建筑物防雷與接地應(yīng)用
防雷：
雷電是一種常見自然現(xiàn)象，能發(fā)生強(qiáng)烈的亮光、霹靂；落到地面上，會(huì)擊毀房屋、殺傷人畜，給人類帶來極大損害。因此防雷是現(xiàn)代建筑物、電氣設(shè)備和線路必須采用的重要安全維護(hù)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(duì)電氣設(shè)備或建筑物直接放電，放電時(shí)雷電流可達(dá)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(shè)備構(gòu)成的防雷設(shè)備防雷。
2、雷電感應(yīng)：指當(dāng)雷云出現(xiàn)在建筑物的上方時(shí)，由于靜電感應(yīng)，在屋頂?shù)慕饘偕戏e累大量異號(hào)電荷，在雷云對(duì)其他地方放電后，屋頂上原來被約束的電荷對(duì)地構(gòu)成感應(yīng)雷，其電壓可達(dá)幾十萬伏。雷電感應(yīng)的防止辦法是將感應(yīng)電荷的屋頂金屬通過引下線、接地設(shè)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(yīng)雷而發(fā)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(duì)其防護(hù)問題，一般在線路進(jìn)入建筑物處安裝避雷器進(jìn)行防護(hù)。
4、雷電“反擊”：雷擊直擊雷防護(hù)設(shè)備時(shí)，雷電流經(jīng)接閃器，沿引下線流入接地設(shè)備的過程中，由于各部分阻抗的作用，接閃器、引下線、接地設(shè)備上將發(fā)生不同的較高對(duì)地電位，若被維護(hù)物與其間距不夠時(shí)，會(huì)發(fā)生直擊雷防護(hù)設(shè)備對(duì)被維護(hù)物的放電現(xiàn)象，稱為“反擊”。
雷電“反擊”的防止辦法有兩種：一是使被維護(hù)物與直擊雷防護(hù)設(shè)備保持一定的安全間隔；二是將被維護(hù)物與直擊雷防護(hù)設(shè)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(wǎng)、避雷線等。
建筑物的防雷分級(jí)：
建筑物根據(jù)其重要性、運(yùn)用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三級(jí)。可參見《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010。
1、一級(jí)防雷的建筑物
凡制造、運(yùn)用或儲(chǔ)存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆破物質(zhì)的建筑物，因電火花而引起爆破，會(huì)形成巨大破壞和人身傷亡者。
具有 0區(qū)或10區(qū)爆破風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。
具有 1區(qū)爆破風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆破，會(huì)形成巨大破壞和人身傷亡者。
2、二級(jí)防雷的建筑物
國家級(jí)要點(diǎn)文物維護(hù)的建筑物。
國家級(jí)的會(huì)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(jí)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(jí)計(jì)算中心、國際通訊樞紐等對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物。
制造、運(yùn)用或儲(chǔ)存爆破物質(zhì)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(qū)爆破風(fēng)險(xiǎn)環(huán)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(qū)或11區(qū)爆破風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。
工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆破風(fēng)險(xiǎn)的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。
估計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06次/a的部、省級(jí)工作建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。
估計(jì)雷擊次數(shù)大于0.3 次/a的住宅、工作樓等一般性民用建筑物。
3、三級(jí)防雷建筑物
省級(jí)要點(diǎn)文物維護(hù)的建筑物及省級(jí)檔案館。
估計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a 的部、省級(jí)工作建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。
估計(jì)雷擊次數(shù)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(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a的一般性工業(yè)建筑物。
根據(jù)雷擊后對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及發(fā)生的后果，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟆⒌匦�、地質(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需求防雷的21區(qū)、22區(qū)、23 區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境。
在均勻雷暴日大于15d/a的區(qū)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(qū)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(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算參見GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)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(guān)，特別是建筑物屋頂坡度與雷擊部位關(guān)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(shè)備組成：
1、接閃器應(yīng)由下列的一種或多種組成：
獨(dú)立避雷針； 架空避雷線或架空避雷網(wǎng)；
直接裝設(shè)在建筑物上的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)。
（1）避雷針：安裝在建筑物突出部位或獨(dú)立裝設(shè)的針形導(dǎo)體�？梢晕纂娏鬟M(jìn)行放電，從而維護(hù)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(shù)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(wǎng)：避雷帶是設(shè)置于屋脊、屋檐、屋角、女兒墻和山墻等條形長帶；避雷網(wǎng)相當(dāng)于縱橫交錯(cuò)的避雷帶疊加在一起，即可防直擊雷，又可防感應(yīng)雷。
避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)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(dāng)煙囪上采用避雷環(huán)時(shí)，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(shè)在架空線路之上，維護(hù)架空線路免受直接雷擊。避雷線和避雷網(wǎng)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(shè)備的金屬導(dǎo)體。
引下線宜采用圓鋼或扁鋼，宜優(yōu)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(dāng)煙囪上的引下線采用圓鋼時(shí)，其直徑不該小于12mm；采用扁鋼時(shí)，其截面不該小100mm2，厚度不該小于4mm。
引下線應(yīng)沿建筑物外墻明敷，并經(jīng)最短途徑接地；建筑藝術(shù)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(gòu)件宜作為引下線，但其各部件之間均應(yīng)連電氣通路。
采用多根引下線時(shí)，宜在各引下線上于距地面0.3m至1.8m之間裝設(shè)斷接卡。
當(dāng)使用混凝土內(nèi)鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時(shí)采用基礎(chǔ)接地體時(shí)，可不設(shè)斷接卡，使用鋼筋作引下線時(shí)應(yīng)在室內(nèi)外的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)若干銜接板，該銜接板可供測(cè)量、接人工接地和作等電位銜接用。當(dāng)僅使用鋼筋作引下線并采用埋于土壤中的人工接地體時(shí)，應(yīng)在每根引下線上于距地面不低于0.3m處設(shè)接地體銜接板。采用埋于土壤中的人工接地體時(shí)應(yīng)設(shè)斷接卡，其上端應(yīng)與銜接板或鋼柱焊接。銜接板處宜有明顯標(biāo)志。
在易受機(jī)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(yīng)采納暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等維護(hù)設(shè)施。
3、接地設(shè)備：接地體和接地線組成的總體稱為接地設(shè)備。
（1）接地體或接地極：直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)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(shè)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(gòu)件、金屬管道及建筑物的混凝土基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋等。
（2）接地線：銜接于電氣設(shè)備接地部分與接地體間的金屬導(dǎo)線稱為接地線。
（3）接地設(shè)備相關(guān)規(guī)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(qiáng)的土壤中，應(yīng)采納熱鍍鋅等防腐辦法或加大截面。接地線應(yīng)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(dāng)受地方約束時(shí)可適當(dāng)減小。
人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不該小于0.5m。接地體應(yīng)遠(yuǎn)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(dāng)小于3m時(shí)應(yīng)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(yīng)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(shè)50～80mm厚的瀝青層，其寬度應(yīng)超越接地體2m。
埋在土壤中的接地設(shè)備，其銜接應(yīng)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(yīng)裝設(shè)獨(dú)立的避雷針或架空避雷線（網(wǎng)），使被維護(hù)的建筑物及其相關(guān)設(shè)備牌接閃器的維護(hù)范圍內(nèi)。架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不該大于5*5m或6*4m。
（2）獨(dú)立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網(wǎng)的各支柱處應(yīng)至少設(shè)一根引下線。對(duì)用金屬制成或有焊接、綁扎銜接鋼筋網(wǎng)的桿塔、支柱，宜使用其作為引下線。
（3）獨(dú)立避雷針和架空避雷線（網(wǎng)）的支柱及其接地設(shè)備至被維護(hù)建筑物及與其有聯(lián)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(fēng)帽、放散管等物體之間的間隔不得小于3米。
（5）當(dāng)建筑物高于30米時(shí)，尚應(yīng)采納防側(cè)擊辦法。
（6）當(dāng)樹木高于建筑物且不在接閃器維護(hù)范圍之內(nèi)時(shí)，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(shè)在建筑物上的避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）或由其混合組成的接閃器，避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)沿屋角、屋脊和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于10*10m或12*8m。
（2）引下線不少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不該大于18米。
（3）高度超越45米的建筑物，應(yīng)采納防側(cè)擊和等電位維護(hù)辦法。
（4）有爆破風(fēng)險(xiǎn)的露天鋼質(zhì)封閉氣罐，當(dāng)其壁厚不小于4mm時(shí)，可不裝設(shè)接閃器，但應(yīng)接地，且接地點(diǎn)不該少于兩處；兩接地點(diǎn)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(shè)在建筑物上的避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）或由其混合組成的接閃器，避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)沿屋角、屋脊和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20*20m或24*16m。平屋面的建筑物，當(dāng)其寬度不大于20米時(shí)，可僅沿周邊敷設(shè)一圈避雷帶。
（2）引下線不少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ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(shè)一根引下線。
（3）磚煙囟、鋼筋混凝土煙囪，宜在煙囪上裝設(shè)避雷針或避雷環(huán)維護(hù)。多支避雷針應(yīng)銜接在閉合環(huán)上。金屬煙囪應(yīng)作為接閃器和引下線。
（4）高度超越60米的建筑物，應(yīng)采納防側(cè)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(gè)安全區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中的物體基本上不致遭受雷擊，故稱為避雷針的維護(hù)范圍。單支避雷針維護(hù)范圍可以用“滾球法”求得，其形狀是一個(gè)對(duì)稱的錐體。
（1）當(dāng)避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時(shí)：
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(diǎn)。
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(zhuǎn)180°，構(gòu)成的圓弧曲面體空間便是避雷針的維護(hù)范圍。
④ 避雷針在hx高度x—x′平面上的維護(hù)半徑rx按下式確定：
（2）當(dāng)避雷針高度h＞hr時(shí)，在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)代替單支避雷針的針尖作為圓心，其余同第（1）條方法。
