防雷装置对环境安全影响分析

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雷电灾害是主要的一种自然灾害，造成原因之一是由于防雷装置在减少雷电流危害的同时，对周围环境安全造成隐患，产生接触电压、跨步电压，高电压反击，进而对人或设备造成损害。本文从两个方面探讨如何减少雷击放电流经防雷装置引起的破坏作用，以保证防雷装置的安全运行。 随着信息社会的发展，雷击灾害的损失也越来越严重（据辽宁省气象台不完全统计，2005年上半年辽宁省内共有29人遭雷击死亡，财产损失也大大高于往年），人们对于雷电的预防工作愈发重视。不管是新建的建筑物，还是一些过去没有加装防雷装置的建筑物，都逐渐按照GB50057---94《建筑物防雷设计规范》（2000版）和GB50343---2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求，安装了防雷装置。但随之而来的问题是，在雷击放电过程中，接闪器、引下线和接地体中有巨大的电流流过，雷电流峰值大多为几十kA，甚至达到几百kA。雷电流在流经防雷装置时，由于从接闪器一直到地面接地装置都是有电阻的，这时不同点之间就会有电位差。这种高电位差对人畜以及室内的电子设备就会产生安全隐患。本文从两个方面探讨如何减少雷击放电流经防雷装置引起的破坏作用。1引下线 1.1引下线电位差的计算 引下线是指连接接闪器与接地装置的金属导体。当雷电流被接闪后，经引下线泄放时，由于分布电感和线阻的存在，将产生电位差。在引下线上离地面h高位置时的对地电位为： ΔV=IR+hL（di/dt） （1）式（1）中，I—雷电流幅值，kA；R—接地电阻，Ω；L—单位长度分布电感，μH；di/dt—雷电流的波头陡度，kA/μH；根据《建筑物防雷设计规范》的雷电流参量规定，假设该建筑物为三类防雷建筑物，分别取I=100kA，波头时间T1=10μs,L=1.55μH/m,R=1Ω，则di/dt=10kA/μs，式（1）变为： ΔV=100+15.5h。普通多层住宅层高一般为3m，则一到五层的单根引下线的电位差如表1所示。 多层住宅单根引下线对地电位差 人体对高频、脉冲电压和电流耐受能力要比工频大得多。雷电时间非常短暂，且有脉冲、高频的特征。大量的实验表明，接触电压为74kV时，人的呼吸就会失常，心脏活动机能就会损伤，甚至有生命危险。由此可见，雷电发生时，如果有人接触正在泄放雷电流的引下线，将会发生触电事故，甚至危及生命。 1.2引下线与金属物安全距离的计算 大电位差容易对附近金属物或电气线路产生反击，因此引下线和相邻的金属物或电气线路之间要保持一定的安全距离。 对于第三类防雷建筑物，当金属物或电气线路与防雷接地装置之间不相连时，其与引下线之间的距离应按（2）式确定： 当lx<5Ri时,S≥0.2kc(Ri+0.1lx) 当lx≥5Ri时，S≥0.05kc(Ri+lx) （2）式（2）中，S—空气中距离，m;Ri—引下线的冲击接地电阻，Ω； lx—引下线计算点到地面的长度，m; kc—分流系数。 对于普通多层住宅来说，一般情况下，Ri=1Ω，单根引下线的情况下，取kc=1,则S的值见表2。目前,新建建筑物一般都是采用钢筋混凝土框架式结构,利用构造柱内两根Ф16以上主筋通长焊接作引下线,并且利用建筑物基础钢筋作自然接地体。因此，分流系数kc应按图1来确定。 (3) 式（3）中，kc1表示顶层的分流系数，kc2表示顶层的下一层分流系数，以此类推，kcm表示顶层的下（m-1）层分流系数，h1—hm为对应每层高度，n为周边的引下线根数，cs、cd为某引下线顶（端）雷击点至两侧最近引下线之间的距离。同样，对于五层8根引下线的普通住宅，S值见表3。表3五层8根引下线住宅每层空气距离表当金属物或电气线路与防雷接地装置之间相连或通过过电压保护器相连时，其与引下线之间的距离应按式 （4）确定：S≥0.05kclx （4） 2接地装置 2.1跨步电压 接地装置是接地体和接地线的总合。接地线是从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体；或从接地端子、等电位连接带至接地装置的连接导体。接地体指埋入土壤或混凝土基础中作散流作用的导体。不管采用何种材料，这些导体本身是有电阻的，并且导体周围的土壤也是有电阻的。这样当雷电流在扩散过程中，在接地体周围的土壤中有电压差。此时若有人站在此处，由于两脚位置不同，两脚之间就有电压，即跨步电压。于是就会有电流通过两只脚流过人体，对人造成伤害。 2.2跨步电压与接地体的关系 由于接地体周围在不同方向上扩散电流的密度不一样，所以其周围电位分布也不一样。以简单的管状接地体为例，它周围电位分布如图2所示。 越靠近接地体电位越高，电位梯度越大；离接地体越远电位越低，电位梯度越小，直至变为零。另外，大量的实验表明，接地体埋得越深，接地体上边地面的电位越低，电位梯度越小，即跨步电压越低。 3小结 3.1为了避免接触电压和高电压反击，在实际安装引下线时的注意事项 3.1.1引下线安装位置应该远离门、窗等人员经常活动的地方，在引下线下端入地的地方套保护管并明显的标示。3.1.2尽量采用多根引下线，减少分流系数kc。 3.1.3各种金属管道与引下线之间距离要大于安全距离。由于混凝土墙的击穿强度与空气击。