长城防雷技术措施

长城防雷技术措施

陈九明 ,舒昭平

（身份证号：440803196803160713）； （身份证号：440803196806120717）；

摘要：近些年来，随着全球气候异常变化，各种各样的灾害性天气现象频发，雷暴即为其中之一，轻者影响到民众日常生产生活及建筑物、电子设施设备的安全性，重则危及到大众的生命安全。长城由于地势较高、环境复杂且恶劣等更是频繁遭受雷击，为保障长城及民众的生命安全，采取科学、有效的防雷技术措施刻不容缓。基于此，本文首先概述了防雷装置的形式，后重点探讨了长城防雷装置的安装及材料规格、要求，仅供参考。

关键词：长城；雷暴；防雷；装置

长城东起辽宁丹东虎山，西至甘肃嘉峪关，从东向西行经10个省区市。长城的总长度为8851.8千米，其中人工墙体长度为6259.6千米，壕堑和天然形成长度为2592.2千米。 跨峻岭、穿草原、横翰海、经绝壁，纵横万余里是形容长城修筑的恶略环境。长城大多修建在相对比较高的地势之上，当雷雨来临时，长城本体及其上面的人员遭受雷击的概率较高，为了保护长城和人民生命安全应在经过开发的长城景区和未开发知名长城段安装防雷设施。

一 防雷装置的形式

1、接闪器, 是指直接接受雷击的接闪杆、接闪带 (线) 、接闪网, 以及利用作接闪的金属屋面和金属构件等。它与引下线、接地装置有良好的电气连接，其作用是当雷电直接击中它时, 雷电流从它的本身通过引下线、接地装置, 迅速泄流到大地, 从而保护了建筑物和建筑物内的电气设备。在长城上安装避雷设施主要是安装接闪杆和接闪带。接闪带也叫避雷带，和接闪杆一样都属于接闪器的一种类型，区别在于，接闪杆一般是竖直向上的，只在其根部和引下线相连接，一般是明设的；接闪带一般是水平或倾斜敷设的（根据建筑物顶部的倾斜度而定）。至少有两个地方（首尾两端）和引下线相连接，一般是明设，但也可以暗敷在屋顶的混凝土或瓦片的下面接闪带主要安装在人员不能容易到达的城楼顶部，沿墙体安装一圈，高度20 厘米，支架间隔1米或根据墙体合理安装，最大间隔不能超过2米。距离较短的两个楼台可以用接闪带连接，能起到降低接闪带阻值作用。

2、接闪杆也叫避雷针，这是新防雷规范《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010提出的概念，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。其工作原理是：在雷雨天气，建筑物上空出现带电云层，接闪杆针头和建筑物顶部都被感应上大量电荷，接闪杆又与这些带电云层形成了一个电容器，由于针头比较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，电容也就很小，所能容纳的电荷也较少。当云层上电荷较多时，接闪杆与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体。而接闪杆又是接地的，于是就可以把云层上的电荷导入大地，使其不对建筑构成危险，保证了建筑物的安全。

通接闪杆可在完整的长城楼台上面四周架设，根据楼台的大小，垛墙四个角或斜对角处分别安装不锈钢接闪杆。每根高度根据防范范围来确定。条件允许接闪杆也可以安装在楼台外围，距离楼台1-2米，高度要求超过楼台、防范范围达到要求完全覆盖。本着“最小干预、适度防护”的原则，会利用墙体的垛口使用抱箍固定接闪杆，每根接闪杆的抱箍固定位置不少于2处，并安装3条引下线。

3、在不具备架设普通接闪杆的条件下，可以采用仿真树接闪杆。在接闪杆的外面包裹了一层仿真树皮并点缀树叶，远观与普通松树相同，成为一棵“避雷树”。每棵仿真树高约15米，为中空钢结构，放置于长城楼台两侧，其功能与接闪杆相同。而在外观造型上，是为了与长城景观相协调。

4、预放电接闪杆，在普通接闪杆的顶部加装一个预放电电子装置。工作原理就是产生一个比普通接闪杆更快的上行先导。无雷电云时，大气中的电场强度约为300V/m,当有雷电云时，雷云与地之间的电场强度为10KV/m~20KV/m时，通过底部电极吸收空间电场的能量并将电荷储存在预放电电子触发装置内部。电荷充电到一定程度时，通过其上部电极放电，针体上部和尖端周围形成强烈的电晕放电，提前产生一个向上发射的迎面先导，使下行先导放电通道畸变。上行迎面先导迅速向下行先导方向传播并捕获雷电，形成主放电通道，雷电流伴随着闪电和雷鸣由主放电通道泄放入地，从而避免预放电接闪杆周围的被保护物遭受雷击。

5、引下线，用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。

6、接地体(极):埋入土中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体。分为垂直接地体和水平接地体，把接闪器引入的雷击电流有效地泄入大地。

二 防雷装置的安装

1、长城上的城楼、铺舍应在屋面的屋脊、垂脊和屋檐设置接闪带或接闪网，接闪带末端应向斜上方延伸0.3m。不能登顶的敌台应在顶部周边设置闭合状的接闪带，并宜在四个墙角处各设置与接闪带连接的短接闪杆，其高度宜为0.3m~ 0.5m。可登顶的敌台，应在垛墙或女儿墙四个墙角的外立面处分别设置高度为1m的接闪杆，保护范围应覆盖到敌台顶部游人站立的全部空间。接闪杆的高度按滚球法确定，滚球半径为35m。当相邻200m距离内没有可安装防雷装置的城楼、铺舍及空心敌台供游人躲避雷电时，宜在长城本体外地势较高的位置设置独立接闪杆，其高度不宜超过近邻城墙或敌台顶部20m. 特殊情况下，可考虑采用升降式接闪杆。接闪杆的形式及色彩宜与景观环境、周围植被相协调，尽可能减小对长城风貌的影响。接闪杆固定宜符合以下要求: 优先利用墙体的垛口、瞭望洞或流水孔等固定接闪杆。城楼、铺舍上的接闪带(网)应通过支架固定在屋顶瓦面上。沿屋檐设置的接闪带不宜高出檐口顶部5cm,其他部位的支架高度宜为10cm~15cm,支架间距不宜大于1m。未被辟为登顶敌台上的接闪带宜明敷在顶部，直接明敷在顶面或用水泥墩固定。

2、安装在长城上的接闪带（网）、接闪杆应通过防雷引下线与接地装置连接，要求引下线的平均间距应不大于18m。在满足引下线间距要求的前提下，一方面可以减少引下线的设置数量，将施工环节中对敌台墙体及基础的损伤程度降到最低；另一方面，由于引下线数量的减少，有利于将引下线设置在城墙的外侧或游人不易停留和靠近的位置，且多条引下线同时分流，又可降低游人遭雷电接触电压及跨步电压伤害威胁的程度。引下线通过支架固定在墙体上，高度宜为10cm~15cm,支架间距不宜大于1m。

3、接地装置是埋在地下的接地导体（水平连接线）和垂直打入地内的接地体的总称。其作用是把雷电流疏散到大地中去。一般作法是挖10米长的深沟，每隔2米将垂直接地体（钢钎）砸入地下，顶部距地面o.5m，顶部以下0.1米处与水平接地体（扁铁）焊接。接地体与引下线连接，接地电阻阻值要求＜10Ω。由于长城的地理环境不同，可以采取以下方法降低接地电阻阻值：增加接地体长度和根数，更换接地沟壑土壤，添加降阻剂，使用接地模块。接地模块埋入大地后一方面它能够与土壤紧密接触,扩大散流面积，降低与土壤间的接触电阻;另一方面它向周围土壤孔隙中流动渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体四周形成一个电阻率变化平缓的低电阻区域，使整个地网接地电阻显著降低。

三材料规格及要求

1、接闪带材料及规格 

实际施工中常采用镀锌圆钢或者扁钢作为建筑物接闪带的制作材料，并且优先采用圆钢制作，所用圆钢的直径应该大于8mm。采用扁钢作为接闪带材料时，其截面积应大于50m㎡，厚度应大于2.5mm。接闪带的搭接长度规定：扁钢之间搭接为扁钢宽度2倍，三面施焊；圆钢之间搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊。

2、接闪杆材料及规格

接闪杆可以用镀锌钢管焊成，其长度应在1m以上，钢管直径不得小于20mm,管壁厚度不得小于2.75mm。1、接闪杆杆长1m以下时，圆钢不应小于12mm,钢管不应小于为20mm。2、杆长1~2m时，圆钢不应小于16mm;钢管不应小于25mm。独立烟囱顶上的杆，圆钢不应小于20mm;钢管不应小于40mm。其厚度要求不小于2mm。

3、引下线材料及规格

引下线可采用圆钢或扁钢，一般采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面积不应小48m㎡，其厚度要求不小于4mm。

4、接地极材料及规格

人工接地体应采用圆钢扁钢角钢钢管等金属材料，必须符合以下要求圆钢直径不小于10mm；扁钢截面积不小于100m㎡，其厚度不小于4mm；角钢厚度不小于4mm；钢管壁厚不小于35mm。

四 安装要求

1、接闪器与引下线必须采用焊接或卡接器连接，引下线与接地装置采用焊接或螺栓连接。

2、引下线、接闪线、接闪网和接闪带、接地极的焊接连接搭接长度及要求应符合规定。焊接处应喷涂银粉漆，用于防腐。

参考文献

[1] 《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010

[2] 文物建筑雷电防护技术规范 开放段长城DB11/T 1142-2014