防雷知識系列（四）－外部防雷系統

外部防雷系統由接閃器（避雷針）、引下線、接地地網等無機構成。缺一不可。上面分袂對以上三個重要因素的相關技術及安裝舉辦描畫。重要講本局部的內容是對建筑物外部空氣若何截雷，把雷電流向大地中泄放的題目。本局部的內容提綱是： (1)接閃器：避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網 (2)避雷帶和避雷網的布局方案 (3)接閃器的決定和布置接閃器直接截受雷擊，以及用作接閃的器具、金屬構件和金屬屋面等，稱之為接閃器。機能是把接引來的雷電流，通過引下線和接地裝配因如大地中泄放，保護建筑物免受雷害。從公元1753年，富蘭克林發清楚明了避雷針以來，避雷針作為接閃器惟一的模式，延續了上百年的歷史，從十九世紀當前，逐漸有顯現了避雷線、避雷帶和避雷網。其分類以下：避雷針、避雷線 、避雷帶 、避雷網, 上面逐一引見。避雷針尖端放電由物理學可知，通常物體外部的正電荷和負電荷是相等的，以是從全體來看不顯示帶電征兆。當某一物體所具備的正、負電荷不相等時，這個物體就顯示帶電的個性。當物體外部的正電荷多于負電荷時，物體帶正電，反之帶負電。因為電荷都有異性相吸、異性相斥的個性，以是帶電物體中的異性電荷總是遭到互相排斥電場力的作用。以圖中帶尖鋒的金屬球為例，假定金屬球上帶負電（一樣也可以領會帶上正電），因為電荷異性相斥的作用，電子總是散布到金屬球的最外層表面，并且容易逃離金屬球。球的尖鋒局部，電子遭到異性電荷往外排斥力最強，最容易被排斥離開金屬球，這便是通常說的“尖端放電”。公元1749年4月29日，富蘭克林在給約翰·米西爾（john mitchel）的信中提出了，云層因為一向遭到蒸汽摩擦而帶電的觀念，他以為"當帶電的云塊飄過郊野、掠鎮定地、巨樹、屹立的高塔、尖屋頂、船舶桅桿、煙筒等物的時辰，拖曳出電火，正如良多尖導體和突出物產生的征兆一樣，全體云層就在哪里放出電來"由此，他提出了避雷針的想象。他說：既然尖導體可以把一個離它很遠的帶電體上的電荷釋放掉，住手它對其余物體產生電擊，那麼尖導體對付人類可以有些用場。因而他創議將一根上端利害并涂有防銹層的鐵桿安裝在屋宇的最高處，并用導線接在它的下端，沿著墻壁直通到公開。在海船上則把鐵桿平穩在桅桿頂端，用導線連接向下直通入水中。它們就能夠在云層將要產生電擊的千鈞一發之際，悄悄靜地把電從云中吸走，因此使咱們免受最溘然、最駭人的悲劇。富蘭克林詳細描畫避雷針的裝配，并正式發表它是在1753年。避雷針的英文名字lightning rod，直譯為"閃電棍"更精確些，本無住手雷擊之意。這個名詞望文生義就會產生誣蔑。咱們國際良多物理課本，甚至大學的教課書也把避雷針的原理說成是靠尖端放電中和云層電荷從而消除閃電的，這是錯誤的。理論上，在富蘭克林發明避雷針的時辰，提出了兩種避雷針任務機理的剖析；第一種剖析以為，避雷針是靠其針尖電暈放電發出與雷雨云相反的電荷，使雷雨云的電荷獲得中和，從而罷黜建筑物的雷害。第二種剖析以為，避雷針是靠把雷雨云所帶的異種電荷勸導到自身上來，通過杰出的接地裝配，把雷電流泄入大地，保護建筑物不受雷擊。至1753年富蘭克林明晰偏向于避雷針引雷的理論了，以是說避雷針是靠尖端放電消除閃電而能避雷的提法是錯誤的，避雷針是消除不了閃電的。任務原理雷雨云構成當前對大地的電壓，低則幾百萬伏，高則數千伏甚至更高，雷雨云對大地的一次閃擊放電的峰值電流平均為30多ka，它的瞬時功率為109-1012w以上。因為瞬時功率很大，以是它的破碎摧毀力是至關大的。當低空顯現雷雨云的時辰，大地上因為靜電認為作用，必然帶上與雷雨云相反的電荷，避雷針處于空中建筑物的最高處，與雷雨云的距離比來，因為它與有杰出的電氣連接，以是它于大地有類似的電位，使避雷針四處空間的電場強度對照大，容易吸引雷電先驅，使主放電都會集到它的上面，從而保護四處比它低的物體遭遇雷擊的概率大大縮小。而避雷針被雷擊的概率卻大大的進步。避雷針豈但不能避雷反而引雷，它是自身的多受雷擊而保護周圍免受雷擊。因為避雷針與大地有杰出的電氣連接，能把大地儲蓄儲存的電荷能量迅速傳遞到雷雨云層中泄放；或把雷雨云層中儲蓄儲存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使雷擊而形成的過電壓時間大大的壓縮，從很大程度上低落了雷擊的危險性，這便是避雷針的任務原理。但必要闡明，避雷針必須有完善穩定，并且有接地電阻只管小的引下線接地裝配與其配套，不然，它豈但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的危害程度。避雷針保護范疇的打算要領現在天下列國對于避雷針保護范疇的打算公式在模式上各有不同，大體上有以下幾種打算要領： 一、 折線法：即繁多避雷針的保護范疇為一折線圓錐體。 二、 曲線法：即單支避雷針的保護范疇為一曲線錐體。 三、 直線法：因此避雷針的針尖為頂點作一俯角來確定，有爆炸危害的建筑物用45°角，對一般建筑物采用60°角，本質上保護范疇為始終線圓錐體。自1983年起，我國正式擬訂了自身的防雷規范。現在我國建筑防雷規范gb50057-94也駁回了國際電工委員（iec）引薦的"滾球法"作為避雷針保護范疇的打算要領。避雷針的制作規格由大量模仿推行和理論視察統計資料標明，避雷針的外表狀況與其避雷結果無分明的相干，以是，沒必要恰當思索采用單針式可以其余模式外型的避雷針。避雷針宜采用圓鋼或鋼牽制成，其直徑不應小于以下數值：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 (見gb50057-94.第四章)主動式避雷針邇來國際市場經銷一種叫主動式避雷針的產品，重要有來自法國和澳大利亞的產品，據廠家稱，這此產品可以隨大氣電場變化而吸收能量，當存儲的能量達到某一水平凡，便會在避雷針尖放電，尖端周圍空氣離子化，使避雷針上方構成一條人工的向上的雷電先導，它比天然的向上的雷電通道能更早的于雷雨云向下的雷電先導接觸，構成主放電通道。這樣，一方面可以使雷雨云靠該避雷針放電的概率添加，至關于避雷針的保護范疇加大，可以至關于將避雷針加高。避雷線接閃器最初的模式只是富蘭克林所方案的磨尖的鐵棒。20世紀初，在電力系統，為了使輸電路線少受雷擊，采用了在輸電路線上方架設平行的鋼線避雷的要領，在合用中，因為它重大無效，逐漸獲患了奉行。這類架設在輸電路線上方的鋼線，稱之為避雷線。開初在屋宇建筑上也奉行了這類模式，開端布設在方脊、屋角、房檐等處作雷電保護，當前這類形勢又有所改革。避雷帶 在屋宇建筑雷電保護上，用扁平的金屬帶代替鋼線接閃的要領稱之為避雷帶，它是由避雷線改革而來。在城市高大樓房上，應用避雷帶比避雷針有較多的益處，它可以與樓房頂的裝璜連絡起來，可以與屋宇的形狀較好的共同，即好看防雷結果又好，分外是大面積的建筑，它的保護范疇大而無效，這是避雷針所沒法比的。避雷帶的制作，采用扁鋼，截面積不小于48mm2，其厚度不應小于4mm。避雷網 避雷網是指把持鋼筋混凝土布局中的鋼筋網作為雷電保護的要領（必要時還可以輔佐避雷網），也叫做暗裝避雷網。它是憑證古典電學中法拉第籠的原理達到雷電保護的金屬導電體網絡。暗裝避雷網是把最下層屋頂作為接閃設備。憑證一般建筑物的布局，鋼筋距面層只要6-7cm，面層愈薄，雷擊點的洞愈小。但有些建筑物的防水層和隔熱層較厚，入網鋼筋距面層厚度大于20cm，最佳另裝輔佐避雷網。輔佐避雷網一般可用直徑為6mm或以上的鍍鋅圓鋼，網格大小可憑證建筑物重要性，分袂采用5m′5m或10m′10m的圓鋼制成。避雷網又明晰網和暗網，其網格越密穩定性越好。建筑物頂上通常有良多突出物，如金屬旗桿、透氣管、鋼爬梯、金屬煙囪、風窗、金屬天溝等，都必須與避雷網焊成一體做接閃裝配。在非混凝土布局的建筑物上，可采用明裝避雷網。做法是首先在屋脊、屋檐等到頂的突出邊緣局部裝設避雷帶主網，再在主網上加搭輔佐網。避雷帶和避雷網的布局方案 避雷帶和避雷網一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸不應小于以下數值：圓鋼直徑為8mm，扁鋼截面積為48mm2，扁鋼厚度為4mm。避雷線一般采用截面積不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線架設。安裝避雷帶和避雷網要屬意上面事變：一、避雷帶及其連接線經過沉降溝（沉降溝：一座較長的多層建筑物，通常在橫向上把建筑物分成幾段，段與段之間留有一段曠地，住手各段下沉紛歧致，誘發建筑物毀壞）時，應備有10-20cm以上的伸縮余裕的超越線。二、 有女兒墻的平頂屋宇，其寬度小于24m時，只須沿女兒墻上部敷設避雷帶；寬度大于24m時，須在房面上兩條避雷帶之間加裝明裝連接條，連接條的間距不大于20m時，只在屋檐上裝避雷帶；寬度大于20m時，需在屋面上加裝明裝連接條，連接條間距不大于20m。三、瓦頂屋宇面坡度為27°-35°，長度不超過75m時，只沿屋脊敷設避雷帶。四坡頂屋宇，應在各坡脊上裝上避雷帶。為使檐角獲得保護，應在屋角上裝短避雷針或將避雷帶的引下線從檐角上繞上去。若是屋檐高度高于12m，且長度大于75m時，要在屋脊和房檐上都敷設避雷帶。四、當屋頂面積無比大時，應敷設金屬網格，即避雷網。避雷網明晰網和暗網，網格越密，穩定性越好，網格的密度視建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5′5m的密網格，一般建筑物用20′20m的網格即可。在非混凝土布局的建筑物上，可采用明裝避雷網。做法是首先在屋脊、房檐等到頂的突出邊緣局部裝設避雷帶主網，再在主網上加搭輔佐網，避雷網格大小按上述要求。采用避雷帶和避雷網保護時，屋頂上的煙囪、混凝土女兒墻、排氣樓、天窗及建筑裝璜等突出于屋頂上部的布局物和其余突出局部，都要裝設短避雷針或避雷帶保護，或暗裝防護線，并連接到就近避雷帶或避雷網上。對金屬旗桿、金屬煙囪、鋼爬梯、風帽、透氣管等必須與就近的避雷帶、避雷網焊接。采用避雷帶和避雷網保護時，每一座屋宇最多有兩根引下線（投影面積小于50m2的建筑物可只用一根）。避雷引下線最佳對稱布置，譬喻兩根引下線成"一"字或"z"字形，四根引下線要做成"工"字形，引下線間距離不應大于20m，當大于20m時，應在中央多引一根引下線。見《雷電與避雷工程的避雷帶和避雷網的布局方案》接閃器的決定和布置公允方案的接閃器將鮮明地縮小雷電擊中必要防雷空間的可以性。只要將防雷裝配的方案與建筑布局方案同時舉辦時，才氣在技術和經濟上獲得最優化的組合。分外是在方案建筑物時，就應充實把持建筑物的金屬物作為防雷裝配的諸局部之用。接閃器可由以下一種或多種構成決定： 1) 自力避雷針； 2) 架空避雷線或架空避雷網； 3) 直接裝設在建筑物上的避雷針、避雷帶或避雷網。接閃器的布置： gb50057-94 接閃器布置應切合下表的規定：建筑物防雷類別滾 球半徑hr(m) 避雷網網格尺寸（m）第一類防雷建筑物 30 < 5*5或< 6* 4 第二類防雷建筑物 45 < 10*10或< 12* 8 第三類防雷建筑物 60 < 20*20或< 24*16布置接閃器時，可單獨或肆意組合采用滾球法避雷網。滾球法：滾球法因此hr為半徑的一個球體，沿必要防直擊雷的部位動彈，當球體只涉及接閃器（蘊含被把持作為接閃器的金屬物）或只涉及接閃器和空中（蘊含與大地接觸并能經受雷擊的金屬物），而不涉及必要保護的部位時，該局部就獲得接閃器的保護。 iec1024-1：1990 當切合下表的要求時，接閃器的布置便是合適的。憑證保護級別布置接閃器就方案接閃器系統而言，以下要領可單獨應用，也可連絡應用，只需接閃裝配不同局部所供給的保護區能互相連接，并確保建筑物獲得徹底的保護就行（見iec1024-1第2.1.2條）： --保護角法： --滾球法： --網格法：悉數這三種要領均可用于自力、半自力和非自力的防雷系統的方案。一、 保護角法：接閃導體、避雷針、避雷桿塔和避雷線的地位，應使被保護建筑物的各個局部都處于由接閃裝配導體上的各點以""角朝四周八偏向空中投影所構成的軌跡面以內。保護角法有幾何局限。二、滾球法：對具備煩復幾何狀況的建筑物，或當iec1024-1的表1掃除采用保護角法時，應采用滾球法來確定建筑物的面積和各局部的保護空間。"滾球"半徑應切合所決定的防雷系統保護等第。滾球法是在建筑物上才把持半徑為"r"的球，繞建筑物動彈，直到碰著地平面，或碰著與地平面接觸且能用作雷電導體的任何永恒性建筑物或物體為止。在動彈接觸建筑物的處所便有可以遭到雷擊。在這樣的點和地段處，就必要由接閃導體來供給防雷保護。防雷系統的保護空間便是"滾球"接觸該導體并作用于建筑物時并未穿過的那塊空間的體積。保護等第和防雷系統的安裝本錢隨所選滾球的尺寸的放大而添加。三、 網格法：接閃導體或屋頂導體應構成一個閉合多邊形，其周邊應靠攏屋頂的邊緣布設。這類多邊形接閃裝配應通過增設互相連接的橫向接閃導線來完滿，以構成切合iec1024-1表1要求的網格。選型步伐：(1)評價保護級數； (2)決定合適的保護半徑；在地球上所處徑、緯度的不同na也不同。 評價保護級數 一、查出內地的雷電密度na 我國南方地區一般為4，可查圖而來。理論上 1）建筑物的重要程度； 2）建筑物的危害程度；現場記錄危險內容： 3）建筑物的人員密度； 4）建筑物的建筑地位； 5）建筑物的建筑布局； 6）建筑物地點地的雷電密度； 二、唱功地現場勘察理論上：憑證多年的理論教訓，無理論應用上，多采用1類。查出滾球法半徑d。 三、打算和決定合適的保護半徑：憑證上列rp= h (2 hr – h ) 公式，方案人員需思索所決定避雷針的型號，其保護半徑將能籠罩在不同垂直距離上的受保護平面。避雷針選型確定當前，安裝時應屬意以下事變： a.磚木布局的屋宇，可把避雷針敷設在山墻頂部或屋脊上，用抱箍或對鎖坶絲平穩于梁上，平穩局部的長度為針高的1/3。也可以將避雷針嵌于磚墻或水泥中，為了布局的堅挺，插在磚墻中的局部為針高的1/3，插在水泥中局部約為針高的1/4-1/5。b.對付平頂屋上的避雷針應安上底座與屋頂層連接，并用螺絲緊固好。引下線連接接閃器與接地裝配的金屬導體稱為引下線。雷擊時引下線上有很大的雷電流流過，會對四處接地的設備、金屬管道、電源線等產生還擊或旁側閃擊。為了縮小和住手這類還擊，當代建筑把持建筑物的柱筋作避雷引下線，經過理論證明這類要領豈但可行，并且比專門引下線有更多的益處，因為柱鋼筋與木梁、樓板的鋼筋，都是連接在一路的和接地網絡構成一個全體的"法拉第"籠，均處于等電位狀況。雷電流會很快被離別掉，可以住手發擊和旁側閃擊的征兆產生。對于引下線，"規范"作以下規定：《gb50057-94》引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸不小于以下數值：圓鋼直徑為 8mm；扁鋼截面為 48mm2；扁鋼厚度為 4mm。裝在煙囪上的引下線其尺寸不小于：圓鋼直徑?12mm；扁鋼厚度為4mm，截面積為100mm2。悉數引下線要鍍鋅或涂漆，在侵蝕性較強場所，還應加大截面積或采用其余防腐辦法。引下線的平穩支撐點隔絕不得大于1.5-2m，引下線的敷設應摒棄必然的松緊度，不能拉的太緊，省得熱脹冷縮而拉斷。為了縮短序下線的電感量，引下線應沿最短接地路子敷設。對付建筑藝術要求較高的建筑物，引下線可采用暗敷設，但截面要加大。因為建筑物的外型不同，不能做直線引下時，應屬意彎曲勉強鉗口處兩點間的直線距離不得便是或小于彎曲勉強局部線段的理論長度的0.1倍，一般彎曲勉強處不用銳角只管住手用直角。引下線應裝在人員不容易碰著的潛在地點，以防接觸電壓的危險。距空中2m以內的引下線，應有杰出的保護，用瓷管或耐陽光的塑料管套住，住手人或植物觸碰。為便于搜索避雷舉措措施連接導體的導電征兆和接地體的散流電阻，要在每根引下線上做斷接卡子，斷接卡子"規范"規定距空中最高為1.8m。暗裝引下線也應在相應的處所做斷接卡子接線盒。（把持混凝土柱鋼筋做引下線時，沒必要做斷接卡子，但必須引出丈量線端子外露墻面）斷接卡子必須鍍鋅，并保護接觸面細密，接觸面不得小于10mm2卡接母絲直徑必須大于8mm，卡接母絲上應套有彈簧墊圈。