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建筑物外部防雷保護

來源:德恩拓 發布時間:2014-2-8 10:21:33

 隨著我國國民經濟的不斷發展,我國的建筑業形成了較為興旺的快速發展時期,各種形態的建筑物在全國各地不斷涌現。通常一幢具有一定高度的建筑物或建筑群,都應該設置防雷保護系統。事實上防雷保護系統是一個整體的概念,在20世紀80年代中期國際電工委員會會議上(IECTC81)起草的國際建筑物防雷標準總則中就開始將建筑物防雷劃分為外部防雷保護和內部防雷保護兩個部分,前者是指接閃器、引下線和接地體等傳統概念上的建筑防雷保護,而后者主要是指對雷電電磁脈沖(LEMP)等侵入的防護以及等電位聯結的設置等。雷電對建筑物的危害在防雷保護的同時,也有必要談一下雷電對建筑物的危害。所謂雷電現象是指自然界中雷云之間或雷云與地面之間迅猛放電的過程,一般高空上的雷云其上部區域帶正電荷,下部帶負電荷,而雷云中電荷的分布是不均勻的,會形成許多堆積中心,防雷器因此不論是在云中或是在云對地面之間,電場強度是不一樣的。當云中電荷密集處的電場強度達到2530kVcm時,就會產生云對地面先導放電(對于較高的建筑物,雷電先導可由地面向上發出,稱為上行雷)。當先導通道的前端接近地面時,可誘發迎面先導(通常起自地面的突出部分),當先導和迎導會合時,即形成了從云端到地面的強烈電離通道,這一現象即為雷電的主放電,此時雷鳴和閃電都會伴隨出現。主放電存在的時間極短,約50100μs,主放電過程是逆著先導通道發展的,速度約為光速的1/21-1/2,主放電的電流可達數十萬安培,是全部雷電電流中最主要的部分。通??蓪⒗纂姺譃橹睋衾缀透袘?。直擊雷就是指雷云與地面突出物之間

 當建筑物的重要性較高,所處的地理環境較易受雷或有其他因素時,還可以在傳統的接閃器的基礎上加裝一些非常規的、以中和或消減雷云電荷、加速電離為防雷機理的防雷裝置。事實上目前世界上已有包括我國在內的許多國家的防雷專家們致力于防雷研究,推出了形式多樣的非傳統防雷裝置。它們都以其不同的結構、不同的材質、不同的原理而達到相同的防雷目的。其主要的防雷機理可理解為,在傳統的避雷針(富蘭克林棒)的放電原理基礎上,引入了“早期預放電、加速電離”的基本特征,使得避雷裝置預先把自下而上的先導電荷引向來自云層的先導電菏,控雷云和防雷器裝置之間的距離縮短,直到兩種先導電流相互連接后產生一條電離子放電通道,發生主放電。這些避雷裝置的共同特點是裝置所產生的自下而上的先導電荷會大大先于傳統的避雷針、網所產生的先導電荷,從而能提前進行積極的防雷保護,而使建筑物免遭雷擊。引下分流影響也就是引下線對雷電分流效果的影響,引下線的粗細和數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會變小,其感應范圍就小,引下線相互之間的距離不應超過規范中的規定,同時應在建筑物的中間部位增加均壓環,以減小引下線的電感電壓降,這樣不僅可以分流,而且還可以降低反擊電壓。接地良好的接地效果也是防雷保護成功的關鍵之一,每個建筑物都要考慮選擇哪種接地方式的實際效果和經濟性。一般鋼筋混凝土或鋼結構的大空間建筑物最好利用其樁基內的鋼筋作為接地裝置,并在整個基礎內構成統一的聯合接地體,這樣做的好處在于,既能使接地體的接地電阻處在一個較低的值上,同時也不會因接地而帶來太大的成本支出。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。如果能使建筑物內的結構鋼筋與各種金屬物及金屬管線都能連接成統一的導電體,形成一個類似封閉的金屬籠,它是一個具有極小接地電阻和引下線阻抗、以等電位為主體的法拉第籠。雷擊時,能起到的均壓屏蔽作用,構成一個等電位體,建筑物內就不會產生不同的電位,這樣就可保證建筑物內不會產生反擊和危及人身安全的跨步電壓,對防止雷電電磁脈沖干擾亦有很大好處。應用實例利用上述的防雷基本方式曾對上海浦東國際機場航站樓這樣的大型建筑物作防雷保護設計。
    浦東機場航站樓地處上海浦東濱海地帶,屬上海地區多雷地域,易遭受雷暴侵擾。雖然航站樓建筑高度不是太高,但占地面積相當大,建筑物兩端最長距離達14km,是個典型的大空間建筑物。由于其所處的環境以及建筑性質的重要性,因此設計時充分注重了對整個建筑物的防直擊雷、側擊雷以及雷電電磁波侵入的保護。航站摟的屋面面積很大,且為薄的金屬弧頂,其材質厚度為不超過0.5mm的彩鋼板,外層涂有膚汰絕緣保護層。由于頂部的金屬板材較薄,板材遭受雷擊時其與閃擊通道接觸處易被熔化而遭燒穿,因此不宜直接利用薄金屬弧頂作為接閃器,這從以下的論述中亦可得到證明。雖然一般金屬體與閃擊通道接觸處的熱過程可以通過計算來得出,但由于熱過程極為復雜,因此得出的結果也不太準確。當然這一現象可用簡化的模型表示假定,接觸區的熱分配與固定的電弧類同,電弧在金屬電極產幾乎與雷電流的大小無關,使金屬加熱的能量為W=UeQ(Q為流經雷擊點的電荷,As),如考慮全部能量作用于熱金屬體時,雷擊每庫侖(As)電荷能熔化金屬物的體積為:鐵 VQ44mm3As,銅 VQ54mm3As,鋁 V012mm3As。根據上述簡式可大致算出金屬物遭二次雷電閃擊時可能會出現的被熔化的深度。如果雷擊點處加熱面積的直徑取50100mm(其相應面積為1963-7854mm2),而對第二類防雷建筑一次閃擊的總電量為225As時,鐵的被熔化深度約為0127-0503mm。因此直接利用材質厚度為05m的薄鋼板作接閃器時,會有頂板遭雷擊而被燒穿或擊壞的可能。因此設計時,在屋頂四周及中間均設置了避雷帶。中間部分因為每間隔9m有一條金屬頂窗,其頂部金屬窗框厚度為7mm,此處可以利用金屬窗框作避雷帶。防雷器 避雷帶與建筑物周邊的鋼柱連通構成防雷引下線,其間距不超過18m,周邊玻璃幕墻的金屬框均與引下線連通。利用樁基鋼筋網構成聯合接地體,樓內所有引下線均連接于接地體上,接地電阻實測小于02Ω。屋頂避雷采用Φ12mm的圓銅導體,表面進行防腐處理,處理后銅導體顏色與金屬頂相近,以滿足建筑美觀要求且防腐。為確保防雷系統的可靠性,在整個航站樓屋頂上除了作傳統的籠式防雷保護系統外,還設置了8套吸收反射式石英晶體防雷裝置。該裝置作用原理是應用自然界中和、吸收、反射物理現象來完成避雷,使被保護范圍內的云層電荷與石英晶體防雷裝置形成RLC高頻天線回路,使云層內電荷因部分被吸收,部分被反射而進行一種云層內部溫和的能量互換,將電荷均勻分布于云層內,從而防止電荷過于集中,降低雷擊的形成,達到防雷效果。另外,這種裝置有一個自感系數,也就是說對于類似雷暴這種高壓變化率的現象是極高阻抗的,因此它不引雷,當雷電尚未形成之前,防雷裝置偵測出并以共振產生的電磁場來驅散該保護范圍內的電場能量,達到預防云層內部電荷過度積聚及驅散電荷重新分布的作用。因此裝置所保護的類似球體形的區域內理論上不會遭受雷擊。裝置除了具有較好的安全防雷保護外,其最大優點在于其保護范圍大,有效保護半徑每套裝置可達140m,因此對于占地面積相當大的航站樓,所采用的裝置并不多,裝置要求高出屋面頂僅11m,這樣不會對建筑美觀產生較大的影響,而又能很好地滿足防雷目的。在航站樓建成后的三年時間里,該地區曾遭受過多次強雷暴的侵害,但均未對航站樓的防雷系統構成過威脅。2000年夏季,當地曾遭受特大強雷暴的侵襲,有一個高強度的雷電落在離航站樓邊不到100m的范圍內,造成航站樓外其他電站進線開關遭感應雷侵擾而跳閘,但航站樓及其設備均未受到雷電侵害,應該說整個航站樓具有較好的防雷效果。防雷器,避雷針,避雷器,三合一防雷器,信號防雷器,深圳安裝避雷針,防雷公司

本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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