設(shè)計(jì)三級(jí)防雷建筑物與施工中存在的問(wèn)題

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一、前言

　　在建筑物防雷設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)一、二級(jí)防雷建筑物的防雷設(shè)計(jì)比較重視，疏漏差錯(cuò)很少，但對(duì)大量的三級(jí)防雷建筑物的防雷設(shè)計(jì)卻常有忽視。由于設(shè)計(jì)質(zhì)量管理規(guī)定：對(duì)于一般工程的電氣設(shè)計(jì)允許可以不要計(jì)算書，因此許多設(shè)計(jì)人員對(duì)三級(jí)防雷建筑物的防雷設(shè)計(jì)，不再進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，僅憑經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)。對(duì)于防雷設(shè)施的是否設(shè)置及防雷設(shè)施的各種安全間距未進(jìn)行計(jì)算、驗(yàn)算，因此造成大量的三級(jí)防雷的建筑物的防雷設(shè)計(jì)、施工存在較大的的盲目性，使有些工程提高了防雷級(jí)別，增加了工程造價(jià)，而有些工程卻未按規(guī)范設(shè)計(jì)、施工，造成漏錯(cuò)，帶來(lái)很大隱患和不應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)有1993年8月1日起實(shí)施的《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16－92推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1994年11月1日起實(shí)施的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057－94強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。GB50057－94使建筑物的防雷設(shè)計(jì)、施工逐步與國(guó)際電工委員會(huì)IEC防雷標(biāo)準(zhǔn)接軌，設(shè)計(jì)施工更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

　　GB50057－94將民用建筑分為兩類，而JCJ/T16－92將民用建筑防雷設(shè)計(jì)分為三級(jí)，分得更加具體、細(xì)致、避免造成使某些民用建筑物失去應(yīng)有的安全，而有些建筑物可能出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)。為更好的掌握IEC、GB50057－94、JCJ/T16－92三者的實(shí)質(zhì)，且后面的分析、計(jì)算均引自JCJ/T16－92中的規(guī)定。

　　三、預(yù)計(jì)的年雷擊次數(shù)確定設(shè)置防雷設(shè)施

　　預(yù)計(jì)的年雷擊次數(shù)確定設(shè)置防雷設(shè)施除少量的一、二級(jí)防雷建筑物外，數(shù)量眾多的還是三級(jí)防雷及等級(jí)以外的建筑物防雷，而對(duì)此類建筑物大多設(shè)計(jì)人員不計(jì)算年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N，使許多不需設(shè)計(jì)防雷的建筑物而設(shè)計(jì)了防雷措施，設(shè)計(jì)保守，浪費(fèi)了人、材、物。現(xiàn)計(jì)算舉例說(shuō)明：例1：在地勢(shì)平坦的住宅小區(qū)內(nèi)部設(shè)計(jì)一棟住宅樓：6層高層數(shù)不含地下室，地下室高2.2m，三個(gè)單元，其中：長(zhǎng)L=60m，寬W=13m，高H=20m，當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤誘d=33.2d/a，由于住宅樓處在小區(qū)內(nèi)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＋2L＋WH200－H＋πH200－H×10－6=60×13＋2（60＋13）20（200－20）＋3.14×20（200－20）×10－6=0.02084km²建筑物所處當(dāng)?shù)氐睦讚舸蟮氐哪昶骄芏龋篘g=0.024Td1.3=0.024×33.21.3=2.28次/km²。a建筑物年預(yù)計(jì)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≥0.05GB50057－94中：N≥0.06才設(shè)置三級(jí)防雷，而本例中：N=0.0475 1.575m 0.757m。人站在5層時(shí)，h2=15m則UL2=26.25kVUR2=375kV則安全間距L安全2>可見(jiàn)，引下線數(shù)量增加一倍，安全間距則減小一半。因此設(shè)置了防雷設(shè)施后，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)置引下線的數(shù)量及間距。同時(shí)建議可縮短規(guī)范內(nèi)規(guī)定的引下線間距，多設(shè)一定數(shù)量的引下線，可減少雷電壓反擊現(xiàn)象。這樣處理，對(duì)增加工程造價(jià)微乎其微。

　　3.引下線與室內(nèi)金屬管道、金屬物體的距離1當(dāng)防雷接地裝置未與金屬管道的埋地部分連接時(shí)，按例一中數(shù)據(jù)：樓頂?shù)囊戮€高度h=Lx=20m，Rq=30Ω時(shí)，據(jù)JCJ/T16－92第12.5.7條規(guī)定，Lx<5Rq=5×30=150m，則Sal≥0.2KcRi＋0.1Lx式中Kc—分流系數(shù)，因多根引下線，取0.44 Ri—防雷接地裝置的沖擊電阻，因是環(huán)路接地體，Ri=Rq=30ΩSal—引下線與金屬物體之間的安全距離/m則Sal≥0.2×0.44×30＋0.1×20=2.816m. 2當(dāng)防雷接地體與金屬管道的埋地部分連接時(shí)，按式12.3.6－3，Sa2≥0.075KcLx=0.075×0.44×20=0.66由以上計(jì)算的Sal≥2.816m，Sa2≥0.66m，在實(shí)際施工時(shí)，均很難保證以上距離，因?yàn)榻饘俟艿揽繅?.1m左右安裝，又由于Sa2≤Sal，因此可將防雷接地裝置與金屬管道的埋地部分連接起來(lái)，同時(shí)，在樓層內(nèi)應(yīng)將引下線與金屬管道物體連接起來(lái)，防止雷電反擊。

　　4.引下線接地裝置與地下多種金屬管道及其它接地裝置的距離Sed據(jù)JCJ/T16－92第12.5.7條及公式12.3.6－4：Sed≥0.3KcRi=0.3×0.4×30=3.96m，而在實(shí)際施工中，地下水暖管道交錯(cuò)縱橫，先于防雷及電氣接地裝置施工，等施工后者時(shí)，已經(jīng)很難保證Sed≥3.96m了，也難于保證不應(yīng)小于2m的規(guī)定，因此可將防雷接地裝置與各種接地裝置共用，即實(shí)行一棟建筑一個(gè)接地體。將接地裝置與地下進(jìn)出建筑物的各種金屬管道連接起來(lái)，實(shí)行總等電位聯(lián)結(jié)。綜上所述，在實(shí)行一棟建筑一個(gè)總帶電位聯(lián)結(jié)、一個(gè)共用接地體的措施后，在樓頂部應(yīng)將避雷帶針與伸出屋面的金屬管道金屬物體連接起來(lái)，在每層內(nèi)的建筑物內(nèi)應(yīng)實(shí)行輔助等電位聯(lián)結(jié)，即引下線在經(jīng)過(guò)各個(gè)樓層時(shí)，將它與該樓層內(nèi)的鋼筋、金屬構(gòu)架全部聯(lián)結(jié)起來(lái)，于是不論引下線的電位升到多高，同樓層建筑物內(nèi)的所有金屬物包括地面內(nèi)鋼筋、金屬管道、電氣設(shè)備的安全接地都同時(shí)升到相同電位，方可消除雷電壓反擊。

　　五、跨步電壓與接地裝置

　　埋地深度跨步電壓是指人的兩腳接觸地面間兩點(diǎn)的電位差，一般取人的跨距0.8m內(nèi)的電位差?？绮诫妷旱拇笮∨c接地體埋地深度、土壤電阻率、雷電位幅值等諸多因素。當(dāng)接地體為水平接地帶時(shí)，3式中ρ—土壤電阻率/Ω。mL—水平接地體長(zhǎng)度mIk—雷電流幅值kAK—接地裝置埋深關(guān)系系數(shù)，Ukmax—跨步電壓最大值kV

　　按例一中的接地裝置計(jì)算，接地體長(zhǎng)度L=146m，取Ik=150k，土質(zhì)為砂粘土，ρ=300Ω。m，則按埋深深度0.3m，0.5m，0.8m，1m時(shí)相應(yīng)的K值取2.2，1.46，0.97.0.78.按3式計(jì)算：其Ukmax值分別為107.97，71.66，47.61，38.28/kV。

　　世界各國(guó)根據(jù)發(fā)生的人身沖擊觸電事故分析，認(rèn)為相當(dāng)于雷電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)人體能承受的跨步電壓為90～110kV.從計(jì)算結(jié)果可知，該工程的防雷接地體埋深0.8m時(shí)，跨步電壓已在安全范圍內(nèi)。JCJ/T16－92第12.9.4規(guī)定接地體埋設(shè)深度不宜小于0.6m，第12.9.7條規(guī)定：防擊雷的人工接接地體距建筑物入口處及人行道不應(yīng)小于3m，當(dāng)小于3m時(shí)，接地體局部埋深不應(yīng)小于1m，或水平接地體局部包以絕緣物。包以絕緣物易增大其接地電阻，因此還是以埋深大于1m時(shí)為好。這樣處理，只增加少量工程造價(jià)，卻將接地裝置處理得更加安全可靠，起到事半功倍的效果。

　　若采用基礎(chǔ)和圈梁內(nèi)鋼筋作為環(huán)形接地體，但由于三級(jí)防雷的建筑物大多為毛石基礎(chǔ)，毛石基礎(chǔ)上的圈梁埋地一般為0.3m左右，較淺根本達(dá)不到防止危險(xiǎn)的跨步電壓需將接地裝置埋深1m的要求，因此不宜采用圈梁做為環(huán)形接地體指三級(jí)防雷建筑物。

　　六、區(qū)別工頻、沖擊接地電阻

　　工頻、沖擊接地電阻兩者的區(qū)別及關(guān)系，許多施工技術(shù)人員不能區(qū)別與明晰，使部分工程的防雷裝置接地電阻已達(dá)到設(shè)計(jì)值，而仍然盲目采用降阻措施，增加了工程造價(jià)。

　　工頻接地電阻是按通過(guò)接地體流入地中工頻電流求得的電阻?？梢哉J(rèn)為是接地體20m以內(nèi)土壤的流散電阻，距接地體20m以外的大地是電氣上的零電位點(diǎn)。用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量的電阻，即為工頻接地電阻。

　　當(dāng)接地體為環(huán)繞建筑物的環(huán)路接地體與敷設(shè)于陶粘土、沼澤地、黑土、砂質(zhì)粘土等電阻率ρ≤100Ω的土壤內(nèi)的接地體，其工頻接地電阻與沖擊電阻相等。但當(dāng)敷設(shè)于砂、砂礫、礫石、碎石、多巖山地的環(huán)境時(shí)，其工頻接地電阻是沖擊接地電阻的2～3倍。因此如在上所述地面內(nèi)敷設(shè)接地體時(shí)，如用接地電阻儀測(cè)出的工頻接地電阻，只要不超過(guò)設(shè)計(jì)要求的沖擊接地電阻值的2～3倍，即可為符合設(shè)計(jì)要求，不需再采取降阻措施。如不分析接地裝置敷設(shè)地點(diǎn)的土質(zhì)、接地環(huán)境條件，發(fā)現(xiàn)接地電阻儀搖測(cè)值大于設(shè)計(jì)要求值，就盲目再增加人工接地體或采用降阻劑來(lái)追求達(dá)到設(shè)計(jì)值，必須造成人力、物力浪費(fèi)，提高了工程造價(jià)，而這一現(xiàn)象卻有普遍性。