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建筑物防雷设计 
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                        建筑物防雷设计
高层建筑的特点是高耸空中,雷雨季节,雷击危害首当其冲。且年预计雷击次数随着建筑高度的增加而增加,同时现代高层建筑正在向智能化方向发展,一般都拥有大量的电子设备和网络系统,而这些设备大多数属于耐压等级和绝缘强度低,过电压能力差,线路上只要有几百伏乃至几十伏的浪涌电压,就会击穿破坏这些设备,且最怕受雷击(无论直击、侧击雷还是感应雷);再者高层建筑人员密集又大多为不熟悉电气的人员,电气设备很多,且很多电器常为人们所接触,跟工业建筑相比,空间比较小,电气线路纵横。现代高层建筑也正向智能化方向发展,楼宇自动化系统以至智能大厦也在一些大城市出现,这些建筑一般都拥有大量的电子设备和网络系统,由于微电子设备元器件的工作电压仅有几伏,电流仅有微安级,它们对闪电电磁脉冲的承受能力很低,很容易受到雷电波的冲击而损坏"传统防雷设计只重视外部防雷,而忽视内部防雷,造成一些高层建筑遭受雷击的事故时有发生"所以建立外部防雷和内部防雷的综合防雷系统日益紧迫。因此为了大厦、人员、设备等的安全,在高层建筑防雷设计中,必须将外部防雷和内部防雷统一考虑,只有这样才能真正控制雷击事故。
所谓整体观念是指设计和安装防雷装置时,对建筑物的内外都要有整体观念。这里的建筑内外不单是指内部防雷装置和外部防雷装置。建筑物内的整体观念是指设计和安装时,要对内部防雷装置和外部防雷装置做整体的统一的考虑;建筑物外的整体观念是指对一个院落、一个小区以及附近的环境要做全面的防雷规划,同时还不能违反小区规划的要求例如:所安装的避雷针杆塔是否影响小区的美观,所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置所保护等等。对接地装置也要综合统一考虑,例如,相距较近的建筑物能否共用接地体,地下管网能否用接地体的一部分,以及能否在一个大院或小区内为将来综合共用接地创造等电位连接的条件等等。
值得指出,利用建筑物附近的大树作为避雷针杆塔是一个较好的做法。大树最易接闪且越长越高,有时比建筑物还高。因此,避雷针应安装在树顶,引下线应沿树干设置而且应与建筑物的防雷装置相结合。这样既节约又美观,同时还保护了名贵的树木。利用大树安装避雷针不仅能防直击雷,而且能防球雷、绕击雷和侧击雷。例如,北京北海公园团城内在大树上安装的避雷针已运行了20多年,效果很好,但必须采取保护树干生长的措施。
现在各个城市的绿化越搞越好,高大的树木也越来越多。有的建筑物虽然安装了避雷针,但大树距建筑物很近并且比建筑物还高,在这种情况下,建筑物上的避雷装置实际上等于虚设。因为大树接闪的机会多,易引来直击雷和球雷,对邻近的建筑物威胁更大。所以说建筑物的防雷设计和安装应将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至全小区的防雷装置进行整体统一的考虑。不仅电气专业的设计者要有整体观念,建筑专业的设计者对防雷也要有整体观念。这是现代防雷设计观念转变的重要问题之一 。

第四章 雷电和防雷保护


4.1雷电现象及雷电的种类

4.1.1 雷电现象
  雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。在雷雨季节里,地面上的水分受热变成水蒸气,并随热空气上升,在空气中与冷空气相遇,使上升气流中的水蒸气凝成水滴或冰晶,形成积云。云中的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷,而且微小的水滴带负电,小水滴容易被气流带走形成带负电的云;较大的水滴留下来形成带正点的云。由于静电感应,带电的云层在大地表面会感应出云与云块异性的电荷,当电场强度达到一定值时,即发生雷云与大地之间的放电;在两块异性电荷的雷云之间,当电场强度达到一定值时,便发生云层之间放电。放电时伴随着强烈的电光和声音,这就是雷电现象。
  雷云放电时,也是由于雷云中的电荷逐渐聚集增加使其电场强度达到一定程度时,周围空气的绝缘性能就被破坏,于是正雷云对负雷云之间或者雷云对地之间,发生强烈的放电现象。其中尤以雷云对地放电(直接雷击)对地表的供电网络和建筑物的破坏性最大。
   雷云是产生雷电的基本因素,而雷云的形成必须具有下列三个条件:
① 空气中有足够的水蒸气;
② 有使潮湿的空气能够有上升并凝结为水珠的气象或地形条件;
③ 具有气流强烈持久地上升的条件。
雷电过电压是由雷云放电产生的,它是一种壮观的自然现象,包括闪电和雷鸣两种现象,两者相伴出现,因而常称之为雷电。最常见的雷云有热雷云和锋面雷云两种。垂直上升的湿热气流升至2-5km高空时,湿热气流中的水分逐渐凝结成浮悬的小水滴,小水滴越聚越多形成大面积的乌黑色积云。若此类积云由于某种原因而带电荷则称为热雷云。此外,水平移动的气流因温度不同,当冷、热气团相遇时,冷气团的容度较大,推举热气团上升。在它们的广泛的交界面上,热气团中的水分突然受冷凝结成小水滴及冰晶而形成翻腾的积云,此类积云如带电荷称为锋面雷云。一般情况,锋面雷云波及的范围比热雷云大得多,可能有几公里甚至十几公里宽的大范围地区,流动的速度可高达每小时100-200km。因此,它所形成的雷云危害性也较大。
雷云对地之间的电位是很高的,它对大地有静电感应。此时雷云下面的大地感应出异性的电荷,两者之间构成了一个巨大的空间电容器。雷云中或是在雷云对地之间,电场强度各处不一样。当雷云中任一电荷聚集中心处的电场强度达到25-30kv/cm时,空气开始游离,成为导电性的通道,叫做雷电先导。雷电先导进展到离地面大约在100-300m高度时,地面受感应而聚集的异号电荷更加集中,特别是易于聚集在较突起或较高的地面突出物上,于是形成了迎雷先导,向空中的雷电先导快速接近。当两者接触时,这时地面的异号电荷经过迎雷先导通道与雷电先导通道中的电荷发生强烈的中和,出现极大的电流并发出光和声,这就是雷电的主放电阶段。主放电阶段结束后,雷云中的残余电荷继续经放电通道入地,称为余辉阶段。余辉电流为100-1000A,持续时间一般为0.03-0.15s。

 
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