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現(xiàn)代建筑防雷體系探討

文檔作者：呂俊霞文檔來源：河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月04日
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·防雷技術(shù)·
呂俊霞(19 63 —) , 女,
講師, 從事電工電子
教學(xué)工作。
現(xiàn)代建筑防雷體系探討
呂俊霞
(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系, 河南南陽　473009)
摘　要: 為了避免雷電給人們生命財產(chǎn)造成極大損失,對現(xiàn)代建筑防雷體系進(jìn)行
了深入的探討研究。介紹了現(xiàn)代防雷技術(shù)的特點、防雷分區(qū)、現(xiàn)代防雷體系組成、
防雷技術(shù)水平等。最后指出,要將現(xiàn)代的被動式防雷技術(shù)措施變成主動,在高空
區(qū)域消滅雷害之源。
關(guān)鍵詞: 現(xiàn)代建筑; 雷電; 過電壓; 防雷體系; 防雷區(qū); 雷電電磁脈沖
中圖分類號: TU 856　文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A　文章編號: 167428417 ( 2010) 0520045204
0　引　言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,人類經(jīng)過長期的
探索與實踐,已經(jīng)積累了許多防雷知識,形成了
一系列行之有效的防雷方法,逐步建立起現(xiàn)代防
雷體系。
所謂現(xiàn)代防雷體系,就是在分析雷害成因的
基礎(chǔ)上,劃分不同層次的防雷區(qū)域, 采用不同的
防雷措施,全方位、多層次地裝設(shè)保護(hù)裝置,這樣
可在很大程度上提高整體防雷的可靠性。
現(xiàn)代防雷體系是一項重大的系統(tǒng)工程,它正
面臨著概念上和方法上的轉(zhuǎn)變。常規(guī)的避雷針
和避雷線主要是一維空間防御;避雷帶和避雷網(wǎng)
是二維空間防御;現(xiàn)代防雷體系則是三維立體空
間防御。
在現(xiàn)代防雷體系中,防御的界限大大延伸
了,因為閃電和雷電電磁脈沖(L ightning Electro2
Magnetic Pulse, LEMP)是發(fā)生在整個空間范圍內(nèi)
的,從大氣對流層直接到大地表層以下,全面危
及人類的生命和財產(chǎn)安全。上自航空航天飛行
器,下至地下的電纜、光纜、油管、氣管、礦井等,
無不受其侵襲,因此,應(yīng)把防雷的界限延伸至更
廣闊的范圍。把需要保護(hù)的空間劃分成不同的
防雷區(qū),層層設(shè)防,既經(jīng)濟(jì)省事,又安全可靠。
1　現(xiàn)代防雷技術(shù)的特點
在現(xiàn)代防雷技術(shù)理論中, 閃電是電流源,防
雷的基本途徑就是要提供雷電流(包括雷電電磁
脈沖輻射) 對地泄放的合理阻抗途徑。簡言之,
就是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。
德國專家希曼斯基在《過電壓保護(hù)理論與實
踐中》提出了現(xiàn)代防雷保護(hù)的3道防線:
(1) 外部保護(hù):將絕大部分雷電流直接引入
大地泄散。
(2) 內(nèi)部保護(hù):防止沿電源線或數(shù)據(jù)線、信
號線侵入的雷電波危害設(shè)備。
(3) 過電壓保護(hù):限制被保護(hù)設(shè)備上的雷電
流過電壓幅值。
這3道防線互相配合,各盡其職,缺一不可。
雷電的防護(hù)可分為兩方面,即直擊雷的防護(hù)和雷
電感應(yīng)的防護(hù)。
1. 1　直擊雷的防護(hù)
直擊雷防護(hù)的主要設(shè)計依據(jù)為IEC 131221～
3《雷電電磁脈沖的防護(hù)》、GB 50174—1993《電子
計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》、GB 7450—1987《電子設(shè)
備雷擊保護(hù)導(dǎo)則》、GB 50057—1994《建筑物防雷
設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。目前,防直擊雷都采用避雷
針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器,然后通
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·防雷技術(shù)·
過良好的接地裝置迅速、安全地把它送回大地。
1. 2　雷電感應(yīng)的防護(hù)
雷電感應(yīng)的防護(hù)是指從整體和系統(tǒng)上建立
起三維防護(hù)體系,主要應(yīng)在被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成的系
統(tǒng)中采取以下措施。
( 1) 電源防雷。配電系統(tǒng)電源防雷應(yīng)視實
際情況確定其防護(hù)級別,避雷器采用的是B、C、D
三級防雷方式。第一級保護(hù)(B級)一般安裝在
建筑物輸入電源總配電室內(nèi)的進(jìn)線配電柜上或
樓內(nèi)單元輸入電源的主配電盤上,主要用于保護(hù)
整幢建筑物用電設(shè)備或單位的主要用電設(shè)備。
第二級保護(hù)( C級)主要安裝在設(shè)備配電柜上。
第三級保護(hù)(D級)主要安裝在各個用電設(shè)備的
電源端,用于保護(hù)最終的用電設(shè)備。
( 2) 信號系統(tǒng)防雷。與電源防雷一樣,信號
系統(tǒng)的防雷主要采用信號避雷器。目前,數(shù)據(jù)網(wǎng)
絡(luò)常采用的方式有電話線、專線、X. 25、DDN和
幀中繼等,通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要采用調(diào)制解調(diào)器、
路由器和遠(yuǎn)程中斷控制器等。通常根據(jù)通信線
路的類型、通信頻帶、線路電平等選擇通信避雷
器,將通信避雷器串聯(lián)或并聯(lián)于通信線路上。
(3) 等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)是將正常不
帶電(或不傳輸信息)的、未接地或未良好接地的
設(shè)備金屬外殼、電纜的金屬外皮、建筑物的金屬
構(gòu)架、金屬管線的橋架與接地系統(tǒng)作電氣聯(lián)結(jié),
防止在這些物件上由于感應(yīng)雷高電壓或接地裝
置上雷電入地高電位的傳遞造成對設(shè)備內(nèi)部絕
緣、電纜芯線的反擊。等電位聯(lián)結(jié)的目的是減少
需要防雷的空間內(nèi)金屬部件和各系統(tǒng)之間的電
位差,防止雷電反擊。
(4) 金屬屏蔽及重復(fù)接地。在做好以上措
施的基礎(chǔ)上,還應(yīng)采用有效的屏蔽、重復(fù)接地等
方法,避免架空導(dǎo)線直接進(jìn)入建筑物內(nèi)配電系統(tǒng)
和信號系統(tǒng),盡可能采用埋地電纜引入,并用金
屬導(dǎo)管屏蔽。屏蔽金屬管在進(jìn)入建筑物或機(jī)房
前重復(fù)接地,最大限度地衰減,從各種線纜上引
入雷電高電壓。
圖1　建筑物防雷區(qū)域劃分示意圖
2　防雷分區(qū)
根據(jù)GB 50057—1994 和IEC 6131221,應(yīng)將
建筑物需要進(jìn)行保護(hù)的空間劃分為不同的防雷
區(qū),以區(qū)分各部分LEMP的嚴(yán)重程度和相應(yīng)的防
護(hù)對策。從電磁兼容( EMC)的觀點來看,由外到
內(nèi)可分為LPZ0A區(qū)、LPZ0B區(qū)、LPZ1區(qū)、LPZn +1
區(qū)( = , , 3?)幾級保護(hù)區(qū)。各區(qū)以其交界處
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·防雷技術(shù)·
的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的
特征。
通常,防雷區(qū)的級數(shù)越高,電磁環(huán)境參數(shù)就
越好。規(guī)定的各防雷區(qū),除了LPZ0A與LPZ0B
區(qū)之間無界面外,其余各防雷區(qū)之間均有明確分
割的交界面。在兩個防雷區(qū)的交界面附近,應(yīng)將
所有穿過交界面的金屬物體、電纜屏蔽層、金屬
管道作等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)的目的在于減
小防雷保護(hù)區(qū)內(nèi)各金屬物與各系統(tǒng)之間的電位
差。
3　現(xiàn)代防雷體系的組成
現(xiàn)代防雷體系從大地及其外圍空間來說,可
劃分為3 個防雷層次,即高空防雷區(qū)、低空防雷
區(qū)和地下防雷區(qū)。這3個防雷區(qū)域各有一定的
獨立性,相互又有一定的關(guān)系,可以說3個防雷
區(qū)域是3個子防雷體系,由3個子防雷體系組成
總防雷體系。
3. 1　高空防雷區(qū)
高空防雷區(qū)位于大氣對流層,在地面以上約
2～14 km。在雷雨季節(jié),該區(qū)域經(jīng)常有大量雷云
生成, 容易發(fā)生云閃和直接雷擊, 同時形成
LEMP,對現(xiàn)代宇宙火箭、飛行器和航空、航天飛
機(jī)等造成了巨大的破壞。
該區(qū)內(nèi)各物體都可能遭到直接雷擊,且電磁
場強(qiáng)度沒有衰減,因此按IEC 6131221 的標(biāo)準(zhǔn)來
區(qū)分,應(yīng)屬于LPZ0A區(qū)。
3. 2　低空防雷區(qū)
低空防雷區(qū)是地面上空的防雷區(qū)域,高度范
圍約為0～1 km。在該區(qū)域內(nèi),雷擊的主要形式
是直擊雷和LEMP,它給地面生物、建筑物、電力
設(shè)備和信息系統(tǒng)等帶來了巨大危害。由于該區(qū)
域是人類的主要生活空間,所以防雷特別重要。
除了常規(guī)的防避直擊雷的接閃裝置外,為了防避
直擊雷電磁脈沖對現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的侵襲,必
須采取一些新的綜合防護(hù)措施,如限壓型和開關(guān)
型SPD,整體的與局部的電磁屏蔽裝置, 聯(lián)合接
地與等電位聯(lián)結(jié)裝置等。在該區(qū)域內(nèi),又以建筑
物為主題劃分為不同層次的防雷區(qū)。
3. 3　地下防雷區(qū)
地下防雷區(qū)是指在地面以下的防雷區(qū)域。
有人認(rèn)為地下的設(shè)施就不會遭受雷擊,事實卻相
反。如埋在地下的電纜與光纜就時常會遭受雷
擊,地下隧道、地鐵和地下礦井作業(yè)也多次發(fā)生
雷害事故。
電纜與光纜的防雷措施基本相同,主要有兩
種方法。一種方法是采用避雷線(也稱為排流
線) ,即在地下電纜(或光纜)的上方敷設(shè)1條或
2條與電纜(或光纜)平行的金屬線。當(dāng)有雷電
流到來時,電流將大部分從排流線流走,從而保
護(hù)了下部的線纜。避雷線也可安裝在地面上方,
與地下線纜平行,避雷效果更好,施工也方便。
另一種方法是在線纜外加裝金屬管,也能達(dá)到可
靠的保護(hù)效果。
4　現(xiàn)代防雷體系特點
根據(jù)上述分析,現(xiàn)代防雷體系的主要特點可
歸納如下:
(1) 現(xiàn)代防雷體系的范圍包括高空防雷區(qū)、
低空防雷區(qū)和地下防雷區(qū)3個層次。這3個層
次的防雷效果是互相聯(lián)系、互相影響的。
(2) 現(xiàn)代防雷體系中要考慮的雷擊形式,除
直擊雷外,還有L EMP、雷電波侵入和高電壓放電
等。
(3) 現(xiàn)代防雷體系的各種技術(shù)措施都不是
孤立的,而是互相聯(lián)系、互相影響的。如建筑物
防直擊雷安裝避雷針與室內(nèi)電子設(shè)備防LEMP
安裝SPD,兩者是互相聯(lián)系的,在總體防雷效果
上是互補的。建筑物各防雷區(qū)SPD的防電涌效
果與接地和等電位聯(lián)結(jié)關(guān)系又是密切的。
(4) 現(xiàn)代防雷技術(shù)是多種科學(xué)知識的結(jié)晶。
它應(yīng)用到的技術(shù)和基礎(chǔ)理論包括線性與非線性
電路理論、電磁場理論、氣體放電理論、高頻傳輸
線理論、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、固體及
氣體微電子技術(shù)、高電壓技術(shù)、模擬及數(shù)字電子
技術(shù)、新材料技術(shù)等。
(5) 現(xiàn)代防雷體系是一項重大的系統(tǒng)工程,
從雷電防護(hù)專業(yè)性質(zhì)來分,主要包括3 個子系
統(tǒng):直擊雷防御系統(tǒng)、雷擊電磁脈沖防御系統(tǒng)、雷
電探測及預(yù)警系統(tǒng)。
5　防雷技術(shù)水平的提高
目前,提高防雷技術(shù)需從兩個方面開展工
作①不斷探討和完善現(xiàn)代防雷理論; ②開發(fā)和
· ·
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·防雷技術(shù)·
研制新一代的防雷產(chǎn)品?，F(xiàn)代避雷器應(yīng)同時具
有以下技術(shù)性能。
( 1) 具有完全的防雷功能,即雷電陡波和雷
電幅值同樣具有限壓保護(hù)作用。
( 2) 其防雷保護(hù)作用不會造成網(wǎng)絡(luò)接地故
障或線間短路故障,是保證網(wǎng)絡(luò)正常、安全運行
的重要要求。
( 3) 動作特性應(yīng)具有長期運行穩(wěn)定性,避免
受暫態(tài)過電壓危害。
( 4) 具有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力。
( 5) 具有較小的外形尺寸,更便于安裝。
( 6) 具有較高的技術(shù)性能指標(biāo)和低損耗。
( 7) 具有5～10 a的使用壽命。
在國民經(jīng)濟(jì)的許多重要領(lǐng)域(如郵電、廣電、
金融、電力、公路等) ,防雷已是熱門話題。這是
因為電子信息設(shè)備的廣泛應(yīng)用引發(fā)了對傳統(tǒng)防
雷技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,因此應(yīng)推動各種防雷新產(chǎn)
品的開發(fā)和研制,使現(xiàn)代防雷技術(shù)不斷地創(chuàng)新和
完善。對于電子信息系統(tǒng)總的防雷原則如下:
( 1) 將絕大部分雷電流通過接閃器直接接
閃引入地下泄散(外部保護(hù)) 。
( 2) 阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)信號線引入的雷
電過電壓波(外部保護(hù)及過電壓保護(hù)) 。
( 3) 限制被保護(hù)設(shè)備上的浪涌過電壓幅值。
為了消除雷電引起的毀滅性電位差,在一個
完整的防雷系統(tǒng)中必須實施等電位聯(lián)結(jié)。目的
是減小需要防雷的空間各金屬部件和各系統(tǒng)之
間的電位差。電源線、信號線要通過過電壓保護(hù)
器進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié), 金屬管道、設(shè)備機(jī)殼、電源
線、信號線的屏蔽體都要實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié),建筑
物各個內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要進(jìn)行局部等
電位聯(lián)結(jié),各個局部等電位采用等電位聯(lián)結(jié)棒相
互聯(lián)結(jié),并最后與主電位母線聯(lián)結(jié)為一體。電位
均衡聯(lián)結(jié)就是使導(dǎo)體良好地導(dǎo)電性聯(lián)結(jié),使它們
達(dá)到電位相等,為雷電流提供低阻抗的通道,使
它迅速泄散入地。
6　結(jié)　語
從防護(hù)效果方面來看,現(xiàn)代防雷技術(shù)是成功
的、可靠的,對保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全和信息系
統(tǒng)的正常運行起到了很大的作用,但是還不能做
到絕對可靠。其主要原因在于現(xiàn)代防雷技術(shù)措
施是被動式的。要變被動為主動,必須從根本上
控制雷電的形成和發(fā)展,即在高空區(qū)域就把雷害
之源消除掉。這一方面依賴于新型消雷技術(shù)的
發(fā)展,另一方面依賴于高性能雷電探測和預(yù)警系
統(tǒng)的建立。
[ 1 ] 　周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華. 電氣電子系統(tǒng)防雷接地
實用技術(shù)[M ]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2005.
[ 2 ] 　楊金夕. 防雷、接地及電氣安全技術(shù)[M ]. 北京:
機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.
[ 3 ] 　王時煦. 建筑物防雷設(shè)計[M ]. 北京: 中國建筑工
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[ 4 ] 　芮靜康. 建筑物防雷與電氣安全技術(shù)[M ]. 北京:
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[ 5 ] 　浙江神龍電器有限公司. 防雷常識[G ]. 2007.
收稿日期: 2009 - 10 - 09
D iscussion about L igh tn ing Protect ion System in M odern Bu ild ing
LV J un xia
(Henan Poly2technical Institute, Nanyang 473009, China)
　　Abstra c t: Modern lightning protection system wa s deeply disscussed and re sea rched to avoid great loss of people’s
life and p rope rty caused by lightning. The charac teristic s of mode rn lightning protection technology, lightning protec tion
zoning, composition ofmodern lightning protection system, lightning p rotec tion leve l were introduced. A t last, it was
pointed out tha t it should change the pa ssive lightning p rotec tion technology into the active one and elim inate the source
of lightning in the air.
K y ; ; 2 ; y ;
; ( L M )
· ·
e word s: m odern bu ild ing lightn in g over vo lta ge lightn in g pr otec tion s stem l igh tn ing pr otect ion
a r ea lightn in g e lectr oma gne tic pulse E P
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