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建筑物外部防雷保护

来源:德恩拓 发布时间:2014-2-8 10:21:33

 随着我国国民经济的不断发展,我国的建筑业形成了较为兴旺的快速发展时期,各种形态的建筑物在全国各地不断涌现。通常一幢具有一定高度的建筑物或建筑群,都应该设置防雷保护系统。事实上防雷保护系统是一个整体的概念,在20世纪80年代中期国际电工委员会会议上(IECTC81)起草的国际建筑物防雷标准总则中就开始将建筑物防雷划分为外部防雷保护和内部防雷保护两个部分,前者是指接闪器、引下线和接地体等传统概念上的建筑防雷保护,而后者主要是指对雷电电磁脉冲(LEMP)等侵入的防护以及等电位联结的设置等。雷电对建筑物的危害在防雷保护的同时,也有必要谈一下雷电对建筑物的危害。所谓雷电现象是指自然界中雷云之间或雷云与地面之间迅猛放电的过程,一般高空上的雷云其上部区域带正电荷,下部带负电荷,而雷云中电荷的分布是不均匀的,会形成许多堆积中心,防雷器因此不论是在云中或是在云对地面之间,电场强度是不一样的。当云中电荷密集处的电场强度达到2530kVcm时,就会产生云对地面先导放电(对于较高的建筑物,雷电先导可由地面向上发出,称为上行雷)。当先导通道的前端接近地面时,可诱发迎面先导(通常起自地面的突出部分),当先导和迎导会合时,即形成了从云端到地面的强烈电离通道,这一现象即为雷电的主放电,此时雷鸣和闪电都会伴随出现。主放电存在的时间极短,约50100μs,主放电过程是逆着先导通道发展的,速度约为光速的1/21-1/2,主放电的电流可达数十万安培,是全部雷电电流中最主要的部分。通常可将雷电分为直击雷和感应雷。直击雷就是指雷云与地面突出物之间

 当建筑物的重要性较高,所处的地理环境较易受雷或有其他因素时,还可以在传统的接闪器的基础上加装一些非常规的、以中和或消减雷云电荷、加速电离为防雷机理的防雷装置。事实上目前世界上已有包括我国在内的许多国家的防雷专家们致力于防雷研究,推出了形式多样的非传统防雷装置。它们都以其不同的结构、不同的材质、不同的原理而达到相同的防雷目的。其主要的防雷机理可理解为,在传统的避雷针(富兰克林棒)的放电原理基础上,引入了“早期预放电、加速电离”的基本特征,使得避雷装置预先把自下而上的先导电荷引向来自云层的先导电菏,控雷云和防雷器装置之间的距离缩短,直到两种先导电流相互连接后产生一条电离子放电通道,发生主放电。这些避雷装置的共同特点是装置所产生的自下而上的先导电荷会大大先于传统的避雷针、网所产生的先导电荷,从而能提前进行积极的防雷保护,而使建筑物免遭雷击。引下分流影响也就是引下线对雷电分流效果的影响,引下线的粗细和数量直接影响分流效果。引下线多,每根引下线通过的雷电流就会变小,其感应范围就小,引下线相互之间的距离不应超过规范中的规定,同时应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降,这样不仅可以分流,而且还可以降低反击电压。接地良好的接地效果也是防雷保护成功的关键之一,每个建筑物都要考虑选择哪种接地方式的实际效果和经济性。一般钢筋混凝土或钢结构的大空间建筑物最好利用其桩基内的钢筋作为接地装置,并在整个基础内构成统一的联合接地体,这样做的好处在于,既能使接地体的接地电阻处在一个较低的值上,同时也不会因接地而带来太大的成本支出。均衡电位指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。如果能使建筑物内的结构钢筋与各种金属物及金属管线都能连接成统一的导电体,形成一个类似封闭的金属笼,它是一个具有极小接地电阻和引下线阻抗、以等电位为主体的法拉第笼。雷击时,能起到的均压屏蔽作用,构成一个等电位体,建筑物内就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的跨步电压,对防止雷电电磁脉冲干扰亦有很大好处。应用实例利用上述的防雷基本方式曾对上海浦东国际机场航站楼这样的大型建筑物作防雷保护设计。
    浦东机场航站楼地处上海浦东滨海地带,属上海地区多雷地域,易遭受雷暴侵扰。虽然航站楼建筑高度不是太高,但占地面积相当大,建筑物两端最长距离达14km,是个典型的大空间建筑物。由于其所处的环境以及建筑性质的重要性,因此设计时充分注重了对整个建筑物的防直击雷、侧击雷以及雷电电磁波侵入的保护。航站搂的屋面面积很大,且为薄的金属弧顶,其材质厚度为不超过0.5mm的彩钢板,外层涂有肤汰绝缘保护层。由于顶部的金属板材较薄,板材遭受雷击时其与闪击通道接触处易被熔化而遭烧穿,因此不宜直接利用薄金属弧顶作为接闪器,这从以下的论述中亦可得到证明。虽然一般金属体与闪击通道接触处的热过程可以通过计算来得出,但由于热过程极为复杂,因此得出的结果也不太准确。当然这一现象可用简化的模型表示假定,接触区的热分配与固定的电弧类同,电弧在金属电极产几乎与雷电流的大小无关,使金属加热的能量为W=UeQ(Q为流经雷击点的电荷,As),如考虑全部能量作用于热金属体时,雷击每库仑(As)电荷能熔化金属物的体积为:铁 VQ44mm3As,铜 VQ54mm3As,铝 V012mm3As。根据上述简式可大致算出金属物遭二次雷电闪击时可能会出现的被熔化的深度。如果雷击点处加热面积的直径取50100mm(其相应面积为1963-7854mm2),而对第二类防雷建筑一次闪击的总电量为225As时,铁的被熔化深度约为0127-0503mm。因此直接利用材质厚度为05m的薄钢板作接闪器时,会有顶板遭雷击而被烧穿或击坏的可能。因此设计时,在屋顶四周及中间均设置了避雷带。中间部分因为每间隔9m有一条金属顶窗,其顶部金属窗框厚度为7mm,此处可以利用金属窗框作避雷带。防雷器 避雷带与建筑物周边的钢柱连通构成防雷引下线,其间距不超过18m,周边玻璃幕墙的金属框均与引下线连通。利用桩基钢筋网构成联合接地体,楼内所有引下线均连接于接地体上,接地电阻实测小于02Ω。屋顶避雷采用Φ12mm的圆铜导体,表面进行防腐处理,处理后铜导体颜色与金属顶相近,以满足建筑美观要求且防腐。为确保防雷系统的可靠性,在整个航站楼屋顶上除了作传统的笼式防雷保护系统外,还设置了8套吸收反射式石英晶体防雷装置。该装置作用原理是应用自然界中和、吸收、反射物理现象来完成避雷,使被保护范围内的云层电荷与石英晶体防雷装置形成RLC高频天线回路,使云层内电荷因部分被吸收,部分被反射而进行一种云层内部温和的能量互换,将电荷均匀分布于云层内,从而防止电荷过于集中,降低雷击的形成,达到防雷效果。另外,这种装置有一个自感系数,也就是说对于类似雷暴这种高压变化率的现象是极高阻抗的,因此它不引雷,当雷电尚未形成之前,防雷装置侦测出并以共振产生的电磁场来驱散该保护范围内的电场能量,达到预防云层内部电荷过度积聚及驱散电荷重新分布的作用。因此装置所保护的类似球体形的区域内理论上不会遭受雷击。装置除了具有较好的安全防雷保护外,其最大优点在于其保护范围大,有效保护半径每套装置可达140m,因此对于占地面积相当大的航站楼,所采用的装置并不多,装置要求高出屋面顶仅11m,这样不会对建筑美观产生较大的影响,而又能很好地满足防雷目的。在航站楼建成后的三年时间里,该地区曾遭受过多次强雷暴的侵害,但均未对航站楼的防雷系统构成过威胁。2000年夏季,当地曾遭受特大强雷暴的侵袭,有一个高强度的雷电落在离航站楼边不到100m的范围内,造成航站楼外其他电站进线开关遭感应雷侵扰而跳闸,但航站楼及其设备均未受到雷电侵害,应该说整个航站楼具有较好的防雷效果。防雷器,避雷针,避雷器,三合一防雷器,信号防雷器,深圳安装避雷针,防雷公司

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