关于建筑物雷电防御技术的研究与应用

关于建筑物雷电防御技术的研究与应用

施磊

（张掖市气象局  734000）

摘要：雷电是一种常见的自然现象，但也极具危害性。雷电发生过程中产生的巨大冲击力、强电流及热效应等反应会严重损坏建筑物，并对人们的生命安全造成危害。随着社会经济的发展，我国的城市化进程不断加快，智能高层建筑物不断涌现，这在一定程度上加大了雷电的潜在风险。本文阐述了雷电的形成，并分析了雷电对建筑物的危害，进而对建筑物雷电防御技术的应用要点进行探究，以提高建筑物雷电防御效果，降低雷电安全风险，维护社会大众的生命财产安全。

关键词：建筑物；雷电；防御技术；应用

引言

随着社会的快速发展和现代化建设的推进，高层建筑物、通信塔、电力设施等建筑物数量急剧增加，雷电灾害对其带来的威胁日益突出。建筑物被雷击会导致不可预期的安全风险和损失，因此研究建筑物雷电防御技术具有重要的实践意义。现阶段，在信息化技术发展的推动下，建筑物的智能水平不断提高，电子设备的数量相应增加，建筑物的雷电防御工程也越来越复杂。由此可见，要加强对防御技术的研究和应用，降低或避免雷电对建筑物的危害，以保障社会的稳定发展。 

1雷电的形成

雷电是一种伴有闪电和雷鸣的放电现象，其产生于对流旺盛的积雨云中。积雨云的上部经常有冰晶，冰晶在云内上升和下降时会与空气中的颗粒摩擦产生静电电荷。在云内部，正负电荷会分离，形成云层内的电场。当电荷积累到一定程度时，会发生电击放电，即闪电。闪电是由两个区域之间的强大电场造成的。一端带正电，一端带负电。当电场强到足以克服空气的电阻时，电荷会快速移动形成电流，同时产生强烈的闪电放电和雷声。闪电的平均电流是3万安培，最大电流则可达到30万安培，其电压也极高，大概为1亿至10亿伏特。雷电放电过程中，闪电通道内的温度会骤然增加，空气体积瞬间膨胀，从而发生冲击波，发生较为激烈的雷鸣。雷电可分为直击雷、电磁脉冲、球形雷及云闪，而直击雷和球形雷会对建筑物造成较大的危害，电磁脉冲则会对建筑物内的电磁设备造成影响。

2雷电对建筑物的危害

2.1雷电流对建筑物的危害

雷电击中建筑物时，电流会通过建筑物的导电路径传导，雷电产生的高温能够点燃建筑物内部的易燃物质，进而引发火灾。同时，雷电流产生的强大力量会对建筑物的结构造成直接损坏。电流在建筑物的导电路径传导时，会产生强烈的电热效应，导致金属部件的熔化、破裂或爆炸，造成建筑物的结构组件失效。再者，雷电流通过电线、电话线、电缆等进入建筑物内部，对电气设备造成损坏。电子设备和电气设备对于雷击特别敏感，雷电流能够瞬间烧毁电路板、损坏电子元件，导致设备无法正常工作。

2.2电磁感应对建筑物的危害

雷电具有极高的电压和电流，并且发生的时间较短，因此在其周围空间中会产生强大的电磁场。强大的电磁场会对建筑物内的电气设备产生电磁感应的影响，导致电气设备遭受干扰、电压发生波动等情况发生。此外，强大的电磁场会干扰建筑物内的无线通信设备，导致通信中断、信号弱化或通信质量降低。

2.3雷电波入侵对建筑物的危害

雷电波入侵是指外部雷电活动产生的电磁波穿过建筑物的外部表面，并对建筑物内部的电子设备和系统造成干扰或损害。雷电波通常会沿着架空的线路和管道进入建筑物内。雷电波的强电磁辐射会引起电子设备内部的电压激增，从而损坏电路板、芯片和其他电子元件，导致设备无法正常工作或完全失效。同时，受到雷电波入侵的电子设备中存储的数据也会受到干扰或破坏，进而导致数据丢失或被破坏，对数据安全性造成负面影响。此外，一些建筑物内的自动化或控制系统会受到雷电波入侵的干扰，例如楼宇自动化系统、安防系统、电气控制系统等，从而发生系统操作错误、异常或完全失效，影响建筑物的运行和安全。

3建筑物雷电防御技术应用要点

3.1科学规划建筑物的防雷保护区

不同建筑物的构造各不相同，而建筑物的不同区域的设计也各有特点，对不同区域进行划分，并科学规划防雷设施，以保证建筑物防雷效果。建筑物防雷保护区的规划要根据雷电灾害发生过程中，雷电流的传导方式和位置来确定。在规划建筑物防雷保护区时，一方面要对一定区域内电子设备的安装情况进行了解，从而测算该区域的防雷级别，进而确定防雷设计；另一方面要充分考虑建筑物在遭受雷击后的一连串效果，从而规划相应的保护措施。针对建筑物防雷保护区的划分，要具体考虑建筑物的构造、电子设备以及雷击的相关反应等情况，从而采取对应的防雷设计。另外，建筑物的防雷规划要对防雷效果和成本进行充分考虑，从而设计更为科学的防雷保护区。现阶段，建筑物内的通信设备一般安装在钢筋结构部位，因此在防雷保护中在此结构进行防雷设置，但建筑物的结构不同，相应防雷区域的划分也就不一致。

3.2合理安装避雷装置

避雷装置能够保护建筑物及建筑物内的设施避免被雷电直接击中，因此，安装避雷装置是一项重要且必要的措施。在安装避雷装置之前，要对建筑物区域内的雷电风险进行评估，充分考虑建筑物的地理位置、当地的雷电活动频率、建筑物的高度和暴露程度等因素。根据雷电风险评估的结果来确定避雷装置的位置，并选择合适的避雷装置类型和规格。另外，要根据建筑物的结构和特点，设计避雷系统。避雷系统通常由避雷带、避雷针和接地系统组成。避雷带是沿着建筑物外墙安装的导电带，以引导雷电流流向接地系统。避雷针通常安装在建筑物的高处，以吸引雷电并将其引导到地面。接地系统是将雷电引至地下的网络，可以通过埋地导体与建筑物的金属结构和电气设备连接。安装避雷装置后，仍需定期进行检测和维护，以确保其良好的工作状态。

3.3接地保护

防雷接地是利用接地装置将雷电荷安全导入地下，良好的接地装置对于防御雷电具有重要作用。在进行接地系统设计时，要根据建筑物的需求和规模，设计一个科学合理的接地系统，以确保良好的接地效果。根据建筑物的类型、土壤特性和其他因素，选择适合的接地电极，并且接地电极应尽可能具有低电阻和良好的导电性能。此外，接地设施必须与建筑物的金属结构（如钢筋混凝土梁柱）、设备和电气系统正确连接，并确保连接部位的接触良好，采用适当的连接材料和方法，以降低接地电阻，并确保可靠的接地效果，而接地回路的长度对接地效果有影响，较长的接地回路会导致接地电阻增加，因此，应尽量减少接地回路的长度，并选择合适的接地导线截面积，以降低接地电阻。

结语

我国地形复杂，气候具有多样性，雷电等极端天气事件时有发生，而雷电灾害严重威胁着建筑物等设施和社会大众的安全，因此要加强对雷电防御技术的研究。经过多年的研究和应用，我国的雷电防御技术取得了一定成果，科学的设计和合理的工程实践，极大地降低了建筑物和其内部设备、人员的雷电风险。随着科技的不断进步，新型材料、新技术和计算方法的引入，将进一步提升雷电防御技术的可靠性，从而为保护建筑物和大众做出更大的贡献。

参考文献

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作者简介：施磊，（1990.02），男，甘肃张掖人，本科，气象工程师，从事工作：雷电防御方向。