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关键词：施工现场；安全；机械设备；防雷装置
我国幅原辽阔，各个地区的气候特征各不相同，雷电活动的频繁程度在不同的地区也是不一样的。雷电造成的伤害是巨大的，后果是严重的。建筑工程施工现场，存在着正在施工的建筑工程和许多高大的机械设备，必须要设置防雷装置，减少雷电危害造成的人身伤害及财产损失，保障施工人员生命、财产的安全。
1.雷电的基本知识：
雷电的特点：
1.1.主要特点是电压高、电流大、释放能量的时间短，因而产生的破坏性相当大。雷电的分布不均匀，山区多、平原少、南方多、北方少。
1.2.雷电电流幅值大，而且是冲击性的。雷电流的幅值即放电时的雷电流的最大值，一般是几十千安，最大可达300KA。
1.3.雷电电流陡度大。陡度即雷电流上升的速度，平均上升速度为30KA/μs，最高可达50KA/μs。
1.4.雷电的冲击电压高。冲击电压指雷电压的最大值，一般为几十至几千千安，能造成严重灾害。
1.5.雷电放电时间短。一般放电总时间不超过500ms。主放电只有数十微秒，这样短的时间释放出巨大的能量，其破坏性相当大。
2.雷电的危害：
雷电的危害是综合性的，包括电性质、热性质和机械性质的破坏作用。
2.1.电性质的破坏作用：
电性质的破坏作用表现在由于雷电而产生的数十万乃至数百万伏的冲击电压，它可能破坏电动机、电力变压器、开关、绝缘子等电气设备的绝缘。烧断电线或劈裂电杆，造成大规模停电；绝缘损坏可能引起短路，导致火灾或爆炸事故；由于反击事故的放电火花可能引起火灾或爆炸；绝缘的损坏，可能使高压窜入低压，或使电气设备漏电，由此可造成严重的触电事故；雷击直接对人体放电以及对人体的二次放电，都可能使人致命。巨大的雷电流流入地下，会在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。
2.2.热性质的破坏作用：
热性质的破坏作用表现在巨大的雷电流通过导体，在极短的时间内转换出大量的热能，造成易燃易爆物质的燃烧和爆炸或由于金属溶化飞溅而引起火灾和爆炸。
2.3.机械性质的破坏作用：
机械性质的破坏作用表现为被击物遭到破坏，甚至爆裂成碎片。这是由于巨大的雷电流通过被击物时，在被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，致使被击物的破坏或爆炸。此外，同性电荷之间的静电斥力、同方向电流或电流拐弯处的电磁推力，都有很强的破坏作用。雷电流的气浪也有一定的破坏作用。
3.民用建筑物防雷分级：
按照建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性及后果，建筑物的防雷分为三级。
3.1.一级防雷建筑物：
3.1.1具有特别重要用途的建筑物。如国家级的会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑；特大型、大型铁路旅客站；国际级的航空港、通讯枢纽；国宾馆、大型旅游建筑、国际港口客运站等。
3.1.2国家级重点文物保护的建筑物和构筑物。
3.1.3高度超过100m的建筑物。
3.2.二级防雷建筑物：
3.2.1重要的或人员密集的大型建筑物。如部、省级办公楼；省级会堂、博展、体育、交通、通讯、广播等建筑；以及大型商店、影剧院等。
3.2.2省级重点文物保护的建筑物和构筑物。
3.2.3十九层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。
3.2.4省级及以上大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。
3.3.三级防雷建筑物：
3.3.1当年计算雷击次数大于或等于0.05次时，或通过调查确认需要防雷的建筑物。
3.3.2建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物。
3.3.3高度为15m及以上的烟囱、水塔等孤立的建筑物和构筑物。在雷电活动较弱地区（年平均雷暴日部超过15）其高度可为20m以上。
3.3.4历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的较重要建筑物。
4.施工现场的防雷装置：
4.1.防雷装置设置的要求：
4.1.1施工现场内的起重机、井字架、龙门架、外用电梯等机械设备，以及钢脚手架和正在施工的在建工程等的金属结构，当在相邻建筑物、构筑物等设施的防雷装置接闪器的保护范围以外时，应按下表1规定安装防雷装置。
表1：施工现场内机械设备及高架设施需安装防雷装置的规定
|
地区年平均雷暴日(d) |
机械设备高度(m) |
|
≤15 |
≥50 |
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＞15，＜40 |
≥32 |
|
≥40，＜90 |
≥20 |
|
≥90及雷害特别严重地区 |
≥12 |
当最高机械设备上避雷针（按闪器）的保护范围能覆盖其他设备，且又最后退出现场，则其他设备可不设防雷装置。确定防雷装置接闪器的保护范围可采用图2的滚球法。
4.1.2做防雷接地机械上的电气设备，所连接的PE线必须同时做重复接地，同一台机械电气设备的重复接地和机械的防雷接地可共用同一接地体，但接地电阻应符合重复接地电阻值的要求。接地电阻阻值应小于4Ω。
4.1.3防雷引下线的设置：施工现场各机械设备防雷引下线可以利用该设备的金属结构体代替，其前提条件是能保证设备的金属结构体间实现电气连接。否则应单独敷设引下线，并应符合下列规定：
4.1.3.1引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，圆钢直径不应小于8mm，扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。
4.1.3.2采用多根引下线时，宜在各引下线距地面0.3～1.8m之间装设断接卡。
4.1.3.3在易受机械损坏和防止人身接触的地方，地面上2.0m至地下0.2m的一段接地线应使用圆钢、硬质塑料管保护。
4.2.施工作业层防雷技术措施：
4.2.1充分利用现场塔式起重机防雷：
高层建筑主体施工为解决物料的垂直运输问题，一般均配置塔式起重机。
利用可靠连接的塔式起重机塔身的金属结构作防雷引下线。
塔式起重机的导轨和防雷接地装置可靠焊接，实现塔式起重机的防雷接地，其接地电阻值不大于10Ω。
4.2.2利用塔式起重机防雷其保护范围的确定：
勘察施工现场，按照比例绘制塔式起重机和建筑物的平面布置图。
采用滚球法确定塔式起重机的保护范围：
当塔式起重机高度h小于或等于hr时：
―――距地面hr处作一平行于地面的平行线；
―――以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；
―――以A、B两点为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。
―――在施工作业层h×高度的XX′平面上塔式起重机的保护半径r×，可以按照单支独立避雷针的保护范围计算，由下式确定：
r×= √h（2hr-h）- √h×（2hr-h×）
r○=√h（2hr-h）
式中r× ————塔式起重机在h×高度的XX′平面上的保护半径（m）；
rO ————在地面上的保护半径（m）；
h ————塔式起重机的高度（m）；
h× ————被保护高层建筑施工作业层的高度（m）；
hr ————滚球半径（m）。
表2：滚球半径取值表
|
序号 |
建筑物防雷类别 |
滚球半径hr（m） |
|
1 |
第一类防雷建筑物 |
30 |
|
2 |
第二类防雷建筑物 |
45 |
|
3 |
第三类防雷建筑物 |
60 |
当塔式起重机高度h大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针针尖作为圆心，其余的做法同上述内容。
在塔式起重机和建筑物的平面布置图上，按照比例以塔式起重机中心为圆心，以rO与r×为半径分别画圆，确定塔式起重机的实际保护范围。查看塔式起重机能保护施工作业层的哪些部位，还有哪些部位不能被其所保护。
4.3机械设备的防雷装置：
施工现场应针对以下设备采取防雷接地装置：
塔吊、大型钢模板防雷接地、电动爬架防雷接地、屋顶钢结构施工防雷接地、室外提升电梯防雷接地。
4.3.1.塔式起重机的防雷装置：
塔式起重机应按照规范做好重复接地和防雷接地。塔式起重机可不另设避雷针。轨道式塔式起重机接地装置的设置应符合下列要求：
轨道两端各设一组接地装置。
轨道的接头处作电气连接，两条轨道端部作环行电气连接。
较长轨道每隔不大于30m加一组接地装置。
塔式起重机的防雷接地应与重复接地共用同一接地体，接地电阻阻值，不大于4Ω。
人工接地体采用L50×5角钢*2.5米，4×40镀锌扁钢，每组接地装置设计3个接地钎子，间距为5米，接地线与设备基础钢支座两点采用焊接连接，接地焊接时扁钢搭接长度为2倍D，焊接长度100，三面焊接，刷沥青防腐两道。
安装完成后进行接地电阻摇测，并记录归档。每季度摇测一次接地电阻，要求小于4Ω。如实测大于4Ω应加补接地极。
当工程基础地板钢筋敷设完成后，利用基础地板上下两根主筋（螺纹25）与塔吊柱腿钢柱焊接做为防雷接地。
接地电阻值必须符合安全技术规范要求,接地装置的设置应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，雨季测量值需经季节系数调整。季节调节系数如下表3：
表3：接地电阻季节调节系数
|
埋深(m) |
水平接地体 |
长2～3m的垂直接地体 |
|
0.5 |
1.4～1.8 |
1.2～1.4 |
|
0.8～1.0 |
1.25～1.45 |
1.15～1.3 |
|
2.5～3.0 |
1.0～1.1 |
1.0～1.1 |
4.3.2外用电梯的防雷装置：
外用电梯的顶部应安装避雷针，针长1～2m，采用圆钢时直径不小于16mm，采用钢管时直径不小于25mm。
外用电梯的防雷引下线利用电梯的金属结构，上部与避雷针可靠连接，下部与接地装置可靠连接。
外用电梯的防雷接地应与重复接地共用同一接地体，室外电梯电源必须有单独的电源箱供电，且经过漏电保护器进行控制，配电箱内接地线压接牢固可靠。接地电阻阻值，不大于4Ω。
4.3.3井字架及龙门架的防雷装置：
井字架及龙门架的顶部应安装避雷针，针长1～2m，采用圆钢时直径不小于16mm，采用钢管时直径不小于25mm。
防雷引下线使用Φ8圆钢，上部与避雷针可靠连接，下部与防雷接地装置可靠连接。
井字架及龙门架的防雷装置接地电阻阻值，不大于10Ω。
4.3.4外侧钢脚手架的防雷装置：
外侧钢脚手架的防雷，应就近利用建筑物作业层层面上的主筋作为防雷引下线。脚手架与防雷引下线主筋之间使用活动的连接导线，导线的截面不应小于50mm2，导线的两端应使用专用卡子分别与钢脚手架和引下线主筋可靠连接。
外侧钢脚手架的防雷装置接地电阻阻值，不大于10Ω。
4.3.5大型钢模板防雷装置：
当金属大模板放置位置不处于防雷保护范围内时，对金属大模板采取防雷接地措施。
金属大模板的防雷接地采用50mm2铜编织线，两端用焊把钳分别与作业面上结构柱的防雷引下线和大模板夹接。
5.防雷接地装置施工方法及要求：
5.1防雷及接地装置材料要求：
5.1.1所有金属材料均使用热锓镀锌件，如圆钢、角钢、扁钢、钢管、支持卡子、螺栓、垫片等；应符合技术规范规定。产品应有材质检验证明及产品出厂合格证，并归档。
5.1.2角钢、工字钢、钢板、钢管、扁钢、螺栓采用Q235钢。
5.2保护导体的截面积选择：
5.2.1保护导体的截面积应满足下表4：
表4：保护导体的截面积选择
|
相线的截面积S（mm2） |
保护导体的截面积Sp(mm2) |
|
S≤16 |
S |
|
16<S≤35 |
16 |
|
35<S≤400 |
S/2 |
|
400<S≤800 |
200 |
|
S>800 |
S/4 |
注：S指柜，箱电源进线相线截面积，S、Sp材质相同。
5.2.2跨接线的截面和焊接长度见下表5：
表5：跨接线的截面选择
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DN（mm） |
跨接线（mm） | ||
|
钢管 |
圆钢 |
扁钢 |
焊接长度（mm） |
|
≤25 |
Ф6 |
――― |
40双面焊 |
|
32 |
Ф8 |
――― |
50双面焊 |
|
40∽50 |
Ф10 |
――― |
60双面焊 |
|
>70 |
――― |
25×4 |
――― |
5.3焊接处进行沥青防腐处理。焊接位置、数量、质量应经监理现场检查确认并填写隐检记录归档。
5.4接地线材质的选择：
5.4.1接在设备外部容易被人碰及的接地线和安装在有震动处的接地线，应采用股软铜线，跨门地线要用裸多股软铜线。
5.4.2大于2.5mm2的多股导线应用不开口的线鼻子压接牢固。接地线连接时应符合导线连接的规则。
5.4.3接地线应用黄/绿双色间隔颜色线。
建筑工程施工现场防雷装置的设置，必须严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005、《建筑工程施工现场供用电安全规范》GB50194-93和现行有关规范、规程的要求实施，做好各项技术保障措施，减少施工用电事故造成的人身伤害及财产损失。
参考文献：
1. 施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）－中国建筑工业出版社－2005
2. 建筑工程施工现场供用电安全规范（GB50194-93）－中国计划出版社－1993
3. 建筑电气工程施工管理手册－中国电力出版社－2005