探析建筑物雷电防护技术的研究与应用

探析建筑物雷电防护技术的研究与应用

赵涛，段发瑞，豆应祥

（甘肃民安现代防雷技术有限公司  730020）

摘要：雷电是自然界中一种具有破坏性的自然现象，经常威胁着建筑物、人员和电子设备的安全。因此，建筑物雷电防护技术的研究和应用变得至关重要。本文将介绍雷电防护技术的应用，以及如何有效地保护建筑物免受雷电危害，仅供相关部门参考。

关键词：雷电防护；建筑物；应用

引言

雷电是一种极大的自然电放电现象，通常发生在大气中。雷电通常由云与云之间、云与地面之间的电荷分离和放电过程引发。在雷暴云内，水滴和冰晶会与彼此碰撞，导致电子的迁移，产生正电荷和负电荷的分离，电荷从云中释放，沿着电场通道穿越大气，最终击中地面或其他目标。雷电具有强烈的电能，可能对建筑物造成严重危害。然而，通过应用现代雷电防护技术，建筑物可以在很大程度上减少雷电造成的损害。

1雷电对建筑物的危害

1.1电击危险

雷电是由大气中的正电荷和负电荷之间的电荷分离引发的，当电荷不平衡时，电荷会通过空气中的通道释放出来，形成闪电。如果一道闪电直接击中建筑物，其中的电能将瞬间释放，可能导致火灾、爆炸或电气设备损坏。这是因为闪电的温度可以达到数万摄氏度，足以引发建筑物内部的燃烧或电气故障。

1.2火灾风险

雷电引发的火灾是一种严重的危害。当闪电击中建筑物并引发火花时，建筑物内的可燃材料如木材、绝缘材料或燃气等可能会点燃。火势迅速蔓延，可能导致建筑物的毁灭。火灾还会对建筑物内部的人员造成生命危险，特别是在火势无法迅速控制的情况下。

1.3电磁脉冲

雷电产生的电磁脉冲是另一个潜在的危害因素。当闪电击中建筑物或附近地区时，电磁脉冲可能对电子设备和通信系统产生不利影响。这是因为电磁脉冲可以导致电路过载、设备损坏或数据丢失。对于关键的通信设施、医疗设备和金融机构，这种影响可能是灾难性的。

1.4结构损害

雷电击中建筑物时，电能的释放可能对建筑结构产生不利影响。这包括墙壁、屋顶、基础和其他部件的破坏。特别是在雷电频繁的地区，建筑物可能需要经常性的维修和修复，这增加了维护成本。

2建筑物的雷电防护技术应用

2.1避雷针系统

避雷针系统，一直以来在建筑物的安全中发挥着重要作用。无论是高楼大厦、住宅、还是工业设施，避雷针系统都被广泛应用，以保护建筑物、人员和设备不受雷电的侵害。避雷针的尖端设计使其能够在大气中积累电荷，使其成为一个吸引雷电的目标。一旦雷电击中避雷针，避雷针将通过其导体杆将电荷引导到地面，沿着接地系统的路径。而雷电的能量和电荷被安全地分散在大地中，而不会对建筑物造成损害。避雷针系统通过将雷电引导到地面，降低了雷电对建筑物的直接威胁。这有助于减少建筑物的损坏，减轻修复和维护成本。避雷针系统还有助于保护建筑物内的电气和电子设备，防止雷电感应电流或过电压对设备的损坏。此外，避雷针系统相对容易安装和维护，使其成为一种经济有效的雷电防护方法。一旦安装，它们通常需要很少的定期维护[1]。

2.2避雷带和接地系统

除了避雷针，避雷带和接地系统也是重要的组成部分。避雷带是一种导电带，通常由铜或铝制成，安装在建筑物的外墙上或屋顶上。避雷带的主要原理是将电荷分散到大地，以降低雷电对建筑物的威胁。避雷带的尖端通常连接到接地系统，以确保电荷被有效地引导到地下。而接地系统通常包括埋入地下的金属导体，如铜棒或铝棒，以及连接到建筑物的避雷带和其他导体部分。电荷通过接地系统传导到地下，从而安全地分散。避雷带和接地系统在建筑物的雷电防护中起到至关重要的作用。它们共同工作，将雷电引导到地下，从而降低了雷电对建筑物的直接威胁。这有助于减少建筑物的损害，降低了维修和维护成本。并且，避雷带和接地系统有助于确保建筑物内的居民、工作人员和访客免受雷电的伤害。它们提供了一层额外的保护，降低了雷电对人员的伤害风险。在建筑物的设计和维护中，正确安装和维护避雷带和接地系统是确保雷电防护水平达到最佳标准的重要步骤。

2.3建筑物内部防护

除了建筑物外部的防护，内部的设备和电路也需要保护。内部防护装置是指安装在建筑物内部的一系列设备，旨在保护内部设备和居民免受雷电的危害。其中，避雷器是一种电器设备，通常安装在建筑物的电气系统中。其原理是在电压超过安全阈值时，通过瞬间导通来释放多余的电荷，保护电器设备免受过电压的影响。而电磁屏蔽装置可以有效地阻止雷电感应电流进入建筑物内部的电路系统，保护设备免受过电压和电磁干扰的影响。在雷电冲击或电磁干扰的情况下，避雷器和电磁屏蔽装置可以有效地降低电压和电流的影响，延长设备的寿命。通过保护建筑物内部设备，减少了雷电对人员的威胁，提高了建筑物内的安全水平。此外，合理使用内部防护装置可以减少设备的损坏，延长其寿命，从而减少了维修和更换设备的成本，降低了建筑物的维护费用[2]。

3建筑物雷电防护技术的未来发展

3.1高效雷电感知与预警系统

未来建筑物防雷技术的发展将集中在提高雷电感知和预警系统的效率。先进的雷电感知技术将使用雷达、卫星和先进的气象传感器来实时监测雷电活动，精确识别雷电云和雷电落地点。这些信息将被整合到智能预警系统中，可以提前几分钟或更长时间预警雷电风险，从而使人们有足够的时间采取安全措施

[3]。

3.2高效避雷系统

未来的建筑物防雷技术将采用更高效的避雷系统。传统的避雷针和避雷线仍然是有效的，但新材料和设计的应用将提高其性能。例如，碳纳米管等导电材料可以提供更好的导电性能，减少雷击损害。同时，新型避雷系统可能更具视觉吸引力，与建筑物外观更好地融合，提高建筑美观度。

3.3雷电电气系统的先进保护

未来建筑物防雷技术将侧重于提高雷电电气系统的保护。先进的避雷器和电磁干扰抑制装置将更加智能化，能够在毫秒内感应到过电压并采取措施，以减轻电气设备的损害。这些系统将采用更高级的自动化技术，减少对人工干预的需求。

3.4高效接地系统

未来的建筑物防雷技术将着眼于改进接地系统。良好的接地是雷电防护的关键，通过将雷电释放到地下，而不是在建筑物内部造成损害。因此，未来的接地系统可能会采用更深的接地电极、地下导电带和更高效的导电材料，以提供更好的接地性能。

3.5可持续性和绿色防雷技术

随着环保意识的增强，未来建筑物防雷技术将更注重可持续性和环保性。这包括减少对有害材料的使用、优化能源利用以及减少电磁辐射的释放。创新的防雷技术将更加环保，以满足可持续建筑的需求。此外，未来建筑物防雷技术将更加互联互通。建筑物的防雷系统将与智能建筑系统集成，以便自动采取措施，如关闭电源、启动备用电源、通知居民等。这将增加系统的响应速度和准确性。

4结语

综上所述，雷电对建筑物产生的危害是多方面的，包括电击危险、火灾风险、电磁脉冲和结构损害。因此，建筑物雷电防护技术的研究和应用变得至关重要，以减少这些潜在危险带来的损失和风险。有效的雷电防护可以保护建筑物、人员和设备的安全，确保社会正常运转。通过使用现代的避雷装置和材料，我们可以降低雷电带来的风险，并确保建筑物的可靠性和持久性。随着气候变化和城市化的加速发展，雷电活动频繁且剧烈，建筑物的雷电防护技术也在不断演进。未来，随着科技的不断进步和需求的增加，建筑物防雷技术将迎来一系列创新，以更好地保护人们的生命财产安全。

参考文献

[1]付胜和,向立强.关于建筑物雷电防护技术的研究与应用[J].居舍, 2019(19):1.DOI:CNKI:SUN:JUSH.0.2019-19-143.

[2]冯松彪,冯华升.建筑物雷电防护技术应用探讨[J].信息系统工程, 2016(6):1.DOI:10.3969/j.issn.1001-2362.2016.06.050.

[3]许乾波.高层建筑物电梯综合雷电防护技术探讨[J].机电工程技术, 2023, 52(2):269-272.

作者简介：赵涛（1983.02），男，甘肃省兰州市人，助理工程师，从事雷电防护工作。