2 外部防雷裝置與內部防雷裝置

　　國際電工委員會編制的標準（IEC1024－1）將建筑物的防雷裝置分為兩大部分：外部防雷裝置和內部防雷裝置。筆者認為，這樣劃分很有必要，建筑物的防雷設計必須將外部防雷裝置和內部防雷裝置作為整體統(tǒng)一考慮。

　　外部防雷裝置（即傳統(tǒng)的常規(guī)避雷裝置）由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器（也叫接閃裝置）有三種形式：避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，它位于建筑物的頂部，其作用是引雷或叫截獲閃電，即把雷電流引下。引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。

　　內部防雷裝置的作用是減少建筑物內的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外，所有為達到此目的所采用的設施、手段和措施均為內部防雷裝置，它包括等電位連接設施（物）、屏蔽設施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。

　　隨著電子設備的廣泛使用，雷電電磁脈沖的危害也相對嚴重起來。1992年6月22日國家氣象局中心大樓發(fā)生雷擊事故，北京－東京的同步線路的調制解調器被擊壞，致使線路中斷46小時，另一主機的一塊異步板被擊壞，導致8條線路中斷，影響了國際通訊。其他地點因雷電電磁脈沖干擾而導致電子設備損壞的例子還有不少。這類例子說明，只設計外部防雷裝置而不配之內部防雷手段，接閃器再好，也無法獲得好的防雷效果。

　　防雷工程是一種系統(tǒng)工程。筆者早在1960年作人民大會堂工程總結及寫作《建筑物防雷設計》一書時就提出了建筑物防雷設計的六項重要因素，目的是提醒人們要整體地、全面地考慮建筑物防雷設計。這六項要素是：

　?。?）接閃功能：指實現(xiàn)接閃功能所應具備的條件，包括接閃器的形式（避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)）、耐流耐壓能力、連續(xù)接閃效果、造價以及接閃器與建筑物的美學統(tǒng)一性等。

　?。?）分流影響：指引下線對分流效果的影響。引下線的粗細和數(shù)量直接影響分流效果，引下線多，每根引下線通過的雷電流就小，其感應范圍就小。引下線相互之間的距離不應小于規(guī)范中的規(guī)定。當建筑物很高，引下線很長時，應在建筑物的中間部位增加均壓環(huán)，以減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，而且還可以降低反擊電壓。

　　（3）均衡電位：指使建筑物內的各個部位都形成一個相等的電位，即等電位。若建筑物內的結構鋼筋與各種金屬設置及金屬管線都能連接成統(tǒng)一的導電體，建筑物內當然就不會產(chǎn)生不同的電位，這樣就可保證建筑物內不會產(chǎn)生反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓，對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備也有很大的好處。鋼筋混凝土結構的建筑物最具備實現(xiàn)等電位的條件，因為其內部結構鋼筋的大部分都是自然而然地焊接或綁扎在一起的。為滿足防雷裝置的要求，應有目的地把接閃裝置與梁、板、柱和基礎可靠地焊接、綁扎或搭接在一起，同時再把各種金屬設備和金屬管線與之焊接或卡接在一起，這就使整個建筑物成為良好的等電位體。

　?。?）屏蔽作用：屏蔽的主要目的是使建筑物內的通信設備、電子計算機、精密儀器以及自動控制系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的危害。建筑物內的這些設施，不僅在防雷裝置接閃時會受到電磁干擾，而且由于它們本身靈敏性高且耐壓水平低，有時附近打雷或接閃時，也會受到雷電波的電磁輻射的影響，甚至在其他建筑物接閃時，還會受到從該處傳來的電磁波的影響。因此，我們應盡量利用鋼筋混凝土結構內的鋼筋，即建筑物內地板、頂板、墻面、及梁、柱內的鋼筋，使其構成一個六面體的網(wǎng)籠，即籠式避雷網(wǎng)，從而實現(xiàn)屏蔽。由于結構構造的不同，墻內和樓板內的鋼筋有疏有密，鋼筋密度不夠時，設計人應按各種設備的不同需要增加網(wǎng)格的密度。良好的屏蔽不僅使等電位和分流這兩個問題迎刃而解，而且對防御雷電電磁脈沖也是最有效的措施。此外，建筑物的整體屏蔽還能防球雷、側擊和繞擊雷的襲擊。

　?。?）接地效果：指接地效果的好壞。良好的接地效果也是防雷成功的重要保證之一。每個建筑物都要考慮哪種接地方式的效果最好和最經(jīng)濟。筆者認為，當鋼筋混凝土結構的建筑物符合規(guī)范條件時，應利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。當達不到規(guī)范中規(guī)定的條件或基礎包在防水卷材層內時，可做周圈式接地裝置，但應將周圈式接地裝置預先埋在基礎槽的最外邊（不必離開建筑物3m以外）。接地體靠近基礎內的鋼筋有利于均衡電位，同時還可節(jié)省為挖深溝所花費的人力和物力。在基礎完工后再挖深溝則易影響基礎的穩(wěn)定性。

　　對木結構和磚混結構建筑物，必須做獨立引下線并采用獨立接地方式。當土壤電阻率大，使用接地極較多時，也可做周圍式接地裝置。因為周圈式接地裝置的沖擊阻抗小于獨立接地裝置的沖擊阻抗，而且有利于改善建筑物內的地電位分布，減小跨步電壓。采用獨立式接地方式時，以鉆孔深埋接地極（約4~12m）的效果為最好，深孔接地極容易達到地下水位，且能減少接地極的用鋼量。

　?。?）合理布線：指如何布線才能獲得最好的綜合效果。現(xiàn)代化的建筑物都離不開照明、動力、電話、電視和計算機等設備的管線，在防雷設計中，必須考慮防雷系統(tǒng)與這些管線的關系。為了保證在防雷裝置接閃時這些管線不受影響，首先，應該將這些電線穿于金屬管內，以實現(xiàn)可靠的屏蔽；其次，應該把這些線路的主干線的垂直部分設置在高層建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應的范圍。在管線較長或橋架等設施較長的路線上，還需要兩端接地；第三，應該注意電源線、天線和屋頂高處的彩燈及航空障礙燈等線路的引入做法，防止雷電波侵入。除考慮布線的部位和屏蔽外，還應在需要的線路上加裝避雷器、壓敏電阻等浪涌保護器。因此，設計室內各種管線時，必須與防雷系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

　　3 安全隔離距離與等電位連接

　　在建筑物內部，就總體來說，防雷措施可分為安全隔離距離和等電位連接兩大類。安全隔離距離指在需要防雷的空間內，兩導電物體之間不會發(fā)生危險的火花放電的最小距離，即不會發(fā)生反擊的最小距離。等電位連接的目的是減小或消除內部防雷裝置各個部位上所產(chǎn)生的電位差，包括靠近進戶點的外來導體上的電位差。

　　筆者主張，若采用安全距離法就應嚴格按照《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057－94）規(guī)定的各類防雷措施去計算；若采用等電位連接法，就應徹底實現(xiàn)等電位。木結構和磚混結構結構應采用安全距離措施，鋼筋混凝土結構和鋼結構應采用等電位連接措施。

　　5球雷

　　在國際建筑物防雷標準（IEC/TC－81）和我國的《建筑物防雷設計規(guī)范》中，均沒有對球雷的防護作出規(guī)定。在筆者的調查中，北京地區(qū)的球雷事故還是不少的，球狀閃電約占閃電統(tǒng)計總數(shù)的13.7％。盡管國內外科技人員對球狀閃電的形成機理尚無一致的觀點，但對其性質、狀態(tài)和危害還是比較清楚的。

　　球雷（即球狀閃電）是一種橙色或紅色的類似火焰的發(fā)光球體，偶爾也有黃色、藍色或綠色的。大多數(shù)火球的直徑在10～100cm左右。球雷多在強雷暴時空中普通閃電最頻繁的時候出現(xiàn)。球雷通常沿水平方向以1～2m/s的速度上下滾動，有時距地面0.5～1m，有時升起2～3m。它在空中漂游的時間可由幾秒到幾分鐘。球雷常由建筑物的孔洞、煙囪或開著的門窗進入室內，有時也通過不接地的門窗鐵絲網(wǎng)進入室內。最常見的是沿大樹滾下進入建筑物并伴有嘶嘶聲。球雷有時自然爆炸，有時遇到金屬管線而爆炸。球雷遇到易燃物質（如木材、紙張、衣物、被褥等）則造成燃燒，遇到可爆炸的氣體或液體則造成更大的爆炸。有的球雷會不留痕跡地無聲消失，但大多數(shù)均伴有爆炸聲且響聲震耳。爆炸后偶爾有硫磺、臭氧或二氧化碳氣味。球雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比破壞力要大。

　　下面是一個典型的球雷實例：1982年8月16日，釣魚臺迎賓館兩處同時落球雷，均為沿大樹滾下的球雷。一處在迎賓館的東墻邊，一名警衛(wèi)戰(zhàn)士當即被擊倒，該戰(zhàn)士站在2.5m高的警衛(wèi)室前，距落雷的大樹約3m，樹高20多米。球雷落下的瞬間，他只感到一個火球距身體很近，隨后眼前一黑就倒了。醒來后，除耳聾外并無其他損傷。但該警衛(wèi)室的混凝土頂板外檐和磚墻墻面被擊出幾個小洞，室內電燈被打掉，電燈的拉線開關被打壞，電話線被打斷，估計均為電磁感應的電動力所致。另一處在迎賓館院內的東南區(qū)，距警衛(wèi)室約100m，也是沿大樹滾下。距樹2m處有個木板房（倉庫），該房在三棵14～16m高大槐樹包圍之中，球雷沿東側的大樹滾下后鉆窗進屋，窗玻璃外有較密的鐵絲網(wǎng)，但沒有接地，鐵絲網(wǎng)被擊穿8個小洞，窗玻璃被擊穿兩個小洞。球雷燒焦了東側木板墻和東南房角，燒毀了室內墻上掛的兩條自行車內胎，燒壞了該室的膠蓋閘，室內的電燈線也被燒斷。落雷大樹下放有十多盤鋼筋、8輛鐵推車和6個空汽油桶。這此金屬物都是招引雷電的條件。

　　防護球雷并不困難，應該在規(guī)范或標準中規(guī)定相應的措施。就防護球雷措施而言，最好是籠式避雷網(wǎng)，如果達不到籠式避雷網(wǎng)條件，就在建筑物的門窗上安裝金屬紗網(wǎng)并接地；堵好建筑物墻面上不必要的孔洞；煙囪與出氣管上口均要加裝鐵絲網(wǎng)并接地；儲存或損傷易燃易爆物體的倉庫和廠房的煙囪和放氣管應加裝阻火器并接地。對高大樹木下的重要建筑物尤其要采取防護球雷的措施。