2 外部防雷裝置與內(nèi)部防雷裝置

　　國際電工委員會編制的標(biāo)準(zhǔn)（IEC1024－1）將建筑物的防雷裝置分為兩大部分：外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置。筆者認(rèn)為，這樣劃分很有必要，建筑物的防雷設(shè)計必須將外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置作為整體統(tǒng)一考慮。

　　外部防雷裝置（即傳統(tǒng)的常規(guī)避雷裝置）由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器（也叫接閃裝置）有三種形式：避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，它位于建筑物的頂部，其作用是引雷或叫截獲閃電，即把雷電流引下。引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。

　　內(nèi)部防雷裝置的作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外，所有為達(dá)到此目的所采用的設(shè)施、手段和措施均為內(nèi)部防雷裝置，它包括等電位連接設(shè)施（物）、屏蔽設(shè)施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。

　　隨著電子設(shè)備的廣泛使用，雷電電磁脈沖的危害也相對嚴(yán)重起來。1992年6月22日國家氣象局中心大樓發(fā)生雷擊事故，北京－東京的同步線路的調(diào)制解調(diào)器被擊壞，致使線路中斷46小時，另一主機(jī)的一塊異步板被擊壞，導(dǎo)致8條線路中斷，影響了國際通訊。其他地點因雷電電磁脈沖干擾而導(dǎo)致電子設(shè)備損壞的例子還有不少。這類例子說明，只設(shè)計外部防雷裝置而不配之內(nèi)部防雷手段，接閃器再好，也無法獲得好的防雷效果。

　　防雷工程是一種系統(tǒng)工程。筆者早在1960年作人民大會堂工程總結(jié)及寫作《建筑物防雷設(shè)計》一書時就提出了建筑物防雷設(shè)計的六項重要因素，目的是提醒人們要整體地、全面地考慮建筑物防雷設(shè)計。這六項要素是：

　?。?）接閃功能：指實現(xiàn)接閃功能所應(yīng)具備的條件，包括接閃器的形式（避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)）、耐流耐壓能力、連續(xù)接閃效果、造價以及接閃器與建筑物的美學(xué)統(tǒng)一性等。

　?。?）分流影響：指引下線對分流效果的影響。引下線的粗細(xì)和數(shù)量直接影響分流效果，引下線多，每根引下線通過的雷電流就小，其感應(yīng)范圍就小。引下線相互之間的距離不應(yīng)小于規(guī)范中的規(guī)定。當(dāng)建筑物很高，引下線很長時，應(yīng)在建筑物的中間部位增加均壓環(huán)，以減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，而且還可以降低反擊電壓。

　?。?）均衡電位：指使建筑物內(nèi)的各個部位都形成一個相等的電位，即等電位。若建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋與各種金屬設(shè)置及金屬管線都能連接成統(tǒng)一的導(dǎo)電體，建筑物內(nèi)當(dāng)然就不會產(chǎn)生不同的電位，這樣就可保證建筑物內(nèi)不會產(chǎn)生反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓，對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設(shè)備也有很大的好處。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物最具備實現(xiàn)等電位的條件，因為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋的大部分都是自然而然地焊接或綁扎在一起的。為滿足防雷裝置的要求，應(yīng)有目的地把接閃裝置與梁、板、柱和基礎(chǔ)可靠地焊接、綁扎或搭接在一起，同時再把各種金屬設(shè)備和金屬管線與之焊接或卡接在一起，這就使整個建筑物成為良好的等電位體。

　?。?）屏蔽作用：屏蔽的主要目的是使建筑物內(nèi)的通信設(shè)備、電子計算機(jī)、精密儀器以及自動控制系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的危害。建筑物內(nèi)的這些設(shè)施，不僅在防雷裝置接閃時會受到電磁干擾，而且由于它們本身靈敏性高且耐壓水平低，有時附近打雷或接閃時，也會受到雷電波的電磁輻射的影響，甚至在其他建筑物接閃時，還會受到從該處傳來的電磁波的影響。因此，我們應(yīng)盡量利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，即建筑物內(nèi)地板、頂板、墻面、及梁、柱內(nèi)的鋼筋，使其構(gòu)成一個六面體的網(wǎng)籠，即籠式避雷網(wǎng)，從而實現(xiàn)屏蔽。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，墻內(nèi)和樓板內(nèi)的鋼筋有疏有密，鋼筋密度不夠時，設(shè)計人應(yīng)按各種設(shè)備的不同需要增加網(wǎng)格的密度。良好的屏蔽不僅使等電位和分流這兩個問題迎刃而解，而且對防御雷電電磁脈沖也是最有效的措施。此外，建筑物的整體屏蔽還能防球雷、側(cè)擊和繞擊雷的襲擊。

　　（5）接地效果：指接地效果的好壞。良好的接地效果也是防雷成功的重要保證之一。每個建筑物都要考慮哪種接地方式的效果最好和最經(jīng)濟(jì)。筆者認(rèn)為，當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物符合規(guī)范條件時，應(yīng)利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置。當(dāng)達(dá)不到規(guī)范中規(guī)定的條件或基礎(chǔ)包在防水卷材層內(nèi)時，可做周圈式接地裝置，但應(yīng)將周圈式接地裝置預(yù)先埋在基礎(chǔ)槽的最外邊（不必離開建筑物3m以外）。接地體靠近基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋有利于均衡電位，同時還可節(jié)省為挖深溝所花費(fèi)的人力和物力。在基礎(chǔ)完工后再挖深溝則易影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

　　對木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)建筑物，必須做獨(dú)立引下線并采用獨(dú)立接地方式。當(dāng)土壤電阻率大，使用接地極較多時，也可做周圍式接地裝置。因為周圈式接地裝置的沖擊阻抗小于獨(dú)立接地裝置的沖擊阻抗，而且有利于改善建筑物內(nèi)的地電位分布，減小跨步電壓。采用獨(dú)立式接地方式時，以鉆孔深埋接地極（約4~12m）的效果為最好，深孔接地極容易達(dá)到地下水位，且能減少接地極的用鋼量。

　?。?）合理布線：指如何布線才能獲得最好的綜合效果?，F(xiàn)代化的建筑物都離不開照明、動力、電話、電視和計算機(jī)等設(shè)備的管線，在防雷設(shè)計中，必須考慮防雷系統(tǒng)與這些管線的關(guān)系。為了保證在防雷裝置接閃時這些管線不受影響，首先，應(yīng)該將這些電線穿于金屬管內(nèi)，以實現(xiàn)可靠的屏蔽；其次，應(yīng)該把這些線路的主干線的垂直部分設(shè)置在高層建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應(yīng)的范圍。在管線較長或橋架等設(shè)施較長的路線上，還需要兩端接地；第三，應(yīng)該注意電源線、天線和屋頂高處的彩燈及航空障礙燈等線路的引入做法，防止雷電波侵入。除考慮布線的部位和屏蔽外，還應(yīng)在需要的線路上加裝避雷器、壓敏電阻等浪涌保護(hù)器。因此，設(shè)計室內(nèi)各種管線時，必須與防雷系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

　　3 安全隔離距離與等電位連接

　　在建筑物內(nèi)部，就總體來說，防雷措施可分為安全隔離距離和等電位連接兩大類。安全隔離距離指在需要防雷的空間內(nèi)，兩導(dǎo)電物體之間不會發(fā)生危險的火花放電的最小距離，即不會發(fā)生反擊的最小距離。等電位連接的目的是減小或消除內(nèi)部防雷裝置各個部位上所產(chǎn)生的電位差，包括靠近進(jìn)戶點的外來導(dǎo)體上的電位差。

　　筆者主張，若采用安全距離法就應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057－94）規(guī)定的各類防雷措施去計算；若采用等電位連接法，就應(yīng)徹底實現(xiàn)等電位。木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用安全距離措施，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)采用等電位連接措施。

　　5球雷

　　在國際建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)（IEC/TC－81）和我國的《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中，均沒有對球雷的防護(hù)作出規(guī)定。在筆者的調(diào)查中，北京地區(qū)的球雷事故還是不少的，球狀閃電約占閃電統(tǒng)計總數(shù)的13.7％。盡管國內(nèi)外科技人員對球狀閃電的形成機(jī)理尚無一致的觀點，但對其性質(zhì)、狀態(tài)和危害還是比較清楚的。

　　球雷（即球狀閃電）是一種橙色或紅色的類似火焰的發(fā)光球體，偶爾也有黃色、藍(lán)色或綠色的。大多數(shù)火球的直徑在10～100cm左右。球雷多在強(qiáng)雷暴時空中普通閃電最頻繁的時候出現(xiàn)。球雷通常沿水平方向以1～2m/s的速度上下滾動，有時距地面0.5～1m，有時升起2～3m。它在空中漂游的時間可由幾秒到幾分鐘。球雷常由建筑物的孔洞、煙囪或開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)，有時也通過不接地的門窗鐵絲網(wǎng)進(jìn)入室內(nèi)。最常見的是沿大樹滾下進(jìn)入建筑物并伴有嘶嘶聲。球雷有時自然爆炸，有時遇到金屬管線而爆炸。球雷遇到易燃物質(zhì)（如木材、紙張、衣物、被褥等）則造成燃燒，遇到可爆炸的氣體或液體則造成更大的爆炸。有的球雷會不留痕跡地?zé)o聲消失，但大多數(shù)均伴有爆炸聲且響聲震耳。爆炸后偶爾有硫磺、臭氧或二氧化碳?xì)馕丁Ｇ蚶谆鹎蚩奢椛涑龃罅康臒崮?，因此它的燒傷力比破壞力要大?/p>

　　下面是一個典型的球雷實例：1982年8月16日，釣魚臺迎賓館兩處同時落球雷，均為沿大樹滾下的球雷。一處在迎賓館的東墻邊，一名警衛(wèi)戰(zhàn)士當(dāng)即被擊倒，該戰(zhàn)士站在2.5m高的警衛(wèi)室前，距落雷的大樹約3m，樹高20多米。球雷落下的瞬間，他只感到一個火球距身體很近，隨后眼前一黑就倒了。醒來后，除耳聾外并無其他損傷。但該警衛(wèi)室的混凝土頂板外檐和磚墻墻面被擊出幾個小洞，室內(nèi)電燈被打掉，電燈的拉線開關(guān)被打壞，電話線被打斷，估計均為電磁感應(yīng)的電動力所致。另一處在迎賓館院內(nèi)的東南區(qū)，距警衛(wèi)室約100m，也是沿大樹滾下。距樹2m處有個木板房（倉庫），該房在三棵14～16m高大槐樹包圍之中，球雷沿東側(cè)的大樹滾下后鉆窗進(jìn)屋，窗玻璃外有較密的鐵絲網(wǎng)，但沒有接地，鐵絲網(wǎng)被擊穿8個小洞，窗玻璃被擊穿兩個小洞。球雷燒焦了東側(cè)木板墻和東南房角，燒毀了室內(nèi)墻上掛的兩條自行車內(nèi)胎，燒壞了該室的膠蓋閘，室內(nèi)的電燈線也被燒斷。落雷大樹下放有十多盤鋼筋、8輛鐵推車和6個空汽油桶。這此金屬物都是招引雷電的條件。

　　防護(hù)球雷并不困難，應(yīng)該在規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定相應(yīng)的措施。就防護(hù)球雷措施而言，最好是籠式避雷網(wǎng)，如果達(dá)不到籠式避雷網(wǎng)條件，就在建筑物的門窗上安裝金屬紗網(wǎng)并接地；堵好建筑物墻面上不必要的孔洞；煙囪與出氣管上口均要加裝鐵絲網(wǎng)并接地；儲存或損傷易燃易爆物體的倉庫和廠房的煙囪和放氣管應(yīng)加裝阻火器并接地。對高大樹木下的重要建筑物尤其要采取防護(hù)球雷的措施。