建筑物設計施工中三級防雷的問題

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一、前言
    在建筑物防雷設計中，設計人員對一、二級防雷建筑物的防雷設計比較重視，疏漏差錯很少，但對大量的三級防雷建筑物的防雷設計卻常有忽視。由于設計質量管理規(guī)定：對于一般工程的電氣設計允許可以不要計算書，因此許多設計人員對三級防雷建筑物的防雷設計，不再進行設計計算，僅憑經驗而設計。對于防雷設施的是否設置及防雷設施的各種安全間距未進行計算、驗算，因此造成大量的三級防雷的建筑物的防雷設計、施工存在較大的的盲目性，使有些工程提高了防雷級別，增加了工程造價，而有些工程卻未按規(guī)范設計、施工，造成漏錯，帶來很大隱患和不應有的損失。
 　　二、建筑物防雷規(guī)范的概述及比較現(xiàn)今建筑物防雷標準
    由1993年8月1日起實施的《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ/T16－92？推薦性行業(yè)標準，1994年11月1日起實施的《建筑物防雷設計規(guī)范》 GB50057－94？強制性國家標準。GB50057－94使建筑物的防雷設計、施工逐步與國際電工委員會？IEC？防雷標準接軌，設計施工更加規(guī)范化、標準化。
 　　GB50057－94將民用建筑分為兩類，而JCJ/T16－92將民用建筑防雷設計分為三級，分得更加具體、細致、避免造成使某些民用建筑物失去應有的安全，而有些建筑物可能出現(xiàn)不必要的浪費。為更好的掌握IEC、GB50057－94、JCJ/T16－92三者的實質，特擇其主要條款列于表1.且后面的分析、計算均引自JCJ/T16－92中的規(guī)定。
 　　三、預計的年雷擊次數(shù)
    確定設置防雷設施除少量的一、二級防雷建筑物外，數(shù)量眾多的還是三級防雷及等級以外的建筑物防雷，而對此類建筑物大多設計人員不計算年預計雷擊次數(shù)N，使許多不需設計防雷的建筑物而設計了防雷措施，設計保守，浪費了人、材、物?，F(xiàn)計算舉例說明：
 　　例1：在地勢平坦的住宅小區(qū)內部設計一棟住宅樓：6層高 層數(shù)不含地下室，地下室高2.2m，三個單元，其中：長L=60m，寬W=13m，高H=20m，當?shù)啬昶骄妆┤誘d=33.2d/a，由于住宅樓處在小區(qū)內部，則校正系數(shù)K=1.據(jù)JCJ/T16－92中公式 D 2－1 、 D 2－2 、 D 2－3 、D 2－4 得：與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積？km2 ：Ae= L W＋2  L＋W H 200－H ＋πH 200－H  ×10－6= 60×13＋2（60＋13）20（200－20）＋3.14×20（200－20） ×10－6=0.02084 km2 
　　建筑物所處當?shù)氐睦讚舸蟮氐哪昶骄芏龋?
 　　Ng=0.024Td1.3=0.024×33.21.3=2.28次/ km2 a 
　　建筑物年預計雷擊次數(shù)：
 　　N=KNgAe=1×2.28×0.02084=0.0475 次/a 
　　據(jù)JCJ/T16－92第12.3.1條，只有在N≥0.05 GB50057－94中：N≥0.06 才設置三級防雷，而本例中：N=0.0475<0.05，且該住宅樓在住宅樓群中不是最高的也不在樓群邊緣，故該住宅樓不需做防雷設施。
 　　根據(jù)以上計算步驟，現(xiàn)以L=60m，W=13m，分別以H=7m、10m、15m、20m四種不同的高度，K值分別取1，1.5，1.7，2，Ng=2.28？km2  a 進行計算N值，計算結果見表2.從表2中的數(shù)據(jù)可知，在本區(qū)內：①當K=1時，舉例中的建筑物均N<0.05，不需設置防雷設施。②當K=1.5時，即建筑物在河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的或特別潮濕的建筑物，在高度達15m或以上者，必須設置三級防雷措施。③當K=1.7時，即金屬的磚木結構的建筑物，高度達7m及以上者，必須設置三級防雷措施。④當K=2時，即建筑物位于曠野孤立的位置，高度達7m？兩層以上者，均設置三級防雷措施。
 　　可見，有的建筑物在20m的高度，卻不需設置防雷措施，而有的建筑物高度在7m，就必須設置三級防雷措施。關鍵因素在于建筑所處的地理位置、環(huán)境、土質和雷電活動情況所決定。
 　　同時在峻工的工程中，我們也看到，例1中的民用建筑物，有許多類似的工程不該設置防雷卻按三級防雷設計施工了，施工后的防雷接地裝置如圖1所示。
 　　其中8組引下線均利用結構中的構造柱的4 12主筋，水平環(huán)路接地體埋深1m，距樓外墻1m.以上鋼材均為鍍鋅件，則共需鍍鋅鋼材0.192t，人工費2950元，定額預算工程直接費約0.75萬元。類似這種三級防雷以外的住宅樓、辦公樓及其他民用建筑，在我們地區(qū)1998年約竣工600～800棟，僅增設的防雷設施其工程直接費約為450～600萬元。以此類推，在全省、全國因提高防雷等級而提高工程造價？浪費？的數(shù)字是巨大的。因此，設計人員對民用建筑物的防雷設計必須對建筑物年預計雷擊次數(shù)進行計算，根據(jù)計算結果，結合具體條件，確定是否設置防雷設施。
　四、防雷設施與人、金屬管道等的安全距離
 　　1.雷電流反擊電壓與引下線間距的關系
 　　 當建筑物遭受雷擊時，雷擊電流通過敷設在樓頂?shù)谋芾拙W，經接地引下線至接地裝置流入地下，在接地裝置上升高的電位等于電流與電阻的乘積，在接地引下線上某點 離地面的高度為h 的對地電位則為Uo=UR＋UL=IkRq＋L 1 　　
 　　式中Ik―雷電流幅值 kA 
　　Rq―防雷裝置的接地電阻 Ω 　　L―避雷引下線上某點 離地面的高度的為h 到接地裝置的電感 μH 　　
    雷電流的波頭陡度 kA/μH 1 式中右邊第一項 UR即IkRq 為電位的電阻分量，第二項 UL 即 為電位的電感分量，據(jù)GB50057－94有關規(guī)定，三類 級 防雷建筑物中，可取雷電流Ik=100kA，波頭形狀為斜角形，波頭長度為10μs，則雷電流波頭陡度= =10kA /μs，取引下線單位長度電感Lo= 1.4μH/m，則由 1 式可得出Uo=100Rq＋1.4×h×10=100Rq＋14h kV   2 
　　根據(jù) 2 式，在不同的接地電阻Rq及高度h時，可求出相應的Uo值，但引下線數(shù)量不同，則Uo的數(shù)值有較大差異。下面以例1中引下線分別為4、8根 假定每根引下線均流過相同幅度的雷擊電流，且忽略雷電流在水平避雷上的電阻及電感壓降 ，計算出的UR/UL值列于表3.由表3中可知，接地電阻 Rq 即使為零，在不同高度的接地引下線由于電感產生的電位 電感分量 也是相當高的，同樣會產生反擊閃絡。
 　　2.引下線與人體之間的安全間距
    雷擊電流流過引下線及接地體上產生的雷擊電壓，其電阻分量存在于雷電波的持續(xù)時間？數(shù)十μs 內，而電感分量只存在于波頭時間5μs內，因此兩者對空氣絕緣作用有所不同，可取空氣擊穿強度：電感UL=700kV/m，電阻ER=500kV/m.混凝土墻的擊穿強度等于空氣擊穿強度，磚墻的擊穿強度為空氣擊穿強度的一半