建筑物的防雷措施
建筑物是否需要進行防雷保護,應采取哪些防雷措施,要根據(jù)建筑物的防雷等級來確定。對于一、二類民用建筑,應有防直擊雷和防雷電波侵入的措施;對于第三類民用建筑,應有防止雷電波沿低壓架空線路侵入的措施,至于是否需要防止直接雷擊,要根據(jù)建筑物所處的環(huán)境以及建筑物的高度、規(guī)模來判斷。
一、防直擊雷的措施
防直擊雷采取的措施是引導雷云與避雷裝置之間放電,使雷電流迅速流散到大地中去,從而保護建筑物免受雷擊。避雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。
(一)接閃器
接閃器也叫做受雷裝置,是接受雷電流的金屬導體。接閃器的作用是使其上空電場局部加強,將附近的雷云放電誘導過來,通過引下線注入大地,從而使離接閃器一定距離內(nèi)一定高度的建筑物免遭直接雷擊。接閃器的基本形式有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、籠網(wǎng)4種。
避雷針的針尖一般用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。上部制成針尖形狀,鋼管厚度不小于3mm,長為1~2m。高度在20m以內(nèi)的獨立避雷針通常用木桿或水泥桿支撐,更高的避雷針則采用鋼鐵構架。
磚木結構房屋,可將避雷針敷于山墻頂部或屋脊上,用抱箍或?qū)︽i螺栓固定于梁上,固定部位的長度約為針高的1/3。避雷針插在磚墻內(nèi)的部分約為針高的1/3,插在水泥墻的部分約為針高的1/4~1/5。
避雷針的保護范圍可以用一個以避雷針為軸的圓錐形來表示。圖6-7-2為單根避雷針保護范圍示意圖,如果建筑物正處于這個空間范圍內(nèi),就能夠得到避雷針的保護。
避雷帶是用小截面圓鋼或扁鋼做成的條形長帶,裝設在建筑物易遭雷擊部位。根據(jù)長期經(jīng)驗證明,雷擊建筑物有一定的規(guī)律,最可能受雷擊的地方是屋脊、屋檐、山墻、煙囪、通風管道以及平屋頂?shù)倪吘壍。在建筑物最可能遭受雷擊的地方裝設避雷帶,可對建筑物進行重點保護。為了使對不易遭受雷擊的部位也有一定的保護作用,避雷帶一般高出屋面0.2m,而兩根平行的避雷帶之間的距離要控制在10m以內(nèi)。避雷帶一般用8mm鍍鋅圓鋼或截面不小于50mm2 的扁鋼做成,每隔1m用支架固定在墻上或現(xiàn)澆的混凝土支座上,如圖6-7-3所示。
避雷網(wǎng)相當于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起,它的原理與避雷帶相同,其材料采用截面不小于50mm2的圓鋼或扁鋼,交叉點需要進行焊接。避雷網(wǎng)宜采用暗裝,其距面層的厚度一般不大于20cm。有時也可利用建筑物的鋼筋混凝土屋面板作為避雷網(wǎng),鋼筋混凝土板內(nèi)的鋼筋直徑不小于3mm,并須連接良好。當屋面裝有金屬旗桿或金屬柱時,均應與避雷帶或避雷網(wǎng)連接起來。避雷網(wǎng)是接近全保護的一種防雷籠網(wǎng)是籠罩著整個 防雷籠網(wǎng)是籠罩著整個物的金屬籠,它是利用建筑結構配筋所形成的籠作接閃器,對于雷電它能起到均壓和屏蔽作用。接閃時,籠網(wǎng)上出現(xiàn)高電位,籠內(nèi)空間的電場強度為零,籠上各處電位相等,形成一個等電位體,使籠內(nèi)人身和設備都被保護。對于預制大板和現(xiàn)澆大板結構的建筑,網(wǎng)格較小,是理想的籠網(wǎng),而框架結構建筑,則屬于大格籠網(wǎng),雖不如預制大板和現(xiàn)澆大板籠網(wǎng)嚴密,但一般民用建筑的柱間距離都在7.5m以內(nèi),所以也是安全的。利用建筑物結構配筋形成的籠網(wǎng)來保護建筑,既經(jīng)濟又不損壞建筑物的美觀。
另外,建筑物的金屬屋頂也是接閃器,它好像是網(wǎng)格更密的避雷網(wǎng)一樣。屋面上的金屬欄桿,也相當于避雷帶,都可以加以利用。
(二)引下線
引下線又稱引流器,接閃器通過引下線與接地裝置相連。引下線的作用是將接閃器“接”來的雷電流引入大地,它應能保證雷電流通過而不被熔化。引下線一般采用圓鋼或扁鋼制成,其截面不得小于48mm2,在易遭受腐蝕的部位,其截面應適當加大。為避免腐蝕加快,最好不要采用膠線作引下線。
建筑物的金屬構件,如消防梯、煙囪的鐵爬梯等都可作為引下線,但所有金屬部件之間都應連成電氣通路。
引下線沿建(構)筑物的外墻明敷設,固定于埋設在墻里的支持卡子上。支持卡子的間距為1.5m。為保持建筑物的美觀,引下線也可暗敷設,但截面應加大。
引下線不得少于兩根,其間距不大于30m。而當技術上處理有困難的,允許放寬到40m,最好是沿建筑物周邊均勻引下。但對于周長和高度均不超過40m的建筑物,可只設一根引下線。當采用兩根以上引下線時,為了便于測量接地電阻以及檢查引下線與接地線的連接狀況,在距地面1.8m以下處,設置斷接卡子。
引下線應躲開建筑物的出入口和行人較易接觸的地點,以避開接觸電壓的危險。建筑物寬在12m以下的,引下線可裝在建筑物一側,建筑物寬在12m以上時,應裝于建筑物的兩側。
在易受機械損傷的地方,地面上1.7m至地面下0.3m的一段,可用竹管、木槽等加以保護。
在高層建筑中,利用建筑物鋼筋混凝土屋面板、梁、柱、基礎內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線,是我國常用的方法。
(三)接地裝置
接地裝置是埋在地下的接地導體(即水平連接線)和垂直打入地內(nèi)的接地體的總稱。其作用是把雷電流疏散到大地中去。接地裝置如圖6-7-4所示。
圖6-7-4接地裝置圖
接地體的接地電阻要小(一般不超過10Ω),這樣才能迅速地疏散雷電流。
一般情況下,接地體均應使用鍍鋅鋼材,使其延長使用年限,但當接地體埋設在可能有化學腐蝕性的土壤中時,應適當加大接地體和連接點的截面,并加厚鍍鋅層。各焊接點必須刷漳丹油或瀝青油,以加強防腐。
在安裝接地體時,首先從地面挖下0.8m左右,然后把接地體垂直打入地下,頂端與接地線焊接在一起。
為滿足接地電阻的要求,垂直埋設的接地體常不只1根,用水平埋設的扁鋼將它們連接起來,所采用扁鋼的截面不小于100mm2,扁鋼厚度不小于4mm。
為了減小相鄰接地體間的屏蔽效應,垂直接地體間的距離一般為5m,當受地方限制時,可適當減小。
接地體不應該在回填垃圾、灰渣等地帶埋設,還應遠離由于高溫影響使土壤電阻率升高的地方。接地體埋設后,應將回填土分層夯實。
當有雷電流通過接地裝置向大地流散時,在接地裝置附近的地面上,將形成較高的跨步電壓,危及行人安全,因此接地體應埋設在行人較少的地方,要求接地裝置距建筑物或構筑物出入口及人行道不應小于3m,當受地方限制而小于3m時,應采取降低跨步電壓的措施,如在接地裝置上面敷設50~80mm厚的瀝青層,其寬度超過接地裝置2m。
除了上述人工接地體外,還可利用建筑物內(nèi)外地下管道或鋼筋混凝土基礎內(nèi)的鋼筋作自然接地體,但須具有一定的長度,并滿足接地電阻的要求。
二、防雷電感應的措施
為防止雷電感應產(chǎn)生火花,建筑物內(nèi)部的設備、管道、構架、鋼窗等金屬物,均應通過接地裝置與大地作可靠的連接,以便將雷云放電后在建筑上殘留的電荷迅速引入大地,避免雷害。對平行敷設的金屬管道、構架和電纜外皮等,當距離較近,應按規(guī)范要求,每隔一段距離用金屬線跨接起來。
三、防雷電波侵入的措施
為防雷電波侵入建筑物,可利用避雷器或保護間隙將雷電流在室外引入大地。如圖6-7-6所示,避雷器裝設在被保護物的引入端。其上端接入線路,下端接地。正常時,避雷器的間隙保持絕緣狀態(tài),不影響系統(tǒng)正常運行;雷擊時,有高壓沖擊波沿線路襲來,避雷器擊穿而接地,從而強行截斷沖擊波。雷電流通過以后,避雷器間隙又恢復絕緣狀態(tài),保證系統(tǒng)正常運行。
圖6-7-6年示的保護間隙,是一種簡單的防雷保護設備,由于制成角型,所以也稱羊角間隙,它主要由鍍鋅圓鋼制成的主間隙和輔助間隙組成。保護間隙結構簡單,成本低,維護方便,但保護性能差,滅弧能力小,容易引起線路開關跳閘或熔斷器熔斷,造成停電。所以對于裝有保護間隙的線路上,一般要求裝設有自動重合閘裝置或自重合熔斷器與其配合,以提高供電可靠性。
圖6-7-6保護間隙
常用的閥型避雷器,其基本元件是由多個火花間隙串聯(lián)后再與一個非線性電阻串聯(lián)起來,裝在密封的瓷管中。一般非線性電阻用金鋼砂和結合劑燒結而成,如圖6-7-7所示。
圖6-7-7閥型避雷器
正常情況下,閥片電阻很大,而在過電壓時,閥片電阻自動變得很小,則在過電壓作用下,火花間隙被擊穿,過電流被引入大地,過電壓消失后,閥片又呈現(xiàn)很大電阻,火花間隙恢復絕緣。
為防止雷電波沿低壓架空線侵入,在入戶處或接戶桿上應將絕緣子的鐵腳接到接地裝置上。
此外,還要防止雷電流流經(jīng)引下線產(chǎn)生的高電位對附件金屬物體的雷電反擊。當防雷裝置接受雷擊時,雷電流沿著接閃器、引下線和接地體流入大地,并且在它們上面產(chǎn)生很高的電位。如果防雷裝置與建筑物內(nèi)外電氣設備、電線或其他金屬管線的絕緣距離不夠,它們之間就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象,這種情況稱之為 “反擊”。反擊的發(fā)生,可引起電氣設備絕緣被破壞,金屬管道被燒穿,甚至引起火災、爆炸及人身事故。
防止反擊的措施有兩種。一種是將建筑物的金屬物體(含鋼筋)與防雷裝置的接閃器、引下線分隔開,并且保持一定的距離。另一種是,當防雷裝置不易與建筑物內(nèi)的鋼筋、金屬管道分隔開時,則將建筑物內(nèi)的金屬管道系統(tǒng),在其主干管道外與靠近的防雷裝置相連接,有條件時,宜將建筑物每層的鋼筋與所有的防雷引下線連接。
四、建筑施工工地的防雷
施工15m以下的建筑物,由于高度不高,雷擊的可能性不大,故不必采取什么防雷措施。至于工地的臨時設施如倉庫、辦公室和宿舍等,一般不會太高,雖可不采取防雷措施,但要設滅火設施,以防雷擊或球形雷引起的火災。15m以上的施工建筑和臨時設施,由于雷擊的可能性較大,必須采取防雷措施。由于高層建筑物施工工地四周的起重機,腳手架等突出很高,木材堆積很多,萬一遭受雷擊,不但對施工人員的生命有危險,而且很易引起火災,造成事故,因此必須引起各方面有關人員的注意和掌握防雷知識。高層樓房施工期間,應該采取如下的防雷措施:
1.對于施工的高層建筑,在施工時首先應做好全部永久性的接地裝置,隨時將混凝土的主筋與接地裝置連接起來,利用它作接閃器及引下線,以對施工的建筑物本身進行保護。對各層地面的配筋,應隨時使其成為一個等電位面并與混凝土主筋接通。
2.沿建筑物的四角和四邊豎起的杉槁腳手架或金屬腳手架上,應做數(shù)根避雷針,并直接接到接地裝置上,使其保護到全部施工面積。其保護角可按60度計算。針長最少應高出杉槁30cm,以免接閃時燃燒木材。在雷雨季施工時,應隨杉槁的接高,及時加高避雷針。
3.施工用的起重機的最上端必須裝設避雷針,并將起重機下部的鋼架連接于接地裝置上。接地裝置應盡可能利用永久性接地系統(tǒng)。如系水平移動的起重機,其四個輪軸足以起到壓力接點的作用,須將其兩條滑行用鋼軌接到接地裝置上。
4.應隨時使施工現(xiàn)場正在綁扎鋼筋的各層地面,構成一個等電位面,以避免遭受雷擊時的跨步電壓。室外引來的各種金屬管道及電纜外皮,都要在進入建筑物的進口處,就近連接到接地裝置上。
五、建筑防雷平面圖
建筑防雷平面圖是在屋面平面圖的基礎上繪制的。圖中用圖例符號表示出避雷針、避雷帶等接閃器的安裝位置,引下線、接地裝置的安裝位置,說明接閃器、引下線及接地裝置選用材料的尺寸,以及對施工方法、接地電阻的要求等,作為安裝時的依據(jù)。
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