摘要: 通过近几年对新建建筑工程防雷设计图纸的审核实践,，新建建筑工程防雷图纸的审核工作,在全国各级气象防雷机构已开展,从建筑图纸审核结果看,大多数新建建筑物的防雷装置做到了与建筑工程项目的设计、施工同步进行,但还存在着设计不够专业、不够规范及不够系统等问题，本文通过对从接闪、分流、均压、屏蔽、接地和布线等防雷设计的6项要素出发对现代建筑物防雷设计提出了全面性、结构性、层次性和目的性等设计思路。 关键词：防雷工程 设计缺陷 潜在危害 设计思路 随着城市高层建筑的不断增多,信息系统的广泛应用,雷击对象也发生很大的变化,对近十年来已审核的图纸统计表明,需提出整改意见的占42%。在实际检测工作中也进一步证实，造成建筑物防雷先天不足，或对建筑物本身及内部设备和工作人员安全留下永久性雷击隐患的主要因素是，无防雷设计或设计不当。为此努力做好新建筑工程防雷设计图纸的审核工作是目前全国各级防雷机构的一项紧迫任务雷电电磁脉冲(LEMP) 危害正在显现,在一些地方甚至已成为主要雷灾,现代建筑物的防雷设计也因此面临着新的挑战。为此,现代建筑物的防雷设计,除严格执行国家规范并结合国际IEC 防雷标准外,还应根据实际情况进行综合考虑。 1、防雷设计缺陷的潜在雷灾危害 1.1 无防雷装置建筑物的直击雷灾害 直击雷主放电的电流峰值可高达几百千安,虽然它的峰值时间很短,但如此强大脉冲电流的直击雷若击在没有防雷装置的建筑物上，产生的危害将是很大的。 1.2雷电流的机械、热效应破坏危害强大 雷电流的机械、热效应破坏危害强大，雷电流通过被击的建筑物时会发热、升温。由于雷电流很大,作用的时间又短,没有防雷装置的建筑物其雷电通道的接地电阻相对较大,因此雷击建筑物瞬间将会产生巨大的热量,而这些热量又来不及散发,以致建筑物内部的水分大量变成蒸汽,并迅速膨胀产生强大的机械力造成破坏。雷电放电通道上的温度一般可达6000～10000 ℃[3 ],甚至高达数万度，此高温虽然维持时间只有几十微秒,但它碰到可燃物时能迅速燃烧，雷电的热效应可烧穿3 m 厚的铁板 [4]。那些利用金属屋面作接闪器的钢结构建筑物(如仓库、车间) ,如没有良好的接地装置,仍存在着遇雷击穿洞的危险。 1.3 雷电流冲击波的破坏危害 雷电通道的温度高达几千度至几万度,通道周围的空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩形成冲击波,该波在空气中传播其破坏性跟炸弹爆炸时对附近的建筑物和人、畜的损害一样。 1.4建筑物内部设备的感应雷灾 感应雷与直击雷相比其雷电流要小得多，但它生成的路径较多,危害的对象主要是建筑物内的弱电设备。 2、新建筑工程的防雷设计缺陷 2.1设计依据不够齐全 目前封丘建筑设计部门对建筑物的电气(包括防雷) 设计依据主要是《民用建筑电气设计规范》(JGJ / T16292)《低压配电设计规范》（GB50054—95） 和建设单位的意见。气象防雷部门对建筑物及设备的防雷设计依据除(JGJ / T16292 )之外,还有《建筑物防雷设计规范》( GB50057—94 )[1] 、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343—2004）[2]、《建筑物防雷》和《雷电电磁脉冲防护》IEC国际标准等。 2.2防雷设计考虑不够周全 对部分建筑物没有进行防雷设计。有的设计者仅从建筑物的高度考虑,认为较低的建筑物不需要防雷设计,而没有根据气象、地理、环境等条件、雷击选择规律和建筑物的用途性质、面积大小以及年预计雷击次数等因素来考虑建筑物是否需要防雷设计。 2.3设计者注重建筑物自身防雷的设计 设计者注重建筑物自身防雷的设计,即防直(侧) 击雷的设计,对建筑物内部设备的防雷尤其是对信息系统的屏蔽（LEMP）防护方面考虑不够全面: 2.3.1对一般建筑住宅，用避雷带或用带与针的组合来保护,而对综合性的高层建筑物(如:智能大厦) 也是采用针与带的组合来保护建筑物及天面上的设施，忽视了用主钢筋(作为引下线和“法拉第笼”)来防护直击雷和对信息系统的屏蔽（LEMP）。 2.3.2对进入建筑物的雷电引导体,设计者仅对电源进线和进出建筑物金属管道作防感应雷处理,而对那些信息线路和接至有关设备的电源线路都没有考虑防感应雷措施,认为这些都应由线路设计者和设备使用者考虑解决。 3、现代建筑物防雷设计思路 3.1 建筑物防雷设计的全面性 建筑物防雷系统由接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地等6 项要素组成，这些要素自身结构与建筑物的结构有机地组成一个整体，这个整体与外部环境有着多方面的联系。因为雷电活动是一种随机过程，它可以在空中放电,可以对地放电，它可能击在建筑物天面上也可能击建筑物四周侧面上，还可能击在建筑物附近的架空输电线、各种金属管道上。雷电对建筑物及其内部设备的作用是多途径的，有直击雷击,有沿金属管路、各种线路引入的雷电涌，还有空中传播的LEMP，因此对建筑物的防雷设计不能片面，应全面系统地对不同形式的雷电采用不同防止措施。如果不能用避雷针来防止侵入建筑物内的雷电涌和LEMP ,将可能产生非常严重的后果。 3.2建筑物防雷设计的结构性 现代建筑物大量采用钢结构和钢筋混凝土结构，而且体积高大,本身具有较强的耐雷击能力，因此设计时应把防雷诸要素与建筑物的结构有机地结合起来，利用钢筋构成协调的防雷结构，使之发挥出整体的最优防雷功能。如按照雷击建筑物部位的规律及建筑物使用的重要性在建筑物屋面采用避雷网，在屋面突出部分或通讯设施上安装避雷针或带；利用建筑物的结构钢筋作引下线，并适当增加引下线的根数，从屋顶开始就增多雷电的分流支路，对减少各层的反击电压和减少各分支电流的电磁感应都有良好的作用；利用各层楼板钢筋或高(多) 层建筑物均压环与作引下线的主筋连接，有利于均压的形成，有效降低室内反击电压和有利于对空中电磁场的屏蔽；从各层梁、板、柱内主筋焊出接头，便于与室内设备接地母线连接；利用四周圈式接地体和基础钢筋接地网，便于与引入建筑物的各种金属管道、电缆屏蔽层连接；为避免流经建筑物外墙柱内钢筋的雷电流产生的电磁感应，信息系统及各种电气线路应放置或敷设在建筑物内的中心部位处。设计时能把防雷系统诸多要素与建筑物结构有机结合好，不但可以降低建设投资，还能获得最佳的防雷效果。 3.3 建筑物防雷设计的层次性 建筑物防雷系统设计的层次性是指将建筑物需要保护的空间划分为几个防雷保护区，有利于指明对L EMP 有不同敏感度的空间，有利于根据设备的敏感性确定合适的连接点。可以根据不同防雷保护区雷电磁场衰减的分布情况，确定不同性质设备的布设位置；对所有穿过不同保护区界面的金属物进行等电位连接，并在每个界面处加设屏蔽措施；合理布线并对进入不同保护区的电缆、线路在不同界面处选择不同特性的过压保护器，进行分流和限压。通过层层防设使侵入到信息系统防雷保护区的雷电干扰信号降到最低程度。 参考资料： 1 建筑物防雷技术规范 GB 50057-94（2004版） 2 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004 3 苏邦礼,崔秉球,吴望平,等. 雷电与避雷工程. 广州:中山大学出版社,1999. 29 - 33
摘要: 通过近几年对新建建筑工程防雷设计图纸的审核实践,，新建建筑工程防雷图纸的审核工作,在全国各级气象防雷机构已开展,从建筑图纸审核结果看,大多数新建建筑物的防雷装置做到了与建筑工程项目的设计、施工同步进行,但还存在着设计不够专业、不够规范及不够系统等问题，本文通过对从接闪、分流、均压、屏蔽、接地和布线等防雷设计的6项要素出发对现代建筑物防雷设计提出了全面性、结构性、层次性和目的性等设计思路。 关键词：防雷工程 设计缺陷 潜在危害 设计思路 随着城市高层建筑的不断增多,信息系统的广泛应用,雷击对象也发生很大的变化,对近十年来已审核的图纸统计表明,需提出整改意见的占42%。在实际检测工作中也进一步证实，造成建筑物防雷先天不足，或对建筑物本身及内部设备和工作人员安全留下永久性雷击隐患的主要因素是，无防雷设计或设计不当。为此努力做好新建筑工程防雷设计图纸的审核工作是目前全国各级防雷机构的一项紧迫任务雷电电磁脉冲(LEMP) 危害正在显现,在一些地方甚至已成为主要雷灾,现代建筑物的防雷设计也因此面临着新的挑战。为此,现代建筑物的防雷设计,除严格执行国家规范并结合国际IEC 防雷标准外,还应根据实际情况进行综合考虑。 1、防雷设计缺陷的潜在雷灾危害 1.1 无防雷装置建筑物的直击雷灾害 直击雷主放电的电流峰值可高达几百千安,虽然它的峰值时间很短,但如此强大脉冲电流的直击雷若击在没有防雷装置的建筑物上，产生的危害将是很大的。 1.2雷电流的机械、热效应破坏危害强大 雷电流的机械、热效应破坏危害强大，雷电流通过被击的建筑物时会发热、升温。由于雷电流很大,作用的时间又短,没有防雷装置的建筑物其雷电通道的接地电阻相对较大,因此雷击建筑物瞬间将会产生巨大的热量,而这些热量又来不及散发,以致建筑物内部的水分大量变成蒸汽,并迅速膨胀产生强大的机械力造成破坏。雷电放电通道上的温度一般可达6000～10000 ℃[3 ],甚至高达数万度，此高温虽然维持时间只有几十微秒,但它碰到可燃物时能迅速燃烧，雷电的热效应可烧穿3 m 厚的铁板 [4]。那些利用金属屋面作接闪器的钢结构建筑物(如仓库、车间) ,如没有良好的接地装置,仍存在着遇雷击穿洞的危险。 1.3 雷电流冲击波的破坏危害 雷电通道的温度高达几千度至几万度,通道周围的空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩形成冲击波,该波在空气中传播其破坏性跟炸弹爆炸时对附近的建筑物和人、畜的损害一样。 1.4建筑物内部设备的感应雷灾 感应雷与直击雷相比其雷电流要小得多，但它生成的路径较多,危害的对象主要是建筑物内的弱电设备。 2、新建筑工程的防雷设计缺陷 2.1设计依据不够齐全 目前封丘建筑设计部门对建筑物的电气(包括防雷) 设计依据主要是《民用建筑电气设计规范》(JGJ / T16292)《低压配电设计规范》（GB50054—95） 和建设单位的意见。气象防雷部门对建筑物及设备的防雷设计依据除(JGJ / T16292 )之外,还有《建筑物防雷设计规范》( GB50057—94 )[1] 、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343—2004）[2]、《建筑物防雷》和《雷电电磁脉冲防护》IEC国际标准等。 2.2防雷设计考虑不够周全 对部分建筑物没有进行防雷设计。有的设计者仅从建筑物的高度考虑,认为较低的建筑物不需要防雷设计,而没有根据气象、地理、环境等条件、雷击选择规律和建筑物的用途性质、面积大小以及年预计雷击次数等因素来考虑建筑物是否需要防雷设计。 2.3设计者注重建筑物自身防雷的设计 设计者注重建筑物自身防雷的设计,即防直(侧) 击雷的设计,对建筑物内部设备的防雷尤其是对信息系统的屏蔽（LEMP）防护方面考虑不够全面: 2.3.1对一般建筑住宅，用避雷带或用带与针的组合来保护,而对综合性的高层建筑物(如:智能大厦) 也是采用针与带的组合来保护建筑物及天面上的设施，忽视了用主钢筋(作为引下线和“法拉第笼”)来防护直击雷和对信息系统的屏蔽（LEMP）。 2.3.2对进入建筑物的雷电引导体,设计者仅对电源进线和进出建筑物金属管道作防感应雷处理,而对那些信息线路和接至有关设备的电源线路都没有考虑防感应雷措施,认为这些都应由线路设计者和设备使用者考虑解决。 3、现代建筑物防雷设计思路 3.1 建筑物防雷设计的全面性 建筑物防雷系统由接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地等6 项要素组成，这些要素自身结构与建筑物的结构有机地组成一个整体，这个整体与外部环境有着多方面的联系。因为雷电活动是一种随机过程，它可以在空中放电,可以对地放电，它可能击在建筑物天面上也可能击建筑物四周侧面上，还可能击在建筑物附近的架空输电线、各种金属管道上。雷电对建筑物及其内部设备的作用是多途径的，有直击雷击,有沿金属管路、各种线路引入的雷电涌，还有空中传播的LEMP，因此对建筑物的防雷设计不能片面，应全面系统地对不同形式的雷电采用不同防止措施。如果不能用避雷针来防止侵入建筑物内的雷电涌和LEMP ,将可能产生非常严重的后果。 3.2建筑物防雷设计的结构性 现代建筑物大量采用钢结构和钢筋混凝土结构，而且体积高大,本身具有较强的耐雷击能力，因此设计时应把防雷诸要素与建筑物的结构有机地结合起来，利用钢筋构成协调的防雷结构，使之发挥出整体的最优防雷功能。如按照雷击建筑物部位的规律及建筑物使用的重要性在建筑物屋面采用避雷网，在屋面突出部分或通讯设施上安装避雷针或带；利用建筑物的结构钢筋作引下线，并适当增加引下线的根数，从屋顶开始就增多雷电的分流支路，对减少各层的反击电压和减少各分支电流的电磁感应都有良好的作用；利用各层楼板钢筋或高(多) 层建筑物均压环与作引下线的主筋连接，有利于均压的形成，有效降低室内反击电压和有利于对空中电磁场的屏蔽；从各层梁、板、柱内主筋焊出接头，便于与室内设备接地母线连接；利用四周圈式接地体和基础钢筋接地网，便于与引入建筑物的各种金属管道、电缆屏蔽层连接；为避免流经建筑物外墙柱内钢筋的雷电流产生的电磁感应，信息系统及各种电气线路应放置或敷设在建筑物内的中心部位处。设计时能把防雷系统诸多要素与建筑物结构有机结合好，不但可以降低建设投资，还能获得最佳的防雷效果。 3.3 建筑物防雷设计的层次性 建筑物防雷系统设计的层次性是指将建筑物需要保护的空间划分为几个防雷保护区，有利于指明对L EMP 有不同敏感度的空间，有利于根据设备的敏感性确定合适的连接点。可以根据不同防雷保护区雷电磁场衰减的分布情况，确定不同性质设备的布设位置；对所有穿过不同保护区界面的金属物进行等电位连接，并在每个界面处加设屏蔽措施；合理布线并对进入不同保护区的电缆、线路在不同界面处选择不同特性的过压保护器，进行分流和限压。通过层层防设使侵入到信息系统防雷保护区的雷电干扰信号降到最低程度。 参考资料： 1 建筑物防雷技术规范 GB 50057-94（2004版） 2 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004 3 苏邦礼,崔秉球,吴望平,等. 雷电与避雷工程. 广州:中山大学出版社,1999. 29 - 33