建筑的高层化和智能化已成为城市发展的一种趋势。高层建筑比一般建筑遭受雷击的概率要大得多, 而一旦遭雷击, 损失将非常严重。普通建筑物防雷保护的避雷装置引入了强大的雷电流通过引线入地, 在附近空间产生了强大的电磁场变化, 会在相邻的导线上感应出雷电过电压, 因此普通建筑物防雷系统不但不能保护高层建筑物内的电子设备与计算机系统, 反而可能会引入雷电。因此, 高层建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题。
本文针对高层建筑的雷击破坏三种形式, 有针对性的论述高层建筑的防雷措施。
1 高层建筑的防雷电措施
传统的直击雷防护措施, 一般是在建筑物屋面装设接闪器, 由接闪器和引下线将雷电流导人接地极, 流向大地, 防雷系统是由接闪器、引下线和接地装置三大部分组成。高层建筑属于一、二类建筑物, 必须采取防直击雷的措施。综合已有技术的特点, 高层建筑的防雷电可从以下几个方面实现。
1.1 提高建筑物的自然屏蔽能力
充分利用建筑物的钢筋混泥土结构组成的经济可靠的笼式避雷网增加引下线数量, 加速雷电流的分流, 减少磁场集中程度。加强所有外露的金属门窗与结构的, 提建的然能力。
1.2 混凝土浇灌前, 各钢筋之间必须构成电气连接
利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线, 并与建筑物基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架连接起来, 形成闭合良好的法拉第笼, 建筑内竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连, 均压环应与防雷装置专设引下线相连。混凝土浇灌前, 各钢筋之间必须构成电气连接。主要是作为接地体的桩筋与承台的连接, 选定作为引下线和均压环屏蔽网的梁柱筋驳接处必须作牢固的焊接, 而不能绑扎, 使之成为可靠的电气通道。当建筑物超过30m高时, 应将30m及墙上的栏杆, 金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接。
1.3 选用新型避雷针和接闪器
在楼顶设计由避雷带, 避雷针或混合组成的接闪器或选用新型避雷针和接闪器, 传统避雷针在引雷后引发地电位反击和二次雷击效应。为了减少雷电流陡度和电磁辐射场, 应选用阻抗型的避雷针和接闪器等, 或者采用提前放电式避雷针, 提前放电式避雷针的主要原理是将一个高脉冲电压系列加在普通避雷针尖端, 来引发自发电晕效果, 形成上行先导, 从而吸引雷电流使其更准确地通过避雷针形成的泄放通道泄放雷电流。由于提前放电式避雷针在雷电泄放前提前放电, 形成上行先导, 所以它将传统避雷针的被动吸引雷电流变为主动吸引雷电流。
2 高层建筑雷电波侵入的防护措施
建筑物内电源系统的防雷保护包括建筑物电源进线的防雷保护和接到建筑物内电子设备的电源部分的防雷保护。
配电变压器是交流供电系统的重要设备, 对配电变压器采取防雷保护措施, 一方面可以防止变压器自身受到雷电过电压的损坏, 提高向建筑物内电子设备供电的可靠性;另一方面也可以防雷电过电压波通过变压器传播到建物内的电源系统, 使电子设备得到保护。在变压器的高、低压侧均装设避雷器。高压侧装设三个串联间隙氧化锌避雷器, 低压侧也装设三个串联间隙氧化锌避雷器。高压侧的三个避雷器应尽量靠近变压器, 其接地端直接与变压器的金属外壳相连, 以减小雷电暂态电流在引线寄生电感上产生的压降。当雷电过电压波沿高压线路传播到变压器时, 高压侧避雷器动作, 由于它们的接地端与变压器金属外壳及低压侧中性点都连在一起后接地, 作用在变压器高压一侧的主绝缘上的电压只是避雷器的残压, 而不含接地电阻及接地引下线寄生电感上的压降。
建筑物内电子设备使用的交流电源通常是由供电线路从户外交流电网引人的。当雷击子电网附近或直击于电网时, 能够在线路上产生过电压波, 这种过电压波沿线路传播进入户内, 通过交流电源系统侵入电子设备, 造成电子设备的损坏。同时, 雷电过电压波也能从交流电源侧或通信缅路传播到直流电源系统, 危及直流电源及其负载电路的安全。为了避免雷电由交流供电电源线路入侵, 可在建筑物的变配电所的高压柜内的各相安装避雷器作为一级保护, 在低压柜内安装氧化锌防雷装置作为第二级保护, 以防止雷电侵入建筑物的配电系统。具体又有电子设备电源的单极保护和电子设备电源的三级保护两种方法。
3 高层建筑物内电子信息系统的综合防雷措施
随着时代的发展, 以避雷针为主体的传统防雷技术仅能保护建筑物本身, 其局限性越来越显露出来。但这些措施并不能完全消除电网中由雷电而引起的暂态过电压, 感应雷电脉冲一般都在千伏以上。一般来说, 直击雷击中高层智能建筑内的电子设备的可能性很小, 通常不必安装防护直击雷的设备。感应雷是造成电子设备损坏的根本原因。感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有以下三条途径: (1) 雷电的地电位反击电压通过接地体侵入; (2) 由交流供电电源线路入侵; (3) 由通信信号线路入侵。不管通过哪种形式, 哪种途径入侵, 都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏或严重干扰。
3.1 均压措施
当雷击发生时, 在雷电暂态电流所经过的路径上将会产生暂态电位升高, 使该路径与周围的金属物体之间形成暂态电位差, 如果这种暂态电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度, 就会导致对金属物体的击穿放电。为了消除雷电暂态电流路径与金属物体之间的击穿放电, 需要对室内的各种金属构件进行等电位连接, 形成一个电气上连续的整体, 这样就可以在发生雷击时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电位差, 使得它们彼此间等电位, 并维持在地电位的水平, 这就是均压措施。
3.2 接地措施
在电子设备和电子系统中, 各种电路均有电位基准, 将所有的基准点通过导体连接在一起, 该导体就是设备或系统内部的地线, 如果将这些基准点连接到一个导体平面上, 则该导体就称为基准平面, 所有信号都是以该平面作为零电位参考点。接地措施又分为工作接地和安全接地两种。电子设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面, 并为该高频干扰信号提供低阻抗的通道, 以及使屏蔽措施能发挥良好的效能。工作接地主要有浮地、单点接地和多点接地三种方式。在发生雷击时, 强大的雷电暂态电流流过建筑物的接地系统将引起暂态电位抬高, 危及设备及人身的安全。在建筑物内, 将电子设备与强电设备共用一个接地系统是比较容易实现的, 不过这种共地也会带来一些副作用。
3.3 屏蔽措施
电子设备中大量采用半导体器件和集成电路, 这些电子和微电子元器件是十分脆弱的, 由电击产生的电磁脉冲可以直接辐射到这些元件器上, 也可以在电源或信号线上感应出暂态过电压波, 沿线路侵入电子设备, 使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施, 电子设备常用的屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室的外部金属网和电缆的金属外套等, 采用屏蔽措施对于保证电子设备的正常和安全运行来说是十分重要的。
摘要：针对高层建筑防雷保护这一关键的安全问题, 从高层建筑雷击破坏的三种形式出发, 分别阐述了防雷技术措施。
关键词：高层建筑,防雷技术,措施