防雷知识系列（四）－外部防雷系统

外部防雷系统由接闪器（避雷针）、引下线、接地地网等无机构成。缺一不可。上面分袂对以上三个重要因素的相关技术及安装举办描画。重要讲本局部的内容是对建筑物外部空气若何截雷，把雷电流向大地中泄放的题目。本局部的内容提纲是： (1)接闪器：避雷针、避雷线、避雷带、避雷网 (2)避雷带和避雷网的布局方案 (3)接闪器的决定和布置接闪器直接截受雷击，以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等，称之为接闪器。机能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装配因如大地中泄放，保护建筑物免受雷害。从公元1753年，富兰克林发清楚明了避雷针以来，避雷针作为接闪器惟一的模式，延续了上百年的历史，从十九世纪当前，逐渐有显现了避雷线、避雷带和避雷网。其分类以下：避雷针、避雷线 、避雷带 、避雷网, 上面逐一引见。避雷针尖端放电由物理学可知，通常物体外部的正电荷和负电荷是相等的，以是从全体来看不显示带电征兆。当某一物体所具备的正、负电荷不相等时，这个物体就显示带电的个性。当物体外部的正电荷多于负电荷时，物体带正电，反之带负电。因为电荷都有异性相吸、异性相斥的个性，以是带电物体中的异性电荷总是遭到互相排斥电场力的作用。以图中带尖锋的金属球为例，假定金属球上带负电（一样也可以领会带上正电），因为电荷异性相斥的作用，电子总是散布到金属球的最外层表面，并且容易逃离金属球。球的尖锋局部，电子遭到异性电荷往外排斥力最强，最容易被排斥离开金属球，这便是通常说的“尖端放电”。公元1749年4月29日，富兰克林在给约翰·米西尔（john mitchel）的信中提出了，云层因为一向遭到蒸汽摩擦而带电的观念，他以为"当带电的云块飘过郊野、掠镇定地、巨树、屹立的高塔、尖屋顶、船舶桅杆、烟筒等物的时辰，拖曳出电火，正如良多尖导体和突出物产生的征兆一样，全体云层就在哪里放出电来"由此，他提出了避雷针的想象。他说：既然尖导体可以把一个离它很远的带电体上的电荷释放掉，住手它对其余物体产生电击，那麽尖导体对付人类可以有些用场。因而他创议将一根上端利害并涂有防锈层的铁杆安装在屋宇的最高处，并用导线接在它的下端，沿着墙壁直通到公开。在海船上则把铁杆平稳在桅杆顶端，用导线连接向下直通入水中。它们就能够在云层将要产生电击的千钧一发之际，悄悄静地把电从云中吸走，因此使咱们免受最溘然、最骇人的悲剧。富兰克林详细描画避雷针的装配，并正式发表它是在1753年。避雷针的英文名字lightning rod，直译为"闪电棍"更精确些，本无住手雷击之意。这个名词望文生义就会产生诬蔑。咱们国际良多物理课本，甚至大学的教课书也把避雷针的原理说成是靠尖端放电中和云层电荷从而消除闪电的，这是错误的。理论上，在富兰克林发明避雷针的时辰，提出了两种避雷针任务机理的剖析；第一种剖析以为，避雷针是靠其针尖电晕放电发出与雷雨云相反的电荷，使雷雨云的电荷获得中和，从而罢黜建筑物的雷害。第二种剖析以为，避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷劝导到自身上来，通过杰出的接地装配，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击。至1753年富兰克林明晰偏向于避雷针引雷的理论了，以是说避雷针是靠尖端放电消除闪电而能避雷的提法是错误的，避雷针是消除不了闪电的。任务原理雷雨云构成当前对大地的电压，低则几百万伏，高则数千伏甚至更高，雷雨云对大地的一次闪击放电的峰值电流平均为30多ka，它的瞬时功率为109-1012w以上。因为瞬时功率很大，以是它的破碎摧毁力是至关大的。当低空显现雷雨云的时辰，大地上因为静电认为作用，必然带上与雷雨云相反的电荷，避雷针处于空中建筑物的最高处，与雷雨云的距离比来，因为它与有杰出的电气连接，以是它于大地有类似的电位，使避雷针四处空间的电场强度对照大，容易吸引雷电先驱，使主放电都会集到它的上面，从而保护四处比它低的物体遭遇雷击的概率大大缩小。而避雷针被雷击的概率却大大的进步。避雷针岂但不能避雷反而引雷，它是自身的多受雷击而保护周围免受雷击。因为避雷针与大地有杰出的电气连接，能把大地储蓄储存的电荷能量迅速传递到雷雨云层中泄放；或把雷雨云层中储蓄储存的电荷能量传递到大地中泄放，使雷击而形成的过电压时间大大的压缩，从很大程度上低落了雷击的危险性，这便是避雷针的任务原理。但必要阐明，避雷针必须有完善稳定，并且有接地电阻只管小的引下线接地装配与其配套，不然，它岂但起不到避雷的作用，反而增大雷击的危害程度。避雷针保护范畴的打算要领现在天下列国对于避雷针保护范畴的打算公式在模式上各有不同，大体上有以下几种打算要领： 一、 折线法：即繁多避雷针的保护范畴为一折线圆锥体。 二、 曲线法：即单支避雷针的保护范畴为一曲线锥体。 三、 直线法：因此避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定，有爆炸危害的建筑物用45°角，对一般建筑物采用60°角，本质上保护范畴为始终线圆锥体。自1983年起，我国正式拟订了自身的防雷规范。现在我国建筑防雷规范gb50057-94也驳回了国际电工委员（iec）引荐的"滚球法"作为避雷针保护范畴的打算要领。避雷针的制作规格由大量模仿推行和理论视察统计资料标明，避雷针的外表状况与其避雷结果无分明的相干，以是，没必要恰当思索采用单针式可以其余模式外型的避雷针。避雷针宜采用圆钢或钢牵制成，其直径不应小于以下数值：针长1m以下： 圆钢为12mm 钢管为20mm 针长1-2m： 圆钢为16mm 钢管为25mm 烟囱顶上的针： 圆钢为20mm 钢管为40mm (见gb50057-94.第四章)主动式避雷针迩来国际市场经销一种叫主动式避雷针的产品，重要有来自法国和澳大利亚的产品，据厂家称，这此产品可以随大气电场变化而吸收能量，当存储的能量达到某一水平凡，便会在避雷针尖放电，尖端周围空气离子化，使避雷针上方构成一条人工的向上的雷电先导，它比天然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触，构成主放电通道。这样，一方面可以使雷雨云靠该避雷针放电的概率添加，至关于避雷针的保护范畴加大，可以至关于将避雷针加高。避雷线接闪器最初的模式只是富兰克林所方案的磨尖的铁棒。20世纪初，在电力系统，为了使输电路线少受雷击，采用了在输电路线上方架设平行的钢线避雷的要领，在合用中，因为它重大无效，逐渐获患了奉行。这类架设在输电路线上方的钢线，称之为避雷线。开初在屋宇建筑上也奉行了这类模式，开端布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护，当前这类形势又有所改革。避雷带 在屋宇建筑雷电保护上，用扁平的金属带代替钢线接闪的要领称之为避雷带，它是由避雷线改革而来。在城市高大楼房上，应用避雷带比避雷针有较多的益处，它可以与楼房顶的装璜连络起来，可以与屋宇的形状较好的共同，即好看防雷结果又好，分外是大面积的建筑，它的保护范畴大而无效，这是避雷针所没法比的。避雷带的制作，采用扁钢，截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。避雷网 避雷网是指把持钢筋混凝土布局中的钢筋网作为雷电保护的要领（必要时还可以辅佐避雷网），也叫做暗装避雷网。它是凭证古典电学中法拉第笼的原理达到雷电保护的金属导电体网络。暗装避雷网是把最下层屋顶作为接闪设备。凭证一般建筑物的布局，钢筋距面层只要6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入网钢筋距面层厚度大于20cm，最佳另装辅佐避雷网。辅佐避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可凭证建筑物重要性，分袂采用5m′5m或10m′10m的圆钢制成。避雷网又明晰网和暗网，其网格越密稳定性越好。建筑物顶上通常有良多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装配。在非混凝土布局的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、屋檐等到顶的突出边缘局部装设避雷带主网，再在主网上加搭辅佐网。避雷带和避雷网的布局方案 避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于以下数值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm2，扁钢厚度为4mm。避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线架设。安装避雷带和避雷网要属意上面事变：一、避雷带及其连接线经过沉降沟（沉降沟：一座较长的多层建筑物，通常在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段旷地，住手各段下沉纷歧致，诱发建筑物毁坏）时，应备有10-20cm以上的伸缩余裕的超越线。二、 有女儿墙的平顶屋宇，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条，连接条的间距不大于20m时，只在屋檐上装避雷带；宽度大于20m时，需在屋面上加装明装连接条，连接条间距不大于20m。三、瓦顶屋宇面坡度为27°-35°，长度不超过75m时，只沿屋脊敷设避雷带。四坡顶屋宇，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角获得保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕上去。若是屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。四、当屋顶面积无比大时，应敷设金属网格，即避雷网。避雷网明晰网和暗网，网格越密，稳定性越好，网格的密度视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5′5m的密网格，一般建筑物用20′20m的网格即可。在非混凝土布局的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、房檐等到顶的突出边缘局部装设避雷带主网，再在主网上加搭辅佐网，避雷网格大小按上述要求。采用避雷带和避雷网保护时，屋顶上的烟囱、混凝土女儿墙、排气楼、天窗及建筑装璜等突出于屋顶上部的布局物和其余突出局部，都要装设短避雷针或避雷带保护，或暗装防护线，并连接到就近避雷带或避雷网上。对金属旗杆、金属烟囱、钢爬梯、风帽、透气管等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。采用避雷带和避雷网保护时，每一座屋宇最多有两根引下线（投影面积小于50m2的建筑物可只用一根）。避雷引下线最佳对称布置，譬喻两根引下线成"一"字或"z"字形，四根引下线要做成"工"字形，引下线间距离不应大于20m，当大于20m时，应在中央多引一根引下线。见《雷电与避雷工程的避雷带和避雷网的布局方案》接闪器的决定和布置公允方案的接闪器将鲜明地缩小雷电击中必要防雷空间的可以性。只要将防雷装配的方案与建筑布局方案同时举办时，才气在技术和经济上获得最优化的组合。分外是在方案建筑物时，就应充实把持建筑物的金属物作为防雷装配的诸局部之用。接闪器可由以下一种或多种构成决定： 1) 自力避雷针； 2) 架空避雷线或架空避雷网； 3) 直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。接闪器的布置： gb50057-94 接闪器布置应切合下表的规定：建筑物防雷类别滚 球半径hr(m) 避雷网网格尺寸（m）第一类防雷建筑物 30 < 5*5或< 6* 4 第二类防雷建筑物 45 < 10*10或< 12* 8 第三类防雷建筑物 60 < 20*20或< 24*16布置接闪器时，可单独或肆意组合采用滚球法避雷网。滚球法：滚球法因此hr为半径的一个球体，沿必要防直击雷的部位动弹，当球体只涉及接闪器（蕴含被把持作为接闪器的金属物）或只涉及接闪器和空中（蕴含与大地接触并能经受雷击的金属物），而不涉及必要保护的部位时，该局部就获得接闪器的保护。 iec1024-1：1990 当切合下表的要求时，接闪器的布置便是合适的。凭证保护级别布置接闪器就方案接闪器系统而言，以下要领可单独应用，也可连络应用，只需接闪装配不同局部所供给的保护区能互相连接，并确保建筑物获得彻底的保护就行（见iec1024-1第2.1.2条）： --保护角法： --滚球法： --网格法：悉数这三种要领均可用于自力、半自力和非自力的防雷系统的方案。一、 保护角法：接闪导体、避雷针、避雷杆塔和避雷线的地位，应使被保护建筑物的各个局部都处于由接闪装配导体上的各点以""角朝四周八偏向空中投影所构成的轨迹面以内。保护角法有几何局限。二、滚球法：对具备烦复几何状况的建筑物，或当iec1024-1的表1扫除采用保护角法时，应采用滚球法来确定建筑物的面积和各局部的保护空间。"滚球"半径应切合所决定的防雷系统保护等第。滚球法是在建筑物上才把持半径为"r"的球，绕建筑物动弹，直到碰着地平面，或碰着与地平面接触且能用作雷电导体的任何永恒性建筑物或物体为止。在动弹接触建筑物的处所便有可以遭到雷击。在这样的点和地段处，就必要由接闪导体来供给防雷保护。防雷系统的保护空间便是"滚球"接触该导体并作用于建筑物时并未穿过的那块空间的体积。保护等第和防雷系统的安装本钱随所选滚球的尺寸的放大而添加。三、 网格法：接闪导体或屋顶导体应构成一个闭合多边形，其周边应靠拢屋顶的边缘布设。这类多边形接闪装配应通过增设互相连接的横向接闪导线来完满，以构成切合iec1024-1表1要求的网格。选型步伐：(1)评价保护级数； (2)决定合适的保护半径；在地球上所处径、纬度的不同na也不同。 评价保护级数 一、查出内地的雷电密度na 我国南方地区一般为4，可查图而来。理论上 1）建筑物的重要程度； 2）建筑物的危害程度；现场记录危险内容： 3）建筑物的人员密度； 4）建筑物的建筑地位； 5）建筑物的建筑布局； 6）建筑物地点地的雷电密度； 二、唱功地现场勘察理论上：凭证多年的理论教训，无理论应用上，多采用1类。查出滚球法半径d。 三、打算和决定合适的保护半径：凭证上列rp= h (2 hr – h ) 公式，方案人员需思索所决定避雷针的型号，其保护半径将能笼罩在不同垂直距离上的受保护平面。避雷针选型确定当前，安装时应属意以下事变： a.砖木布局的屋宇，可把避雷针敷设在山墙顶部或屋脊上，用抱箍或对锁坶丝平稳于梁上，平稳局部的长度为针高的1/3。也可以将避雷针嵌于砖墙或水泥中，为了布局的坚挺，插在砖墙中的局部为针高的1/3，插在水泥中局部约为针高的1/4-1/5。b.对付平顶屋上的避雷针应安上底座与屋顶层连接，并用螺丝紧固好。引下线连接接闪器与接地装配的金属导体称为引下线。雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对四处接地的设备、金属管道、电源线等产生还击或旁侧闪击。为了缩小和住手这类还击，当代建筑把持建筑物的柱筋作避雷引下线，经过理论证明这类要领岂但可行，并且比专门引下线有更多的益处，因为柱钢筋与木梁、楼板的钢筋，都是连接在一路的和接地网络构成一个全体的"法拉第"笼，均处于等电位状况。雷电流会很快被离别掉，可以住手发击和旁侧闪击的征兆产生。对于引下线，"规范"作以下规定：《gb50057-94》引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不小于以下数值：圆钢直径为 8mm；扁钢截面为 48mm2；扁钢厚度为 4mm。装在烟囱上的引下线其尺寸不小于：圆钢直径?12mm；扁钢厚度为4mm，截面积为100mm2。悉数引下线要镀锌或涂漆，在侵蚀性较强场所，还应加大截面积或采用其余防腐办法。引下线的平稳支撑点隔绝不得大于1.5-2m，引下线的敷设应摒弃必然的松紧度，不能拉的太紧，省得热胀冷缩而拉断。为了缩短序下线的电感量，引下线应沿最短接地路子敷设。对付建筑艺术要求较高的建筑物，引下线可采用暗敷设，但截面要加大。因为建筑物的外型不同，不能做直线引下时，应属意弯曲勉强钳口处两点间的直线距离不得便是或小于弯曲勉强局部线段的理论长度的0.1倍，一般弯曲勉强处不用锐角只管住手用直角。引下线应装在人员不容易碰着的潜在地点，以防接触电压的危险。距空中2m以内的引下线，应有杰出的保护，用瓷管或耐阳光的塑料管套住，住手人或植物触碰。为便于搜索避雷举措措施连接导体的导电征兆和接地体的散流电阻，要在每根引下线上做断接卡子，断接卡子"规范"规定距空中最高为1.8m。暗装引下线也应在相应的处所做断接卡子接线盒。（把持混凝土柱钢筋做引下线时，没必要做断接卡子，但必须引出丈量线端子外露墙面）断接卡子必须镀锌，并保护接触面细密，接触面不得小于10mm2卡接母丝直径必须大于8mm，卡接母丝上应套有弹簧垫圈。