建筑物防雷技术优化方案

1.雷的形成与雷的危害

（1）雷的形成

雷是带有不同电荷的雷云之间或雷云与大地之间产生放电的一种自然现象。雷云的形成主要是在闷热的天气里，地面上的水汽蒸发上升形成饱和水蒸气，水蒸气在强烈上升的气流作用下产生水滴的分裂现象，在分裂的过程中形成的微细水滴带负电，而其余的大水滴带正电，风将带负电的水滴带到高空，形成雷云的基本块体。带正电的水滴以雨的形式降落到地面或保持悬浮状态，在雷云中形成正电荷的积聚。

空中带负电的雷云与大地形成巨大的电容器，在地表上感应有正电荷。当雷云与大地间的电场强度达到25～30kV/cm时，就造成了闪电的发展条件。雷云与大地之间放电所形成的线形雷是雷云放电多种形式之一。使建筑物及电力设备遭受损失的雷电绝大多数与此种放电形式有关。

（2）雷的危害

直击雷引起的热效应、机械力效应、反击、跨步电压以及雷电流引起的静电感应、电磁感应，直击雷或感应雷沿架空线路进入建筑物，都会引起损坏建筑物、损坏设备、伤害人畜等严重后果。另外，根据有关资料表明，世界上约有80%的森林水灾是由于雷击引发。

据媒体报道，2007年5月23日下午，重庆市某小学突然遭遇雷击。雷击共造成该小学四、六年级学生伤亡46人，其中，死亡7人，重伤19人，轻伤20人。

2008年10月28日凌晨，从甲机场飞往乙机场的某航班起飞后不久在335～457m之间的高度时遭到雷击，飞机前端雷达罩被雷击出一个50cm×50cm的洞，洞内焦黑，如图7-14所示，最后迫使飞机返航。此次雷击未造成人员伤亡。

1）雷电流的热效应。由于雷电电流大，作用时间短，产生的热量绝大多数转换成接雷器导体的温升。雷电通道的温度可以高达6000～10000℃，可以烧穿3mm厚的钢板，可以使草房和木房、树木起火以致森林等引起火灾。所以安装在建筑物中的接雷器导体面积必须执行有关技术规范，合理选择，否则会由于接雷引起的高温而熔化。

2）雷电流的机械效应。发生雷击时，雷电流会产生很强的机械力。产生机械力的原因有很多，原因之一是遭受雷击的物体由于瞬间升温，使内部的水分化成汽或气体产生急剧膨胀，引起巨大的爆破力。因此雷击会将大树劈开或拦腰截断、将墙击倒或使建筑物屋面开裂、将烟囱击倒等现象。另外，由于雷电流通道的温度高达6000～10000℃，会使空气受热膨胀，以超声波速度向四周扩散，四周空气被强烈压缩，形成激波，被压缩的空气外围称激波前，激波前到达的地方，使空气的压力突然升高，激波前过后，压力又会迅速下降到低于大气压力，这就是雷电引起的气浪，它会给人类与自然界带来严重的危害。

图7-14 在高空飞行时遭雷击的飞机

（3）防雷装置上的高电位对建筑物等的反击

防雷装置遭受雷击时，在接闪器、引下线及接地装置上产生很高的电压，当其离建筑物及其他金属管道距离较近时，防雷装置上的高压就会将空气击穿，对其他建筑物及金属管道造成破坏，这就是雷电的反击。所以，当建筑物、金属管道与防雷装置不相连时，则应离开一段距离，以防止雷电反击现象的出现。

（4）跨步电压及接触电压

遭受雷击时，接地体将雷电流导入地下，在其周围的地面就有不同的电位分布，离接地极越近，电位越高，离接地极越远，电位越低。当人在接地极附近跨步时，由于两脚所处的电位不同，在两脚之间就存在电位差，这就是跨步电压。此电压加在人体上，就有电流流过人体。当雷击时产生的跨步电压超过人体所能承受的最大电压时，人就会受到伤害。

在雷击接闪时，被击物或防雷装置的引流导体都具有很高的电位，如果此时人接触此物体，就会在人体接触部位与脚站立地面之间形成很高的电位差，使部分雷电流分流进入体内，造成伤亡事故。特别是多层、高层建筑采用统一接地装置，虽然在进户地面处设等电位连接，但在较高的楼层上雷击时触及水暖和用电设备的外壳，仍有很高的电位差，因此，这类建筑物的梁、柱、地板及各类管道、电源PE线等，每层应该做等电位连接，以减小接触电位差。

（5）静电感应及电磁感应

静电感应和电磁感应是雷电的二次效应。因为雷电流具有很大的幅度和陡度，在它的周围空间形成强大变化的电场和磁场，因此会产生电磁感应和静电感应。

当有导体处在强大变化的电磁场中，就会感应产生很高的电动势，开环电路就可能在开口处产生火花放电，这就是沉浮式油罐及钢筋混凝土油罐在雷击时易于起火爆炸的原因。若在10kV及以下的线路上感应较高的电动势，则会导致绝缘的击穿；造成设备的损坏。在雷击前，雷云和大地之间造成强大的电场，这时地面凸出物的表面会感应出大量与雷云极性相反的电荷。雷云放电后，电场消失，若大地建筑物上的感应电荷来不及泄放便形成静电感应电压，此值可达100～400kV，同样会造成破坏事故。所以，在防直击雷的同时还要防感应雷。

（6）架空线路的高电位引入

电力、通信、广播等架空线路，受雷击时产生很高的电位，形成电压电流行波，沿着网络线路引入建筑物，这种行波会对电气设备造成绝缘击穿，烧坏变压器，破坏设备，引起触电伤亡事故，甚至造成损坏建筑物等事故。

2.建筑的防雷等级

按建筑物的重要性、使用性质和发生雷电的可能性及后果，《民用建筑电气设计规范》把民用建筑的防雷分为三级。

（1）一级防雷的建筑物

1）具有特别重要用途的建筑物。如国家级的会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑；特大型、大型铁路旅客站；国际性的航空港、通信枢纽；国宾馆、大型旅游建筑、国际港口客运站等。

2）国家级重点文物保护的建筑物和构筑物。

3）高度超过100m的建筑物。

（2）二级防雷的建筑物

1）重要的或人员密集的大型建筑物，如省、部级办公楼；省级会堂、档案馆、博展、体育、交通、通信、广播等建筑；大型商店、影剧院等。

2）省级重点文物保护的建筑物和构筑物。

3）19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。

4）省级及以上的大型计算机中心和装有重要电子设备的建筑物。

（3）三级防雷的建筑物

1）当年计算雷击次数大于等于0.05次时，或通过调查确认需要防雷的建筑物。

2）建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物。

3）高度超过15m的烟囱、水塔等孤立的建筑物或构筑物。在雷电活动较弱地区（年平均雷暴日不超过15）其高度可为20m及以上。

4）历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的重要建筑物。

3.建筑物易受雷击的部位

建筑物的性质、结构及建筑物所处位置等都对落雷有着很大影响，特别是建筑物楼顶坡度与雷击部位关系较大。建筑物易受雷击的部位有平屋面或坡度小于1/10的屋面的檐角、女儿墙、屋檐；坡度大于1/10且小于1/2屋面的屋角、屋脊、檐角、屋檐；坡度大于1/2的屋面的屋角、屋脊、檐角。

在屋脊设有避雷带保护的情况下，当屋檐处于屋脊避雷带的保护范围内时，屋檐上可不设避雷带。

4.建筑物的防雷保护措施

我国政府高度重视防雷减灾工作。要求各有关部门要站在全面落实科学发展观、对人民群众生命财产安全极端负责的高度，充分认识防雷减灾工作重要性和当前雷电灾害多发的严峻形势，消除麻痹思想和侥幸心理，切实增强责任感和使命感。要认真贯彻落实“预防为主、防治结合”的方针，按照防雷减灾工作的有关法律法规要求，进一步加强领导，严格落实防雷减灾责任制，做到任务逐级分解，责任层层落实，努力减少雷电灾害和损失。要健全雷击事故责任追究制度，因防护措施不到位或灾害应急处置不得力造成重大事故的，要依法追究有关人员的责任。在这方面，我国政府制订了许多强制性措施。如发布了《国务院办公厅关于进一步做好防雷减灾工作的通知》（国办发明电[2006]28号），国家有关职能部门2011年7月11日颁布了《防雷减灾管理办法》等。

图7-15 避雷网安装示意图(www.xing528.com)

建筑物的防雷保护措施主要是装设防雷装置。防雷装置是由接闪器、引下线、接地装置、过电压保护器及其他连接导体组成。接闪器是指直接受雷击的避雷针、避雷带（线）、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。图7-15所示为避雷网安装示意图。引下线是指用于连接接闪器与接地装置的金属导体；接地体是指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体；接地线是指从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导线；接地装置是指接地体和接地线的总合。

（1）一级防雷建筑物的保护措施

1）防直击雷。

①接闪器。图7-16所示为避雷针安装示意图，技术要求如下。

a）在易遭雷击的屋面、屋脊、女儿墙、屋面四周的檐口设置25mm×4mm的镀锌扁钢或φ12mm的镀锌圆钢避雷带，并在屋面设置不大于10m×10m的金属网格，与避雷带相连，作为防直击雷的接闪器。

b）对凸出屋面的物体沿四周设置避雷带以及对屋面接闪器保护范围之外的物体，都应该安装避雷带，屋面上的金属物体，如透气管、水箱、旗杆等都应该与屋面的避雷带相连，其连接导线的截面积不小于屋面避雷带的规定。

图7-16 避雷针安装示意图

1—钢管接闪器 2—支撑钢板（固定） 3—底座钢板 4、5、6—埋地螺栓、螺母 7—接地引入线

c）屋面板金属作为接闪器使用时，如果要防金属板被雷击穿孔，其钢的厚度不小于4mm，铜的厚度不小于5mm，铝的厚度不小于7mm，如果不需要防金属板被雷击穿孔和金属板下无易燃物品时，金属板的厚度也不应小于0.5mm；

d）当建筑物高度超过30m时，30m及以上部分外墙上的栏杆、金属门窗等较大的金属物直接或通过金属门户窗埋铁与防雷接地装置连接，用作防侧击雷和等电位措施。

②避雷引下线。避雷引下线安装示意图如图7-17所示，技术要求如下。

a）引下线沿外墙明敷设时，采用直径不小于8mm的圆钢或厚度不小于4mm、截面积不小于48mm²的扁钢，作为烟囱避雷引下线时，应采用直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm、截面积不小于100mm²的扁钢。

b）引下线暗敷设在外墙粉刷层内时，截面应加大一级。

c）建筑物室外的金属构件（如消防梯等）、金属烟囱、烟囱的金属爬梯等可以作为避雷引下线使用，但应确保各部件之间形成电气通路。

d）避雷引下线应首先考虑使用柱内钢筋，当钢筋直径为16mm及以上时，应利用其中两根钢筋绑扎或焊接作为一组引下线，当钢筋直径为10mm及以下时，要利用其中4根钢筋绑扎或焊接作为一组引下线。

图7-17 避雷引下线安装示意图

e）采用人工引下线时，应在各引下线距地面1.8m以下处设置断接卡，以便测量接地电阻；利用柱子主筋作引下线时，顶部及室外距地0.3m处均应预埋与主筋相连接的钢板，上部与避雷带相连，下部用作外引接地极或测量接地装置的接地电阻用，当利用柱子主筋作引下线又利用基础主筋作接地体，两者相互连接时，则不必设短接卡子。

f）明敷设接地引下线在距地面1.7m到地面下0.3m处，应加保护措施，以防引下线受机械损伤。

g）专设引下线时，其引下线根数不应少于两根，宜对称布置，引下线的间距不大于18m，采用主筋作为引下线时，间距也不要大18m，同时要求各个角上的柱钢筋都要作为引下线使用。

③避雷接地装置。避雷接地装置安装示意图如图7-18所示，技术要求如下。

a）人工接地体的尺寸：圆钢直径不小于10mm；扁钢截面积不小于100mm²；厚度不小于4mm；角钢厚度不小于4mm；钢管壁厚不小于3.5mm。接地体应镀锌，焊接处应涂防腐漆。在腐蚀性较强的土壤中，还应适当加大其截面积或采取其他防腐措施。垂直接地体的长度一般为2.5m埋设深度不小于0.6m，两根接地极之间的距离为5m。

图7-18 避雷接地装置安装示意图

b）水平及垂直接地体距离建筑物外墙、出入口、人行道的距离不小于3m。当不能满足要求时，可以加深接地体的埋设深度，水平接地体局部埋设深度不小于1m，或水平接地体的局部用50～80mm的沥青绝缘层包裹，或采用沥青碎石地面或在接地装置上面敷设50～80mm厚的沥青层，其宽度超过接地装置2m。

c）利用建筑物基础钢筋网作接地体时应满足：基础采用硅酸盐水泥和周围土壤含水率不低于4%，基础外表无防腐层或有沥青质的防腐层；每根引下线的冲击接地电阻不大于5Ω，敷设在钢筋混凝土中的单根钢筋或圆钢的直径不小于10mm。

2）防感应雷及高电位反击。防感应雷及高电位反击，目前比较多的是采用总等电位连接，即将建筑物的柱、圈梁、楼板、基础的主筋（其中两根）相互焊接，其余都绑扎成电气通路，柱顶主筋与避雷带焊接，所有变压器（10/0.4kV）的中性点、电子设备的接地点、进入或引出建筑物的管道和电缆等线路的PE线都通过建筑物基础一点接地。

3）防止高电位从架空线路引入。低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用架空线，但在引入建筑物处应改电缆埋地引入，电缆埋地长度不应小于15m。在电缆与架空线路连接处，应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚等应接到一起接地，其冲击接地电阻应不大于10Ω。

（2）二级防雷建筑物的保护措施

1）防直击雷。

①接闪器。与一类防雷建筑相同，仅是屋面改为设置15m×15m的网格，与屋面避雷带相连，作为防直击雷的接闪器。也可以在屋面上装设避雷针或避雷针与避雷带相结合的接闪器，并把所有的避雷针与避雷带相互连接起来。

②引下线。与一级防雷引下线的a）～f）条相同。专设引下线时，其引下根数也要不少于两根，要对称布置，引下线的距离不大于20m；采用柱子主筋作引下线时，数量不限，但建筑外廓各个角上的柱主筋应作为引下线。

③接地装置。与一级防雷建筑相同，冲击接地电阻不大于10Ω。

2）防感应雷及高电位反击。与一级防雷建筑措施相同，在只用于防雷时，其接地冲击电阻可为20Ω。

3）防止高电位从架空线路引入。与一级防雷建筑物相同。仅是年雷暴日在30及以下的地区，可采用低压架空线直接引入，在架空线入户端装设避雷器，避雷器的接地和瓷瓶铁脚、电源的PE或PEN线连接后与避雷器的接地装置相连，其冲击接地电阻不应大于5Ω。也可与共同接地装置的总等电位点连接，其接地电阻不大于1Ω。另外入户端的三基电杆绝缘子铁脚应接地，其冲击接地电阻应不大于20Ω。

进出建筑物的各种金属管道及电气设备的接地装置，应在进出处与防雷接地装置连接。

（3）三级防雷建筑物的保护措施

1）防直击雷。在建筑物的屋角、屋檐、女儿墙或屋脊上装设避雷带，在屋面上设置不小于20m×20m的网格作避雷接闪器，也可设置避雷针。建筑物及突出屋面的物体均应处于接闪器的保护范围之内，屋面的所有金属物件都应该与避雷带相连。专设引下线时，引下线数量不少于两根，间距不应大于25m，建筑物外廓易造雷击的几个角上的柱子钢筋应作为避雷引下线。

凡利用建筑物钢筋作为引下线时，主筋为φ16mm时，选用两根相互绑扎或焊接组成一组引下线；主筋为φ10mm时，应用4根互相绑扎或焊接组成一组引下线。

接地引下线的断接卡子设置与一级防雷建筑物的要求相同。

防直击雷的专设接地装置，每组的冲击接地电阻不得大于30Ω。若与电气设备的接地及各类电子设备的接地共用时，应将接地装置组成闭合环路。共用接地装置利用建筑物基础及圈梁的主筋组成闭合回路，其要求与一级防雷建筑物相同。

2）防止高电位从线路引入。对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。如电缆转换为架空线，则应在转换处设避雷器，避雷器、电缆金属外皮和绝缘子铁脚应连接一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30Ω。

对低压架空进出线，应在进出线处装设避雷器并与绝缘子铁脚连在一起接到电气设备的接地装置上。当多回路进出线时，可仅在母线或总配电箱处装设避雷器或其他形式的过电压保护器，但绝缘子铁脚仍应接到接地装置上。