[摘要]：防雷工程是一個系統(tǒng)工程，本文介紹了雷擊產(chǎn)生的形式及其危害，并對建筑物雷電防護(hù)措施進(jìn)行了探討和分析。
　　[關(guān)鍵詞]：雷電，防雷技術(shù)，等電位連接
　　
　　雷電是自然界中極為壯觀和重要的大氣現(xiàn)象，伴隨有聲、光、電等多種物理現(xiàn)象，它能給人類生活和生產(chǎn)活動帶來很大影響。近年來，由于高層建筑的不斷興建和電子信息技術(shù)的日益普及應(yīng)用，雷電災(zāi)害的危險程度和造成的間接經(jīng)濟(jì)損失及社會影響也越來越大。因此，為減小雷電災(zāi)害造成的損失，有效地防止雷擊事故的發(fā)生，就必須研究城市建筑物的雷害發(fā)生的規(guī)律，采取有效的防雷措施。
　　一、雷擊的形式和危害
　　（一）雷擊的形式
　　雷擊通常有三種主要形式，分別是直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。
　　直擊雷是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。雷電直接擊在建筑物構(gòu)架、動植物上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器（針、帶、網(wǎng)、線、）引下線構(gòu)成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。然而接閃器、引下線和接地裝置的導(dǎo)通只能保護(hù)建筑物本身免受直擊雷的損毀，但雷電會透過多種形式及途徑破壞建筑物內(nèi)的電子設(shè)備。
　　感應(yīng)雷是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。直擊雷只發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災(zāi)害，而感應(yīng)雷則不論雷云對地閃擊或者雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災(zāi)害。此外，直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標(biāo)，而一次閃擊可以在較大的范圍內(nèi)多個小局部同時產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象，并且這種感應(yīng)高壓可以通過電力線、電話線等傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)，致使雷害范圍擴(kuò)大。
　　球形雷是一種特殊的雷電現(xiàn)象，簡稱球雷。球形雷由于存在的時間十分短暫，對它的研究就相當(dāng)困難，所以現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的說法。球形雷主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)，有的由煙囪或通氣管道滾進(jìn)樓房，多數(shù)沿帶電體消失。但是這種“火球”到底是什么東西，怎樣形成的，眾說紛紜，目前沒有一種學(xué)說能夠完滿地解釋這種現(xiàn)象，或通過實(shí)驗(yàn)完滿地重現(xiàn)這種現(xiàn)象。
　　（二）雷電的危害
　　雷電發(fā)生時產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃光，并伴隨巨大的響聲，自然界這種強(qiáng)大的放電直接擊在建筑物或防雷裝置上，或從建筑物的側(cè)、旁擊在建筑物上，危害地面上的建筑物等物體和人、畜生命;同時雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁脈沖(LEMP)，也具有極大的破壞性。歸納起來，雷電的危害包括直接雷擊的危害和雷擊電磁脈沖的危害。
　　1．直擊雷電的危害
　　在雷云對地放電時，強(qiáng)大的雷電流從雷擊點(diǎn)注入被擊物體，由于雷電流幅值高達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，其熱效應(yīng)可以在雷擊點(diǎn)局部范圍內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)6000~10000度，甚至更高的溫度。這些由雷電流的巨大能量使被擊物體燃燒或金屬材料熔化，屬于典型的雷電流的熱效應(yīng)破壞作用，如果防護(hù)不當(dāng)，就會造成災(zāi)害。
　　雷電的直接破壞作用除了熱效應(yīng)外，還有電效應(yīng)和沖擊波。但從危害的方式來看，與前者有所不同，在雷云對地放電時，雷電流通過載流導(dǎo)體產(chǎn)生電動力的破壞作用。在雷電流的作用下，載流導(dǎo)體就有可能會變形，甚至?xí)�被折斷�?br /> 　　由于雷電流幅值很高，且作用時間又很短，當(dāng)雷擊于建筑構(gòu)件時，在它們的內(nèi)部將瞬時產(chǎn)生大量熱量，在短時間內(nèi)熱量來不及散發(fā)出去，產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，能夠使被擊建筑構(gòu)件崩塌。
　　2．雷擊電磁脈沖的危害
　　雷擊電磁脈沖是一種干擾源，指閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近所引起的效應(yīng)。絕大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的干擾，如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位迅速升高以及電磁輻射干擾。近些年來，隨著信息處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大量電子設(shè)備正普遍地進(jìn)入各種建筑物內(nèi)，建筑物之間的信息交換與傳遞也日趨增強(qiáng)，這就使得雷電脈沖磁場的危害性變得越來越嚴(yán)重。雷電流不僅能產(chǎn)生脈沖磁場，而且也能產(chǎn)生脈沖電場，并能以電磁波的形式直接輻射到電子設(shè)備中去，使電子設(shè)備受到干擾或被損壞。
　　二、建筑物雷電防護(hù)措施
　　現(xiàn)代防雷技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護(hù)思想，綜合運(yùn)用分流、均壓、屏蔽、接地和鉗位保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個完整的防護(hù)體系，才能取得明顯的效果。綜合防雷設(shè)計還要考慮被保護(hù)物所在的地理環(huán)境和氣象環(huán)境、被保護(hù)物的重要性和復(fù)雜性以及雷擊的后果嚴(yán)重性、被保護(hù)物的建筑結(jié)構(gòu)、供電系統(tǒng)及信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局、選用防雷裝置的特性及其有效配合等等綜錯復(fù)雜的因素。
　　對于建筑物防雷保護(hù)設(shè)計而言，通過對建筑物外部和內(nèi)部兩個方面對雷電危害進(jìn)行有效防護(hù)，來構(gòu)成建筑物及其內(nèi)部設(shè)施的雷電防護(hù)系統(tǒng)。
　　（一）劃分防雷保護(hù)區(qū)
　　劃分建筑物的防雷保護(hù)區(qū)是防雷工程設(shè)計中首先要考慮的重要內(nèi)容。
　　各種電子系統(tǒng)，包括計算機(jī)、通信設(shè)施、控制系統(tǒng)等對雷電過電壓的耐受能力很低，對雷電電磁脈沖干擾極為敏感。它們在遭受雷擊電磁效應(yīng)的侵害后，很容易受到破壞。但是，雷電電磁脈沖在空間傳播是逐漸衰減的，尤其是碰到金屬網(wǎng)絡(luò)體或金屬平面物后，會有明顯的衰減。信息系統(tǒng)通常都安放在有鋼筋骨架的現(xiàn)代化大樓內(nèi)，甚至是有專門的金屬屏蔽網(wǎng)的房屋內(nèi)，在這些不同空間，雷電電磁脈沖衰減特性不同，因此，出于防雷電電磁脈沖的目的，又考慮節(jié)約開支，常將建筑物需要保護(hù)的空間劃分為多個不同的防雷保護(hù)區(qū)（LPZ），并在保護(hù)區(qū)之間的界面處進(jìn)行等電位連接。
　　（二）避雷針的保護(hù)
　　避雷針系統(tǒng)屬于結(jié)構(gòu)最簡單的防雷裝置，它是由接閃器，引下線和接地體組成的。其針狀接閃器是直接承受雷電的部分，須高出被保護(hù)物體，當(dāng)雷云的下行先導(dǎo)向地面上被保護(hù)物體發(fā)展時，處在高處的避雷針(接閃器)率先將先導(dǎo)引向自身，使雷擊發(fā)生在接閃器上，讓強(qiáng)大的雷電流經(jīng)引下線和接地體泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。從雷云對地放電的發(fā)展過程來看，由于處在高于被保護(hù)物體的空間位置上的接閃器通過引下線和接地體保持與地良好的電器連接，當(dāng)雷云出現(xiàn)在地面上空時，又由于靜電感應(yīng)作用，大地及避雷針上將出現(xiàn)與雷云電荷極性相反的電荷。于是，在接閃器的頂端處電場將發(fā)生畸變，出現(xiàn)局部集中的高電場區(qū)在雷云的下行先導(dǎo)發(fā)展初期，先導(dǎo)向下的發(fā)展是隨機(jī)取向的，并不受地面物體上避雷針接閃器存在的影響。隨著階梯式先導(dǎo)向下發(fā)展到鄰近地面時，接閃器頂端周圍的電場將發(fā)生嚴(yán)重畸變，使這里的電場強(qiáng)度明顯高于其他地方，這就為先導(dǎo)向接閃器發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件，因此就能容易地將先導(dǎo)吸引到接閃器上，使雷擊點(diǎn)出現(xiàn)在接閃器的頂端，而不致出現(xiàn)在其下面的被保護(hù)物體上。
　　（三）接地
　　為了工作和安全的需要，需將建筑物內(nèi)的設(shè)備與大地相連，這稱之為接地，其中埋入大地并直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體，設(shè)備的接地部分同接地體相連的金屬導(dǎo)體稱為接地線，接地體和接地線合稱為接地裝置。接地可分為如下三類:工作接地、保護(hù)接地和防雷接地。為了避免雷電的危害，金屬桿塔、避雷針(線)和避雷器等防雷設(shè)各都必須配以相應(yīng)的接地裝置，以便將強(qiáng)大的雷電流導(dǎo)入大地中，這種接地稱為防雷接地。流過防雷接地體的是時間很短（一般為數(shù)十微秒）的雷電流，其值有時可達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安。避雷器的接地電阻一般不超過5歐姆。應(yīng)當(dāng)指出，上述三種接地有時是很難分開的，在建筑工程上的接地實(shí)際上是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的接地裝置。
　　（四）等電位連接
　　等電位連接的定義就是指:用連接導(dǎo)線或過電壓保護(hù)器將處于需要防雷的空間內(nèi)防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來導(dǎo)體、電氣裝置、電信裝置等連接起來。等電位連接是防止雷電反擊的重要技術(shù)手段，它不僅可以消除不同金屬部件及導(dǎo)線間的雷電流引起的高電位差，而且可以很好的起到對雷電流分流的作用。在IEC的規(guī)范中非常強(qiáng)調(diào)等電位連接的重要性，等電位連接的根本目的是均壓，它基本上可以解決雷電反擊的問題，以達(dá)到減少防雷空間內(nèi)火災(zāi)、爆炸及生命危險。在實(shí)際防雷工程當(dāng)中，等電位連接的應(yīng)用幾乎無處不在。從某種意義上講，共用接地就是接地系統(tǒng)間的等電位連接，而各種過電壓保護(hù)器即避雷器的安裝，就是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)雷電流侵入導(dǎo)線時與接地系統(tǒng)暫時的連接，以均衡導(dǎo)線和接地系統(tǒng)間的電位，其實(shí)質(zhì)仍然是等電位連接。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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　　[2]陳渭民，建筑防雷技術(shù)，中國建筑出版社，2007年版。