关于防雷装置的电气贯通
一、前言
近年来，对防雷装置的电气贯通提出不同的要求和做法。法笔者根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》2000年版、国际电工委员会标准IEC61024-1；1990会都《建筑物防雷，第1部分，通则》及其去年以来的修订草案提出以下的意见和看法。
二、利用金属屋面做接闪器
苏武简介资料 规范GB50057-94 2000年版 第4.1.4条四款：“金属板无绝缘被覆层”。在本款之后有以下的注：“薄的油漆保护层或0.5mm厚沥青层或1mm 厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层”。在IEC的81/174/NP，2001-06-29，草案中对本注修改为“薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0.5mm厚聚乙烯层均不属于绝缘被覆层”在此条件下，金属板之间用≤250V的普通电压测量可能是不通的，或者说接触电阻很大；但是在雷击条件下，即在高电压作用下，很容易就击穿导通。
三、利用金属构件做引下线
1、规范GB50057-94（2000版）第4.2.3条：“建筑物的消防梯、钢柱等金属构件宜作为引下线，但其各部件之间均应连成电气通路。”
2、IEC61024：1990谷字旁的字有哪些，其2.2.5的规定是，“建筑物的下列物体可利用做自然引下线：（a）满足以下条件的金属装置，根据2.4.2的要求，各部分之间的电气贯通做成持久的以及其尺寸至少等于对标准引下线的规定（注：这些金属装置可被覆有绝缘材料）。（b）建筑物的金属装置。（c）建筑物互相连接的钢筋网。（d）满足以下条件的建筑物金属立面装置的组合件、轮廓线栏杆和辅助结构，它们的尺寸满足对引下线的要求，厚度不小于0.5mm，垂直方向的电气贯通满足2.4.2的要求，或者金属之间的间隙不大于1mm而且搭接面积到少100cm2。”
当利用钢建筑物的金属构架或建筑物互相连接的钢筋网作为引下线时，不需装设水平环形连接导线。
IEC61024 1990的2.4.2（连接）的规定是，沿导体的连接点应是最少；连接点应可靠连接，例如采用铜锌金焊接、溶焊、卷边压接、螺钉或螺栓连接（即razing,welding,crimping,rewing or bolting）(笔者注：在IEC的81/174/NP新计划草案中对上述2.4.2内容在例如内增加一项“缝接”即aming).
按以上所述，即金属装置可被覆有绝缘材料和金属物之间的间隙可达1mm，这也与二项相似，金属装置各部分之间用≤250V的普通电压测量可能是不通的（或者说接触电阻很大）
；但是在雷击条件下，即在高电压作用下，很容易就击穿导通。
3、试验（摘译自德文杂志《ETZ》1982年，103卷第2期，66-68页，“Kontaktverhalten von Schraubenverbindung im Stahlbau bei Blitzeinschlagen雷击时钢结构螺栓连接处的接触特性”三十八军历任军长）防锈漆层在高的平面压力下受1000-2000V交流击穿电压在电气上仍然是绝缘的。用于平面固定连接的硅酸锌层具有比裸金属之间的接触电阻约高1000倍的接触电阻。在裸钢和镀锌钢的情况下，其在通常的平面压力下的接触电阻小于10-6Ω。
在加冲击电流的情况下，在有涂漆层的螺栓连接处的内部产生火花和弧光，通常漆层中的通道所产生的能点火引爆的火花可能喷向螺栓连接的外面。在裸钢和镀锌钢的情况下，确知，既无内部的也无外部的火花和弧光的痕迹。
在德国，根据实践经验，约到1981年止，在1区和2区爆炸危险环境内没有观察到由于雷闪击在钢结构而产生的点火所引起的爆炸。之所以没有观察到，这应归之于，预计要发生的罕见的雷击与仅仅偶然才会发生的爆炸危险大气同时发生是非常不可能的。当在特殊情况下，要求钢结构螺栓连接处在点火引爆上是绝对安全的，钢结构各部件应采取特殊措施，例如镀镀锌。
钢结构各单独部件的制作采用焊接、铆接或螺栓连接。焊接连接常仅应用于可运输的各个
部件的组装。各个单独部件组装成大的钢结构多半采用螺栓连接。钢件在组装之前，其接触面在除锈之后刷上防锈漆怪。有些公司刷上两层或三层防锈漆。在平面连接的情况下，防护层通常是用掺有金属锌粉的硅酸盐溶液制成的；当防腐要求特别高时，钢结构各构件采用热镀锌。
对雷电流通过钢结构各构件连接处在点火引爆上是安全只有连接处有良好的电气接触才是不用怀疑的。这一条件在以下场合不用证明就会可靠地得到满足，即当连接采用焊接或钢结构各部件采用热镀锌时。以下介绍关于在接触面上有漆层时的螺栓连接试验。
在扁钢模型上测量有、无防锈漆层钢件之间取决于接触压力的接触电阻。两根成十字交叉的扁钢在材料试验机绝缘子之间受压并加压到约60000N。扁钢的尺寸为：长300m，厚3mm，宽20mm、30mm和40mm三种。采用不同宽度是为了胞妹单位表面压力的影响，接触表面积分别是4cm2、白白操在线视频9cm2、16cm2。一组扁钢作了如下处理：喷砂、仅刷一层漆（铬酸锌红、铬酸锌绿、铅丹或掺有锌粉的硅酸锌）。第二组扁钢是裸钢，第三组扁钢是热镀锌。用一绝缘表试验是否发生金属性接触。 前面提下马看花前三种颜色漆层就没能发生金属性接触，而且直到15kN/cm2的单位平面压力还是这样。用高压检验器确定这一漆层的击穿电压达1000-2000V交流电压。硅酸锌漆层的电阻取于压力。在小压力下接触电阻约为20
0Ω。压力加大时接触电阻下降，图3中右面那根电阻曲线是硅酸锌漆层的一个例子。在裸扁钢之间，甚至在镀锌扁钢之间的接触电阻都符合所预计的很小的数值，并在压力增加时降低很快。裸钢的接触电阻在约1KN/cm2压力下为0.1μΩ,而镀锌钢的接触电阻则在约2KN/cm2压力下才是这样。供比较：在钢结构上用标准螺栓连接时的单位表面压力，对接触面是3KN/cm2，在螺栓头的垫片下面是7KN/cm2。在高强度螺栓连接的情况下表面压力还要高，约为标准螺栓连接的5倍。实际上，无漆层的金属之间的接触电阻比在这里指出的模型上所测量的数量还要小。图3左面的两根曲线是裸钢和镀锌钢接触电阻的例子。
图4和图5的布置是用来研究接触表面有涂层时螺栓连接处的冲击电流作用下的情况。两块扁钢用垫片和M12螺栓连接（扁钢宽40mm）。螺栓用转矩扳手加拉力10KN。这相当于在接触面上加0.6KN/cm2压力和在垫片下加3KN/cm2压力。为了避免螺栓杆与孔内径之间有接触，将螺栓杆套以收容像皮管给予绝缘。因此，使试验条件稍为恶化些。对本试验也制作了前述所采用的六种不同试样。但是，为了顾及实际上所采用的方法，用三层漆层代替一层。总共制做了八种涂膜的试样。采用在尾部紧接正弦半波电流的双指数冲击电流作为试验电流。冲击电流的值如下：Is=60KA，T1=9～1μs，T2=42～50μs。半波电流的值如下：Is=1.5～1.65KA，T=8～10ms。这些值相当于10As（C）和105A2s（J/Ω）的平均
雷电流。当加冲击电流时对试样进行观察，发现在涂有漆层的那部分，从侧面喷出套在螺栓杆上聚氯乙烯绝缘被部分燃烧的烟气以主喷射状火花。然后在显微镜下进行详细研究，得出所有试样均在螺栓连接处的内部产生火花和电弧。从一块扁钢到另一块扁钢的过渡仅出现一次。根据图6b，从扁钢至邻近的垫片的过渡也是这样。有六次试验同时发生如图6a和图6b的两种过渡。在试验中，接图6b和图6c所示，试验电流的路径完全或部分地通过螺栓。如图中虚线所示。闪电形箭头指出的地方是喷射太火花喷出的地方，喷射状火花的路径处于漆层的范围内。电弧在漆层的部分吹出弯曲的通道。在这一通道的范围内，有些情况是扁钢表面熔化。在有硅酸锌层的试样上，漆层破碎并且看上去有烧坏的地方。
在裸扁钢和镀锌钢的试样上，用冲击电流试验之后汉有深化焊接的痕迹。
锈层起到与钢结构各部件接触面漆层的绝缘作用相似的作用。生锈钢件连接的接触电阻为数个欧至数千欧。当冲击电流约为100～1000A时就已经发生点火。锈层的击穿电压为60～160V。在裸扁钢和镀锌钢的试样上，用冲击电流试验之后没有熔化焊接的痕迹。
对模拟钢结构螺栓连接的一个节点模型，加冲击电流后原则上与裸扁试样所取得的结果相同。模型的螺栓连接采用4根带有垫片的M16螺栓，钢件刷一层铅丹保护层。
四、利用建筑物钢筋网做防雷装置
1、GB50057-94的规定，请见其3.3.5条、3.3.6条、3.4.3条、3.4.4条、。其3.3.5条六款的规定是：“构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋的连接，钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或焊接。单根钢筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接应焊接或采用螺栓坚固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路”。
2、IEC的规定
1）IEC61024-1：1990，其1.3（钢筋混凝土建筑物）的规定是，“当满足以下条件时钢筋混凝土建筑物的钢筋体被认为在电气上是贯通的：a)垂直钢筋与水平钢筋的交叉点约有大写拼音字母表50%是采用焊接或可靠绑扎连接；b)垂直钢筋的连接是焊接，或搭接长度至少为其直径的20倍并可靠绑扎；（c）各预制混凝土构件与各相邻预制混凝土构件之间有钢筋体的电气贯通“。
2）IEC-TC81文件81/151/CDV（2000-03-10）中对上述1）作了一些修改和补充，其1.4的规定是，“当满足以下条件时钢筋混凝土建筑物的钢筋体被认为在电气上是贯通的：a)垂直钢筋与水平钢筋的互相连接大部分采用焊接或可靠绑扎连接；b)垂直钢筋的连接是焊接，或搭接长度至少为其直径的20倍并可靠绑扎”。本条增加了4个注，注2和注3是，“注2：‘对新建建筑物，钢筋之间的连接应由设计者、安装者和建设者给予指定’。注3：‘对现
有建筑物，利用其钢筋钢筋网时应确信其在电气上是贯通的。应采用直流或交流电测量，钢筋体从接闪器至地面处的总电阻应为约1.0Ω，测试电流不小于10A’。”上述2）的内容是在IEC81/174/NP（2001-06-29）文件中未改变。
五、防侧击、玻璃幕墙和塑钢窗
1、GB50057-94第3.3.10和3.4.10条是关于第二类和第三类防雷建筑物防侧击的规定。3.3.10条的规定是，“高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物，尚应采取以上防侧击和等电位的保护措施：一、钢构架和混凝土的钢筋应互相连接。钢筋的连接应符合本规范第3.3.5条的要求；二、应利用钢柱或柱子钢筋作为防雷装置引下线；三、应将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接；四、竖起敷设的金属管道及金属物的枯端和底端与防雷装置连接。”对于第三类防雷建筑物（即3.4.10条），仅将上述45m改为60m，其它的完全相同。
2、IEC61024-1：1900适用于高度60m及以下的一般建筑物，没有提出防侧击要求，不需防侧击。
在IEC-TC81的81/174/NP文件中，对防侧击的接闪器有如下的规定：“对高于60m的高层建筑物，侧击可能特别容易击于侧表面的角和边沿上。侧击的危险度是低的，因为侧击仅
占所有击到高层建筑物的闪击的百分之几，而且这些侧击的雷电流参量大大小于那些击到高层建筑物顶部的雷电流参量。对高层建筑物，若侧击引起严重损害（例如，装置损坏后引起重大损失），原则上应在立面上部布置接闪器。（注：通常仅考虑在高层建筑物的最上部分按装接闪器就够了，即占建筑物总高度20%的最上部分。对高于120m的高层建筑物，对那些高于120m的部分可能有危险，宜加以保护）。
3、铝合金玻璃幕墙
铝合金玻璃幕墙本体的防侧击和利用其垂直立体柱构架作为建筑物防雷装置引下线的一部分，在上述二和三项及五项的1.2款所述的基础上，解决方法是将垂直柱与建筑物钢筋网或钢构架连接。其做法是：
1）将固定铝合金垂直立柱（其间距一般为900mm、1000mm、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm最上端、最下端和每隔约20m处的预埋件与柱子或圈梁的钢筋或者钢构架焊接。
2）在建筑物的伸缩缝处，其两侧的上面1）所述预埋件，用截面积≥50mm2钢材弯成弓形跨接。
3）每根铝合金垂直立柱应连贯导通，在其断开处，应用截面积≥25mm2铝线或铝板跨接。
4）当建筑物要防雷击电磁脉冲击并要利用铝合金玻璃幕墙立柱和横梁做建筑物的大空间屏蔽时，除上面3）的跨接措施外，应在最上端和最下端的水平线上将每根横梁的两端用截面积≥25mm2铝线或铝板与立柱跨接。
亘古是什么意思 4、塑钢窗
塑钢窗的金属件绝大多数是处于塑质材料或玻璃夹层窗之中，与外界绝缘，而且在电气上没有贯通成闭合环，要达到与明设金属窗的等电位连接那样是做不到的。在经济上也不合理。对于可向外推开的窗扇更是如此。在本项2款中已指出侧击的概率是很小的，而且雷电流参量也是小的。因此，在本项2记者招聘款所述的基础上，塑钢窗可不作处理，让其金属件孤立绝缘存在。英国建筑物防雷标准BS6651：1992，其18.3.5指出，“在建筑内的这些金属物体，当其不可能等电位连接到连续的导电网络，而且没有备有或不可能备有外露的接地连接端时，可不管它的存在……”。此外，在其附录A.2.3（确定哪些需要等电位连接的金属物）中指出，“……另一方面，绝缘的短金属物（如窗框架），它仅仅偶然通过建筑物的防雨金属罩与地连接，可不管它的存在。……”
六、结束语
1）专设防雷装置应要求其具有当加低电压（如≤250V）时的低电阻电气贯通，以便日常的检测、维护。
2）金属屋面、金属构架等，只要其是经专业人员设计、安装，并确知其经螺栓类连接件连接成贯通通路，并且是永久性的，当利用其作为防雷装置时，可不需测量其在电子气上是否贯通，即不需要求其具有当加低电压（如≤250V）时的低电阻。
3）利用建筑物钢筋混凝土内的钢筋体作为防雷装置时，对于新建建筑物，当其设计等已满足要求，可不作测量；当然，必要时也可作测量，其要求与现有建筑物同。对于现有建筑物，应测量其从接闪器至地面之间的钢筋体电阻，其值应约为1Ω，测量 用交流或直流电均可，电流≥10A。
4）铝合金玻璃幕墙防侧击以及利用其作为防雷装置引下线的一部分和作为建筑物防雷击电磁脉冲的屏蔽网时，只要采取一些连接措施就可以了（见上述五项3款）。
5）塑钢窗的孤立绝缘金属可不管它的存在，即可不做等电位连接和接地。
