林娜 郑卓骅
广东省揭阳市气象局
摘要：高层楼房的雷电防护设计是建筑建设过程中不可避免的，本文根据高层楼房的特点，结合相关的工程规定，探讨高层楼房建筑的防雷技术与措施。经过总结高层楼房雷电防护工程中的常见问题，分析了目前防雷措施的特点与弊端。通过总结归纳防雷措施的经典理论，对雷电成因进行简单概述，对多种防雷措施进行对比分析，提出了较为合理的高层楼房建筑雷电防护的工程措施，实际应用验证了防雷措施的有效性与可靠性[1]。
关键词：高层楼房；雷电防护措施；研究与应用
前言：本文从雷电形成原因及各雷电参数的模型入手，对雷电过电压进行了计算分析，而后介绍了高层楼房建筑防雷存在的问题与特点，在立足高层楼房雷害特点的前提下针对各类故障提出了架设避雷针、加装各种型号的避雷器、降低杆塔接地电阻等方法。并就各种方法的适用性和优缺点进行了详细的对比分析。经调查，建筑感应雷过电压造成故障的概率远大于直击雷，所以在所有方式中，重点突出避雷器的防雷应用。按照避雷器的工作原理、结构分类和参数选择[2]。
1 雷电基本理论分析[3]
1.1 雷电概述
雷电是生活中常见到的一种剧烈的放电现象，它不仅会造成建筑和公物的损毁，还会造成人员伤亡，对于电力系统的设备来说，遭遇雷击更是巨大的打击。大多数放电发生在雷云与雷云之间，只有少数发生在雷云与地之间，但这却是我们研究的重点，因为这是对人类生活和电力系统危害最大的情况。
1.2 直击雷过电压
直击雷过电压，即雷电直接击中系统（架空线路或塔顶），大量雷电流流过配电系统自身和接地的阻抗，过电流幅值巨大，让被击点瞬间变为高电位。
由等效电路图我们知，当雷电直击导线A点时，雷电流幅值iz：
（1-1）
雷电过电压幅值UA：（1-2）式中，Z为导线的波阻抗，Z0为雷道波阻抗，Uph.m为工作电压峰值。
1.3 感应雷过电压
当雷击距离小于50米时，由于金属导线的引雷效应，雷通常会以直击雷的方式打在线路导体本身，雷击导线附近物体而未使导线出现反击放电时，导线上将感应出很高的过电压，这与导线的对地高度成正比，在没有架设避雷线的情况下，可用此式计算感应雷过电压最大值：（1-3）式中，a（kV/m）为感应过电压系数，数值上等于雷电流时间陡度平均值。
2 高层楼房防雷的主要措施[4]
2.1 架设避雷针
在高层楼房楼顶上架设避雷针，这是预防直击雷的直接有效的方法。传统方法将避雷针与相导线同杆塔架设，在遭遇直击雷情况下，避雷针能使巨大的雷电流向各个线柱分流，从而使经过杆塔的过电流减小，提高了耐雷水平。同时，对于由附近感应的过电压来说，避雷针会对其产生良好的耦合。感应雷是由于雷击附近地面时，导线附近空间的电磁场急剧变化产生的，架设在导线上方的避雷针由于屏蔽作用，会大幅抑制感应过电压，增加高层建筑的雷电防护力。
2.2 加装各种型号的避雷器
经统计，对于高层楼房建筑，发生事故的主要因素是由感应造成的过电压而非雷直接打击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以安装避雷器是应用较为广泛的措施。避雷器又叫限压器，作用为抑制雷电侵入波过电压，防止电气设备受到冲击损坏。避雷器的伏秒特性曲线应严格位于被保护设备的下方，在雷电波到来时先于设备动作，从而保护设备。良好的避雷器应尽量满足四点要求：①正常时隔离导线与地，②动作时限制雷电侵入波，③动作后可靠切断工频续流，④不产生截波。
2.3 降低避雷线的接地电阻
避雷线的接地电阻决定了电荷的泄放速度并影响反击概率，是防雷保护中的重要数值。电荷泄放速度快便可以使设备避免受到损害。所以，接地电阻和杆塔电位与反击概率成正比，和耐雷水平成反比。為了降低接地电阻，人们曾采用各种方法，主要从加设接地体和改变外部环境两方面入手。加设接地体，材料的运用是关键。在选择上要尽量满足经济性好，电阻低，防腐蚀效果好，寿命长等要求。在以往的经验里，铜线、钢线、热镀金属材料等都有应用。
3 防雷措施的比较分析[5]
3.1 无间隙氧化锌避雷器
无间隙的氧化锌避雷器结构简单，仅由避雷器本身、接线工具和引线组成，与传统的阀型避雷器相比，少了空气间隙，带来许多方便之处。其原理是，电阻阀片和被保护设备的伏安特性配合，正常时，避雷器相当于绝缘体，电流仅有10-50微安，可隔离导线与地，当线路遭遇雷电冲击波，过电压能量会使避雷器先于被保护设备放电，避雷器处于工作状态，释放大量能量，在雷电冲击过去后，电阻片提供残压可防止截波。可将避雷器看作是并联在被保护设备两端的放电器，以无间隙避雷器来说，它具有许多优点：
（1）无间隙结构，续流无法继续存在；
（2）耐污性能好，运行维护方便；
（3）动作负载轻，可重复动作性好；
（4）造价低，安装简单，便于大量应用。
无间隙的氧化锌避雷器通常应用于线路终端杆塔和配电设备中，并可和脱离器搭配使用。脱离器与避雷器串联使用，正常时呈现低阻抗。其原理是，若避雷器异常不能使用，线路将短路，短路电流流过坏了的避雷器，使脱离器受此电流影响，开始动作。动作后避雷器不再参与线路运行，控制了短路范围。并且脱离器动作后，还可以给工作人员一个可见信号，方便维修。
3.2 带串联间隙的氧化锌避雷器
环形电极式带间隙避雷器构成部分有避雷器本身，环形电极和空气隙，避雷器的绝缘外套是复合外套，重量轻，安装方便且不用接地，高压端的环形电极安装于绝缘子外围，可对线路上的绝缘子有效保护，减低雷击故障概率。由避雷器本体，穿刺电极和空气间隙组成，其外套也是复合材料，避雷器高压电极为半球型，与穿刺电极之间的空隙形成空气间隙，穿刺电极穿过绝缘层连接线芯，获得导线的电压。该设计的优点是与环形电极式避雷器相比较，穿刺型电极式避雷器可以在避雷器本体损坏之后，其结构原理相当变为防弧金具，可继续保护绝缘子。
参考文献：
[1]韩松柏.超高层建筑的防雷设计[J].电气应用，2008，27（7）：59-64.
[2]乐治恒.超高层建筑的防雷与等电位设计.[J]新建设：现代物业上旬刊，2013，（7）：32-34.
[3]张岩.超高层建筑防雷接地系统施工技术探讨[J].安装，2011， 47（9）：47-48.
[4]钟昌富，章燕清，蒋俊志，等.超高层建筑施工中的绿色节能技术机[J].建筑施工，2015，（4）：492-494.
论文作者:林娜,郑卓骅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
标签：避雷器论文; 过电压论文; 雷电论文; 导线论文; 防雷论文; 楼房论文; 间隙论文; 《防护工程》2018年第25期论文;