隨著現代社會的發展,建筑物的規模不斷擴大,各種電氣設備的使用越來越多,特別是計算機網絡信息技術的普及,越來越多的建筑物使用各種信息化的電氣設備。在我國,建筑物內的電氣設備每年都受到雷擊的破壞,造成了巨大的損失。因此,建筑物的防雷設計就顯得尤為重要。
直擊雷和感應雷是雷電侵入建筑物電氣設備的兩種形式。直擊雷是指直擊線路并通過電氣設備進入地面的雷電過電流;感應雷是指由雷電閃光電流和導線引起的過電壓、過電流引起的強電磁場變化引起的雷電。根據國家標準GB50057-94(2000年版),建筑物的防雷區域分為lpz0a、lpz0b、lpz1、lpzn+1等區域(各區域的具體含義本文不作說明)。將需要保護的空間劃分為不同的防雷分區的目的是規定雷電電磁脈沖的強度和空間各部分等電位聯結點的位置,從而確定該區域內的電子設備采用何種電涌保護器,以及在何處和如何實現與共用接地體的等電位聯結。
建筑物直接雷擊保護區為lpzoa區,其保護設計已為電氣設計人員所熟知。根據《國家建筑防雷設計規范》(GB500 597—1994)(2000版),設計了防雷網、避雷器或混合避雷器、柱基礎鋼筋網、鋼屋架、屋面鋼筋等,形成整體防雷。網格將通過柱狀基礎的全部加固作為接地體流入地球。建筑物內感應雷的保護范圍為lpz0b、lpz1、lpzn+1區,即不能直接受雷擊的區域;感應雷是由雷電的電磁脈沖感應或靜電感應產生的,產生感應雷電壓的概率較大,這對建筑物的電氣設備,特別是低壓電子設備有著巨大的威脅,因此建筑物內部設備的防雷保護的關鍵是防止感應雷的侵入。感應雷產生的雷電過電壓和過電流主要有以下三種方式:
(1)被電源線侵入;高壓電源線被直擊雷襲擊后,通過變壓器耦合到各低壓0.38kv/0.22kv線路上,再傳輸到各低壓電氣設備上建筑物內的設備;此外,外部低壓線也可能直接受到雷擊或感應雷擊過電壓。經測試,低壓線路平均感應雷過電壓可達10kV,可對各類電氣設備,特別是電子信息設備造成完全破壞。
(2) 它被大樓里的計算機通訊和其他信息線路所侵入
① 當地面突出物被直擊雷擊中時,強雷電電壓會穿透鄰近土壤,雷電電流會直接侵入電纜護套,然后擊穿護套,使高壓侵入線路。
② 雷云對地放電時,會感測線路上數千伏的過電壓,損壞與線路相連的電氣設備,并通過設備配線侵入通信線路。這種入侵沿著通信線路傳播,涉及范圍廣。
③ 如果用多芯電纜連接不同來源的電線或多芯電纜并聯敷設,當某根電線被雷擊時,相鄰電線會產生過電壓,從而損壞低壓電子設備。
(3) 地電位反擊電壓通過接地體侵入;雷擊時,強雷擊電流通過引下線和接地體流入地面,輻射出接地體附近的電位分布。如果附近有其他接地體與電子設備相連,就會產生高壓地電位反擊,入侵電壓可達數萬伏。建筑物的直擊雷保護將強雷擊電流引入地下室。