建筑物防雷與接地應用
防雷：
雷電是一種常見自然現象，能發生強烈的亮光、霹靂；落到地面上，會擊毀房屋、殺傷人畜，給人類帶來極大損害。因此防雷是現代建筑物、電氣設備和線路必須采用的重要安全維護辦法，防雷接地工程圖是建筑電氣工程圖中不可缺少的圖紙。
1、直接雷擊：指雷電對電氣設備或建筑物直接放電，放電時雷電流可達幾萬乃至幾十萬安培。直擊雷一般采用由接閃器、引下線、接地設備構成的防雷設備防雷。
2、雷電感應：指當雷云出現在建筑物的上方時，由于靜電感應，在屋頂的金屬上積累大量異號電荷，在雷云對其他地方放電后，屋頂上原來被約束的電荷對地構成感應雷，其電壓可達幾十萬伏。雷電感應的防止辦法是將感應電荷的屋頂金屬通過引下線、接地設備泄入大地。
3、雷電波侵入：指由于線路、金屬管道等遭受直接雷擊或感應雷而發生的雷電波沿線路、金屬管道等侵入變電站或建筑物而形成損害。對其防護問題，一般在線路進入建筑物處安裝避雷器進行防護。
4、雷電“反擊”：雷擊直擊雷防護設備時，雷電流經接閃器，沿引下線流入接地設備的過程中，由于各部分阻抗的作用，接閃器、引下線、接地設備上將發生不同的較高對地電位，若被維護物與其間距不夠時，會發生直擊雷防護設備對被維護物的放電現象，稱為“反擊”。
雷電“反擊”的防止辦法有兩種：一是使被維護物與直擊雷防護設備保持一定的安全間隔；二是將被維護物與直擊雷防護設備做等電位銜接，使其之間不存在電位差。
接閃器除避雷針外，還有避雷帶、避雷網、避雷線等。
建筑物的防雷分級：
建筑物根據其重要性、運用性質、發生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三級。可參見《建筑防雷設計規范》GB50057-2010。
1、一級防雷的建筑物
凡制造、運用或儲存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆破物質的建筑物，因電火花而引起爆破，會形成巨大破壞和人身傷亡者。
具有 0區或10區爆破風險環境的建筑物。
具有 1區爆破風險環境的建筑物，因電火花而引起爆破，會形成巨大破壞和人身傷亡者。
2、二級防雷的建筑物
國家級要點文物維護的建筑物。
國家級的會堂、工作建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。
國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物。
制造、運用或儲存爆破物質的建筑物，且電火花不易引起爆破或不致形成巨大破壞和人身傷亡者。
具有1區爆破風險環境的建筑物，且電火花不易引起爆破或不致形成巨大破壞和人身傷亡者。
具有2區或11區爆破風險環境的建筑物。
工業企業內有爆破風險的露天鋼質封閉氣罐。
估計雷擊次數大于0.06次/a的部、省級工作建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。
估計雷擊次數大于0.3 次/a的住宅、工作樓等一般性民用建筑物。
3、三級防雷建筑物
省級要點文物維護的建筑物及省級檔案館。
估計雷擊次數大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a 的部、省級工作建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。
估計雷擊次數大于或等于0.06次/a，且小于或等于 0.3 次/a的住宅、工作樓等一般性民用建筑物。
估計雷擊次數大于或等于0.06次/a的一般性工業建筑物。
根據雷擊后對工業生產的影響及發生的后果，并結合當地氣象、地形、地質及周圍環境等因素，確定需求防雷的21區、22區、23 區火災風險環境。
在均勻雷暴日大于15d/a的區域，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在均勻雷暴日小于或等于15d/a的區域，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。
注：建筑物年估計雷擊次數計算參見GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》附錄A
建筑物易受雷擊的部位：
建筑物易受雷擊部位與多種因素有關，特別是建筑物屋頂坡度與雷擊部位關系較大。
① 平屋面或坡度不大于1/10的屋面—檐角、女兒墻、屋檐，如圖（a）、（b）。
② 坡度大于1/10且小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐，如圖（c）。
③ 坡度不小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角，如圖（d）。
建筑物的防雷設備組成：
1、接閃器應由下列的一種或多種組成：
獨立避雷針； 架空避雷線或架空避雷網；
直接裝設在建筑物上的避雷針、避雷帶或避雷網。
（1）避雷針：安裝在建筑物突出部位或獨立裝設的針形導體。可以吸引雷電流進行放電，從而維護建筑物免受雷擊。
避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，其直徑不該小于下列數值：
針長1m以下：圓鋼為12mm；鋼管為20mm。
針長1～2m：圓鋼為16mm；鋼管為25mm。
煙囪頂上的針：圓鋼為20mm；鋼管為40mm。
（2）避雷帶和避雷網：避雷帶是設置于屋脊、屋檐、屋角、女兒墻和山墻等條形長帶；避雷網相當于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起，即可防直擊雷，又可防感應雷。
避雷網和避雷帶宜采用圓鋼或扁鋼，優先采用圓鋼。圓鋼直徑不該小于8mm。扁鋼截面不該小于48mm2，其厚度不該小于4mm。
當煙囪上采用避雷環時，其圓鋼直徑不該小于12mm。扁鋼截面不該小于100mm2，其厚度不該小于4mm。
（3）避雷線：架設在架空線路之上，維護架空線路免受直接雷擊。避雷線和避雷網宜采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。
2、引下線：銜接接閃器和接地設備的金屬導體。
引下線宜采用圓鋼或扁鋼，宜優先采用圓鋼，圓鋼直徑不該小于 8mm。扁鋼截面不該小于48mm2，其厚度不該小于4mm。
當煙囪上的引下線采用圓鋼時，其直徑不該小于12mm；采用扁鋼時，其截面不該小100mm2，厚度不該小于4mm。
引下線應沿建筑物外墻明敷，并經最短途徑接地；建筑藝術要求較高者可暗敷，但其圓鋼直徑不該小于10mm，扁鋼截面不該小于80mm2。
建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構件宜作為引下線，但其各部件之間均應連電氣通路。
采用多根引下線時，宜在各引下線上于距地面0.3m至1.8m之間裝設斷接卡。
當使用混凝土內鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡，使用鋼筋作引下線時應在室內外的適當地點設若干銜接板，該銜接板可供測量、接人工接地和作等電位銜接用。當僅使用鋼筋作引下線并采用埋于土壤中的人工接地體時，應在每根引下線上于距地面不低于0.3m處設接地體銜接板。采用埋于土壤中的人工接地體時應設斷接卡，其上端應與銜接板或鋼柱焊接。銜接板處宜有明顯標志。
在易受機械損壞和防人身接觸的地方，地面上1.7m 至地面下0.3m的一段接地線應采納暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等維護設施。
3、接地設備：接地體和接地線組成的總體稱為接地設備。
（1）接地體或接地極：直接與土壤接觸的金屬導體稱為接地體或接地極。接地體可分為人工接地體和自然接地體。
人工接地體是指專門為接地而裝設的接地體；自然接地體是指兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬管道及建筑物的混凝土基礎內鋼筋等。
（2）接地線：銜接于電氣設備接地部分與接地體間的金屬導線稱為接地線。
（3）接地設備相關規定：
埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼。圓鋼直徑不該小于10mm；扁鋼截面不該小于100 mm2，其厚度不該小于4mm；角鋼厚度不該小于4mm；鋼管壁厚不該小于3.5 mm。在腐蝕性較強的土壤中，應采納熱鍍鋅等防腐辦法或加大截面。接地線應與水平接地體的截面相同。
人工垂直接地體的長度宜為2.5m。人工垂直接地體間的間隔及人工水平接地體間的間隔宜為5m，當受地方約束時可適當減小。
人工接地體在土壤中的埋設深度不該小于0.5m。接地體應遠離由于磚窯、煙道等高溫影響使土壤電阻率升高的地方。
防直擊雷的人工接地體距建筑物出人口或人行道不該小于3m。當小于3m時應采納下列辦法之一：
水平接地體局部深埋不該小于1m；
水平接地體局部應包絕緣物，可采用50～80mm厚的瀝青層；
采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設50～80mm厚的瀝青層，其寬度應超越接地體2m。
埋在土壤中的接地設備，其銜接應采用焊接，并在焊接處作防腐處理。
建筑物防雷辦法：
1、一類防雷建筑物辦法
（1）應裝設獨立的避雷針或架空避雷線（網），使被維護的建筑物及其相關設備牌接閃器的維護范圍內。架空避雷網的網格尺寸不該大于5*5m或6*4m。
（2）獨立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網的各支柱處應至少設一根引下線。對用金屬制成或有焊接、綁扎銜接鋼筋網的桿塔、支柱，宜使用其作為引下線。
（3）獨立避雷針和架空避雷線（網）的支柱及其接地設備至被維護建筑物及與其有聯系的管道、電纜等金屬之間的間隔不得小于3米。
（4）架空避雷線至屋面和各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的間隔不得小于3米。
（5）當建筑物高于30米時，尚應采納防側擊辦法。
（6）當樹木高于建筑物且不在接閃器維護范圍之內時，樹木與建筑物之間的凈距不該小于5米。
2、二類防雷建筑物辦法
（1）宜采用裝設在建筑物上的避雷針或架空避雷線（網）或由其混合組成的接閃器，避雷網（帶）應沿屋角、屋脊和檐角等易受雷擊的部位敷設，并應在整個屋面組成不大于10*10m或12*8m。
（2）引下線不少于兩根，并應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不該大于18米。
（3）高度超越45米的建筑物，應采納防側擊和等電位維護辦法。
（4）有爆破風險的露天鋼質封閉氣罐，當其壁厚不小于4mm時，可不裝設接閃器，但應接地，且接地點不該少于兩處；兩接地點間距不宜大于30米，沖擊接地電阻不該大于30歐姆。
3、三類防雷建筑物辦法
（1）宜采用裝設在建筑物上的避雷針或架空避雷線（網）或由其混合組成的接閃器，避雷網（帶）應沿屋角、屋脊和檐角等易受雷擊的部位敷設，并應在整個屋面組成不大于20*20m或24*16m。平屋面的建筑物，當其寬度不大于20米時，可僅沿周邊敷設一圈避雷帶。
（2）引下線不少于兩根，并應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不該大于25米。周長不超越25米，高不超越40米，可只設一根引下線。
（3）磚煙囟、鋼筋混凝土煙囪，宜在煙囪上裝設避雷針或避雷環維護。多支避雷針應銜接在閉合環上。金屬煙囪應作為接閃器和引下線。
（4）高度超越60米的建筑物，應采納防側擊和等電位辦法。
4、滾球法：
在一定高度的避雷針下面，有一個安全區域，在這個區域中的物體基本上不致遭受雷擊，故稱為避雷針的維護范圍。單支避雷針維護范圍可以用“滾球法”求得，其形狀是一個對稱的錐體。
（1）當避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時：
① 距地面hr處作一平行于地面的平行線。
② 以避雷針針尖為圓心，以hr為半徑，作弧線交平行線于A、B兩點。
③ 別離以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該兩條弧線上與避雷針尖相交，下與地面相切，再將此兩條弧線以避雷針為軸旋轉180°，構成的圓弧曲面體空間便是避雷針的維護范圍。
④ 避雷針在hx高度x—x′平面上的維護半徑rx按下式確定：
（2）當避雷針高度h＞hr時，在避雷針上取高度hr的一點代替單支避雷針的針尖作為圓心，其余同第（1）條方法。
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