刘 勇

(福建省建筑科学研究院 福建福州 350025)

0 引言

雷电，是云中电荷积累到一定程度时产生的瞬时放电的自然现象。雷电破坏力巨大，经常导致供配电系统、通信设备、民用电器的损坏，甚至引发火灾或产生爆炸，严重威胁着社会公共安全和人民生命财产安全[1]。随着国家城市建设的快速发展，各类建筑的建设突飞猛进，合适的防雷装置可以有效地防止或减少雷击建筑物所引发的财产损失、人身伤亡等事故。然而，随着时间的推移，防雷装置遭受雷击或所处环境条件发生变化，防雷装置可能发生断裂、锈蚀、脱焊、接地电阻增大等情况，使得防雷装置性能下降，甚至失效。如果不及时检测并修复，将给建筑物留下极大的雷电安全隐患。因此，必须对建筑物的防雷装置进行检测，以确保在雷电灾害发生时，防雷装置能正常发挥其效能。

1 雷电的危害及建筑物防雷措施

1.1 雷电危害的表现形式

雷电的破坏作用，主要是雷电流引起，它的危害可以分为3种类型[2]：一是直击雷的作用，即雷电直接击于建筑物、外部防雷装置、大地或其他物体上时发生的放电现象，并由此而产生电效应、热效应、机械力作用等破坏效应；二是闪电感应，即闪电放电时，在附近导体上产生闪电电磁感应和闪电静电感应，使金属部件之间产生火花放电；三是闪电电涌侵入，即闪电电涌沿着线路或金属管道侵入建筑物内，危及人身安全或损坏设备。

雷电的具体危害表现如下[3]：

(1)电效应

雷电流具有幅值大，陡度大、冲击性强等特点，在雷电放电时，能使杆塔、构架、输电线路、电气设备外壳等处于很高的电位，从而使电气设备的绝缘发生闪络，导致财产损失和危及人身安全。

(2)热效应

当很大的雷电流通过导体，会在极短的时间内产生大量的热能，可熔化金属，故在雷电通道中产生的高温，容易引发火灾。

(3)机械效应

由于雷电流的热效应，雷击点处缝隙的气体在雷电流的作用下剧烈膨胀，水分急剧蒸发，因而在被击物内部产生强大的机械压力，致使被击物遭受严重破坏。

(4)闪电电磁感应

由于雷电流具有幅值大、变化快的特点，在周围空间会产生瞬变的强电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出很高的电动势，并且还会在构成闭合回路的导体中感应出很大的电流，若回路中局部接触电阻过大或有间隙时，就会产生局部发热或火花放电。

(5)闪电静电感应

当导体处于雷云和大地电场中时，导体会感应出与雷云性质相反的大量电荷，雷云放电后，雷云与大地间的电场突然消失，导体上的电荷若未立即消散，就会产生很高的对地电位。

(6)闪电电涌侵入

雷电波通过架空线路、金属管道侵入建筑物内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿，危及人身安全或损坏设备。

1.2 建筑物的防雷措施

针对雷电的危害，为减少建筑物的物理损害及对生命体的伤害，最主要及最有效的防护措施为雷电防护装置。雷电防护装置，主要由外部防雷装置、内部防雷装置以及防雷击电磁脉冲系统组成，如图1所示[2]。

图1 建筑物雷电防护装置的组成

外部防雷装置，主要采用接闪器、引下线、接地装置来防直击雷，但不包括防外部防雷装置受到直接雷击时向其他物体的反击。外部防雷装置的主要作用如下[4]：

①使用接闪器拦截直接击中建筑物的雷电；

②使用引下线引导雷电流安全入地；

③使用接地装置快速泄放雷电流，使雷电流入地消散。

内部防雷装置，主要采用防雷等电位连接，或使外部防雷装置与建筑物内其它导电部件保持一定间隔距离的措施来防止闪电感应、防闪电电涌侵入、防反击以及防生命危险。

防雷击电磁脉冲，主要采用屏蔽措施、等电位连接、电涌保护器来防雷电流引发的电磁效应，它包含防闪电电涌和防辐射脉冲电磁场效应。

2 建筑物防雷装置检测的关键技术

2.1 建筑物防雷检测的基本流程

建筑物防雷检测服务机构，应结合自身特点和用户需求，制定合理、高效的服务流程。建筑物防雷装置检测的服务流程，可分为业务受理、前期准备、现场检测、综合处理、文书发放等5个阶段[5-6]，如图2所示。

图2 防雷装置检测服务流程

(1)业务受理

检测机构应有固定的业务受理场所，同时可供提供电话、网络、信函等受理服务。

(2)前期准备

在业务受理完成后及时了解被检防雷装置的情况，首次检测时，应进行现场勘查并制定检测方案。检测方案，包括但不限于：检测范围及具体检测参数、检测费用、现场作业方案、检测工作中的注意事项。

(3)现场检测

检测前，检测负责人应就现场作业方案与委托方做好沟通，并进行安全交底和技术交底。按规定的方法进行检测，确保检测原始记录真实、准确。

(4)综合处理

检测人员对检测原始记录分析处理，并按相关标准进行符合性判定。判定合格的，按照规定的格式、程序编制检测报告；对于存在不符合项的，拟定存在问题意见书。校审人员，对检测原始记录、检测报告或存在问题意见书进行复审；授权签字人，对检测报告进行审定，并签发；检测原始记录和检测报告应一并存档。

(5)文书发放

检测报告或存在问题意见书，应按检测机构与委托方约定的方式进行发放。当委托方要求采用电话、传真或其它电子方式传送检测结果时，应有适当的方式确定委托方的真实身份后，方可传送结果。

2.2 防雷检测包含的主要检测参数

建筑物防雷检测，必须严格按照国家和地方相关标准规范执行。目前，我国现行有效的建筑物防雷装置检测执行的规范是《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T 21431-2015。根据《建筑物防雷装置检测技术规范》的要求，建筑物防雷装置的主要检测参数如表1所示[7]。具体防雷装置的检测参数，需根据设计文件、首次检测或定期检测等因素来确定。

表1 建筑物防雷装置的主要检测参数

2.3 建筑物防雷检测要点分析

建筑物防雷装置检测，是为确定防雷装置满足标准要求而进行的检查、测量及信息综合分析处理的全过程。按照相关标准规范要求，对防雷装置外观部分进行目测检查，对隐蔽部分利用隐蔽工程施工记录和/或质量监督资料进行核查，同时对防雷装置的参数进行测量，对所获得的检查资料、测量数据、计算数据等资料进行分析处理，并对防雷装置安全性能作出判定。

3 建筑物防雷装置检测工程实例分析

某新建的一般性民用住宅建筑物，长70.5m，宽17.6m，高52.1m，所在地区的年平均雷暴日60.5d/a。按第三类防雷建筑物保护措施设计，其外部防雷装置，主要利用Ф12镀锌圆钢在屋面沿易受雷击的部位敷设接闪带，并在整个屋面组成不大于24m×16m或20m×20m的接闪网格，利用结构柱内直径大于Ф16的4根对角钢筋作引下线，利用基础梁底对角4根主筋焊通作接地装置。其内部防雷装置和防雷击电磁脉冲的措施，主要采用防雷等电位连接和Ⅱ级试验的电涌保护器。

根据该工程的具体情况，本文拟从建筑物的防雷分类、接闪器、引下线、接地装置、防雷等电位连接、电涌保护器6个参数的检测方法进行介绍。

3.1 建筑物的防雷分类的检测

①根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，确定该建筑物的防雷类别。

②检查建筑物所处的地理环境、建筑物周边环境、建筑物所处区域的雷击大地的年平均密度Ng和建筑物的几何尺寸，计算年预计雷击次数来对建筑物防雷类别进行校核。根据文献[2]，该建筑物的年预计雷击次数的计算方法如下：

Ae=[LW+2(L+W)D+πD2]×10-6≈0.04

N=k×Ng×Ae=1×6.05×0.04=0.242

由此可知，该建筑物为年预计雷击次数在0.05次/a～0.25次/a的住宅建筑，故该建筑物可划为第三类防雷建筑物。

3.2 接闪器的检测

①查阅施工图纸、隐蔽工程记录等档案，检查接闪器的布置情况；

②检查接闪带的敷设方式、接闪带的安装情况是否完整、平顺、正直，检查接闪带的防腐蚀措施、焊接工艺、材料、是否沿易受雷击部位设置等信息；

③使用全站仪、经纬仪、钢卷尺等仪器测量建筑物的长度、宽度和高度，同时测量接闪器的长度和高度，再根据建筑物防雷类别采用滚球法计算接闪器的保护范围；

④使用卷尺、拉力计等仪器测量接闪网格尺寸大小、支架间距、高度、固定牢固度等参数，固定牢固度以垂直拉力体现；

⑤使用全站仪、经纬仪等仪器测量侧击雷的防护高度，检查建筑物的防侧击雷措施；

⑥检测屋面金属物与测试基准点之间的电气连接性能，以过渡电阻数据体现；

⑦检测接闪线、接闪塔(杆)、接地装置与第一类防雷建筑物的间隔距离。

3.3 引下线的检测

①查阅施工图纸、引下线隐蔽工程记录等档案，检查引下线的布置情况；

②目测检查并记录引下线的总根数，用卷尺、直尺等测量建筑物周长，并计算引下线沿周长的平均间距；

③使用毫欧表或其他具有相同功能的仪器测量引下线与接闪器之间，引下线接地端与接地装置的电气连接性能，其过渡电阻不应大于0.2Ω；

④使用接地电阻测试仪测量每根引下线接地电阻值；

⑤检查供测量、接人工接地体和作等电位连接用的连接板的设置情况。

3.4 接地装置的检测

①查阅施工图纸、施工记录等档案，检查接地装置的布置情况。

②用游标卡尺等仪器测量接地装置的材料规格尺寸。

③目测检查接地装置的填土有无沉陷情况；目测检查接地装置的防腐措施。使用卷尺、直尺等测量焊接长度。

④使用接地电阻测试仪或其它具有类似功能的综合性仪器测量接地装置的接地电阻值。通常采用三极法测量工频接地电阻值。

⑤检查防接触电压和防跨步电压措施。

3.5 防雷等电位连接的检测

检查防雷等电位连接的位置，包括金属装置、建筑物内的电气和电子系统、与需保护建筑物相连的外部导电部件、管线等[8]。如已实现连接的，进一步检查连接导体的材料和规格尺寸，并测试其电气连接性能，以过渡电阻值表示，过渡电阻值一般不应大于0.2Ω。

3.6 电涌保护器的检测

①确认低压配电系统的接地型式为TN系统、TT系统或IT系统；

②检查各级电涌保护器的安装位置、安装数量、型号规格、主要性能参数以及安装工艺等信息；

③检查电涌保护器的外观表面和状态指示；

④检查电涌保护器的过电流保护器的设置及状态；

⑤针对限压型电源电涌保护器，用防雷元件测试仪测量压敏电压U1mA和泄漏电流Iie，针对限压型和开关型电源电涌保护器，尚应用绝缘电阻测试仪测量其绝缘电阻值。

4 结语

建筑物防雷装置检测，主要目的是为了确认现有防雷装置的有效性。由于外部防雷装置，通常属于隐蔽施工项目，特别是接地装置埋于地下，引下线又常常利用结构柱内的主钢筋，接闪网格又经常暗敷在屋面混凝土层内，所以，新建建筑物防雷装置的检测必须与施工建设相结合，根据施工进度及时进行跟踪检测并提出存在的问题；否则，当工程完工后再发现防雷装置存在问题，将使防雷装置的整改变得十分困难和复杂。

同时，随着时间的推移，防雷装置可能发生断裂、锈蚀、脱焊等故障，如此一来，建筑物遭受雷击时更容易对建筑物和人员造成伤害。因此，建筑物竣工验收后，防雷装置也应按照要求进行定期检测，以确保防雷装置的有效性，降低雷电安全隐患。