消雷器遭雷击而损坏的事例。因此对于重要的高层建筑单一采用消雷器是远远不够的,必须采用综合防雷措施,使雷害降低到最低程度。不难想到,以消雷器连接接地体减少雷击发生机率(消),以均压笼(法拉第笼)等传统方法将雷电“堵”在大楼之外(堵),这样“消”“堵”结合以彻底防治雷害。
3云南电力大楼的防雷措施云南电力大楼高132m,是云南省电力系统最高管理机构所在地,楼内运行着大量高精尖的仪器、仪表和电子设备,是全省的电网调度指挥中心。
1995年我们经多次讨论和研究,决定采用如下综合防雷措施(云南省高层建筑中首家试用)(见附图):用半导体少长针消雷装置取代避雷针。
用法拉第均压笼,幕墙金属结构接地,铝合金窗框接地,以防止绕击雷,保护大楼内部。
用避雷带防雷(实际施工中因是上人屋面,女儿墙上的避雷带改为观赏性不锈钢扶手),以弥补高速移动雷云团所可能产生的消雷不足。
用氧化锌避雷器对大楼供电系统的10kV进线进行保护,同时对进线采用铠装电缆外皮接地和部分直埋以防雷电沿线路入侵。
通讯的交换机和计算中心的计算机等接地问题,采用铠装电缆从地下公共接地体汇流排单独引出,与机房接地排一点联接。
注:1当变压器装在楼内时。变压器的中性点与接地总汇集线之间宜采用双绞线连接;2根据需要亦可从接地总汇集线引出一根或多根从地层至高层的主接地线。各层分汇集线由它引出;3接地端子的位置。应与工艺设计中对接地的要求相应。
附图综合防雷系统的连接方式4施工中的经验防雷系统的好坏,不但是与设计有关,而且更重要的是在于施工的质量。防雷系统的整体施工质量,是不可能像水、电系统在施工的最后进行通水、通电来进行整体验收,只能依靠每个分部的施工质量来保证。
关于接地电阻:为了确保不要在雷击时产生跨步电压和反击等事故的危害,在设计上已采用接,人工接地体的水平连接带围绕大楼做成闭合回路。并因防雷接地网与电气接地网以及弱电接地网共用,整个接地网就要求接地电阻达到o.n以下(大楼经实测仅0.37)。接地体部分在施工中要仔细检查,在施工结束后还要认真测量电阻,以确保接地电阻的数值真实和系统正确。
消雷器的安装:对消雷器本身零配件的检查,一定要认真以保证其设备的完整性,因为它是消雷的关键。为能与主体均压连接,消雷器一定了将防雷建筑接地与门厅台阶的人工接地体相连大楼的接地方式是按单点接地的原理设计,即:强、弱电设备的工作接地、保护接地(包括屏蔽接地和建筑防雷接地)共同合用一组接地体的联合接地方式,以避免分散式接地地线之间潜在的耦合影响。当然由于消雷器的作用,发生雷电脉冲干扰的机率大为减少。
动力S明设备建筑接地主脐,交机要与接地主钢筋多点可靠连接。
避雷带的施工:避雷带一定要做成闭合回路,以防因雷电流脉冲形成感应电势。和消雷器一样,避雷带也一定要与接地主钢筋多点可靠连接。
量的最困难的部分。“法拉第笼”形成的关键在于整个的大楼施工中能否将建筑钢筋的连接做成电气连接。设计要求立柱的主筋都使用对接焊,并且在焊点的两侧都要焊接加强筋,每三层楼层的水平外围钢筋和每层金属门窗都要同立柱钢筋作电气连接。但是由于这样的连接数量太多,对于施工人员来说是较繁琐。因此要保证这一部分的工程质量,光靠质检人员加强检查等办法是不完善的,必须调动各方力量,并要不断地向施工人员讲清这一工作的重要性,让施工人员在提高认识的基础上,层层把关,才能使工程质量得到保证。
大楼屋面的防雷网:是由现浇板中的横向钢筋和纵向钢筋进行电气连接而成,不用专门布放其他防雷网。
通讯进出铠装电缆采用专用隧道,铠皮接地。
5结束语当前对于高层建筑的防雷,已由避雷针时代进入了消雷器时代,虽然国家还未颁布消雷器的正式规范,但这在防雷技术的观念上和机制上已是一个很大的飞跃,说明现代的人们已经可以运用掌握的知识部分消除或减弱大自然中所生成的雷云对于高层建筑的危害。
在高层建筑的防雷措施中,除了安装消雷器外,还要设置避雷带、“法拉第笼”等综合防雷措施,以确保建筑的安全。
对于一幢建筑,防雷设计很重要,但是施工的质量则更重要。施工质量是防雷措施中非常重要的一环,但它却容易在施工过程中受到轻视。
我们在132m高的云南电力大楼的防雷系统中,采用了上述的综合防雷措施,经过两年多的3个雷雨季节(近年来昆明气候异常,雷爆日很多),对于大楼内的所有强、弱电设备(价值数千万元)跟踪调查,无一设备因雷击而受损,更无危及人员安全的情况,目前防雷系统运行正常。
目前在另外两幢93m的高层住宅楼中,也采用了上述综合防雷措施,经过了一个雨季,目前防雷系统运行正常。
我向大家推荐,在高层建筑中可以试用我们已试过的上述综合防雷技术。
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