树木及邻近民居防雷电反击相关问题探讨

汝洪博马金福  王海芳

(安吉县气象局，浙江省安吉县313300)(湖州市气象局，浙江省湖州市  313000)

摘  要：以树木及其邻近民居防雷措施的相互影响为研究对象，详细分析安装接闪装置的树木与邻近民居防雷电反击相关要求，得出：防雷电反击相关要求可以看作是树木接地体的冲击接地电阻R i与安全距离Sa1二者的约束条件，R i和Sa1的设计要求值除了依照规范设计外，还应结合该约束条件综合考虑：各自独立设计防雷装置的树木与民居建筑尚应考虑地下接

地体间及与金属管道的安全距离；当实际工程中R i和Sal无法满足防反击要求时，应采取其他防护措施。

 关键词：树木；民居；防雷；接闪装置：安全距离；防反击；冲击接地电阻

 中图分类号：TU895 doi:  10. 3969/issn. 1003 - 8493. 2016. 02. 009

 0  引言

 近年来，树木遭雷击并危及周边人员的事故时有发生：2004年浙江临海发生一起特大雷击树木事故，导致树下塑料棚内17人死亡、13人受伤。树木易遭雷击主要是由树木的生长环境和生长特性所决定的，一方面这些树木较周围环境相对孤立、高大：另一方面树木所生长下垫面土壤电阻率一般较小，且与周围差异较大，而雷电容易落在土壤电阻率较小或有较大变化的区域；同时树叶的光合、呼吸作用使树冠周围的空气湿度高于周围环境，更易形成雷电通道。由于树木本身导电性较差，不具备良好的接地系统泄放雷电流，一旦遭受雷击，所产生的机械力、热效应会使树木遭受损坏，击断、击飞的树枝（杆）危害树下建构筑物和人员安全。而雷电流在散流入地的过程中也会通过接触电压、旁侧闪络以及跨步电压等形式危及树下及附近人员的安全。

 树木遭雷击并危及周边建筑物和人员的情况一般发生于农村。农村民居低矮，周边树木较多、距离较近，且防雷措施基本缺失或不完善，一旦附近树木引雷，民居内的人员和财产安全会受到不同程度的损害。随着人们对防雷安全意识的提高，有村民主动咨询其房屋附近高大古树对防雷安全的影响，并希望得到有效的解决。美国NFPA 780《Standard for theInstallation of Lightning Protection Systems》(2014版)标准规定，树干距离建筑物在3m之内的所有树木，或枝干的高度超过了建筑物高度的树木都应该采取防雷措施。其原因不仅是为了保护树木免受雷电损害，更重要的是有助于减小处于树木附近的人、畜及建筑物遭受旁侧闪络、接触和跨步电压侵害的风险。

 我国现行的防雷标准中与树木相关的设计要求非常有限，GB 50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》（以下简称《雷规》）中仅规定了建筑物与树木净距离要求，云南省出台的地方标准DB 53314 - 2010《古树名木防雷技术规范》与气象行业标准QX／T231-2014《古树名木防雷技术规范》虽对古树的防雷措施作了规范和要求，但仅将树木孤立地看待。实际上，当树木距离民居较近时，防雷设计必须要考虑到树木与建筑物的相互影响，相关措施也需要完善，这其中一个必须解决的问题是防雷电反击。

 未安装接闪装置的树木，《雷规》第4.2.5条规定：“当树木邻近建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m。但当树上安装接闪装置后，其不再仅作为树木考虑，防雷设计应参照独立接闪杆的相关要求。因此，本文将着重分析树木及邻近民居这两个独立的防雷系统间为防反击所需要满足的相关要求。

1  安装接闪装置的树木与邻近民居的防反击要求分析

 以农村常见的高大树木与其邻近的民居为研究对象，当树木与民居均安装接闪器时，树木与邻近民居的安全距离不再仅受限于《雷规》第4.2.5条的规定，而可以将树木当作独立接闪杆来考虑，将独立接闪杆与被保护建筑物及其地下管道之间的安全距离应用到树木与邻近民居的防雷设计中，此时，不仅是地上部分的安全距离增加了要求，对于树木的接地体的

位置与建筑物管道之间的安全距离也应考虑在内。

1.1  安全距离公式分析

 《雷规》第4.2.1条第5款规定，为防止反击，独立接闪杆与被保护建筑物及其管道、电缆等金属物之间的间隔距离应满足以下要求，且不得小于3m，如图1所示。

 上述公式是以第一类防雷建筑物相关参数计算得出，而本文根据树木及其邻近民居防雷的实例，将第三类防雷建筑物的参数带入公式(4)，并计算得出公式(5)~(7)。

 此时S aI可以看作树木与邻近民居的地上安全距离，Sa1是树木的接地体与民居的地下管道间的距离。

 公式(5)、  (6)的推导是基于雷电流产生的电场强度超过空气的击穿场强时会击穿空气对附近物体放电这一原理，为了防止雷电流流过防雷装置时产生的高电压对被保护建筑物及与其关联的金属物发生反击，使防雷装置与这些物体之间保持一定的间隔距离。由此分析可知，该公式可以看作是满足防反击要求中Sal和R i的约束条件，其中民居建筑高度h x为定值，因此公式中仅有Sal、R i两个变量，Sa1与R i的取值应使得公式(5)、  (6)成立，以满足防反击要求。

 为了直观地看出Sa1、R i二者的约束关系，固定h x的取值并进一步分析。以农村一般联建房屋4~6层建筑物为例，为方便计算，其高度取值定为15 m，根据公式(5)、  (6)可得：

 因此，当h x= 15 m时，R i和Sal二者的关系可以用图2表示。

 由图2可得，被当作独立接闪杆的树木与其邻近的建筑物理论上的最小安全距离为0. 75 m，但5。1最终要受R i的影响，为满足防反击要求，R i和Sa1应符合如图2的线性约束关系。因此，对于本文讨论的改造项目，在树木和附近民居的位置确定的情况下．确定的距离Sa1会使得树木接地体的冲击接地电阻值有相应的要求，以满足防反击的需要。

1.2  由安全距离反推冲击接地电阻的要求

 在树木及邻近建筑物防雷改造时，设计方往往仅根据规范的规定确定其冲击接地电阻的要求，而并未考虑到由于安全距离确定的情况下对冲击接地电阻的要求。根据上述分析可知，当树木与建筑物距离较近时，要求其冲击接地电阻值应更低。

1. 2.1相关规范对R i的要求

 参考《雷规》对一般建筑物的接地电阻值的要求：一类、二类防雷建筑物的冲击接地电阻要求取10Ω ，三类防雷建筑物取30 Ω；云南省地方标准DB 53314 - 2010《古树名木防雷技术规范》中，对一类古树的冲击接地电阻值要求为10 Ω，二类古树的要求为20 Ω，其他古树（位于多雷区、树龄在80年以上）的要求为30Ω ;而气象行业标准QX／T231 - 2014《古树名木防雷技术规范》规定古树设置防雷装置时，其接地装置的冲击接地电阻值不应大于30 Ω。非古树名木的一般树木参考以上3本规范要求，设计其冲击接地电阻不大于30 Ω即可满足要求。但此时，根据公式(8)计算可知，树木与建筑物间的距离Sa1应至少6.3 m以上。由此公式的验证可知，在该整改项目的防雷设计时仅考虑《雷规》对冲击接地电阻值的要求是不够的。

1.2.2R的设计要求应综合考虑

 通常当树木设计直击雷防护装置时，其冲击接地电阻值的设计并未考虑到与安全距离的这层约束关系，将树木与建筑物的安全距离设计为S m，冲击接地电阻值30Ω，而此时就会出现上述讨论的矛盾状况，安全距离5m不够。若设计时能够发现二者存在的隐含关系，当安全距离Sa1达不到要求时，即可通过适当的降低接地电阻值来满足防反击要求。

1.3地下安全距离的确定

 根据上述方法确定好R i的设计要求值后，由公式(7)即可计算得到树木的接地体与建筑物的地下管道间的安全距离S e1，由于在改造工程中建筑物的接地体和地下管道位置已经确定，因此根据计算出的安全距离可以得到树木接地体的布置位置。实际设计中往往仅考虑接地体的布置避开树木的主要根系，避免对树木的破坏，但却未考虑到树木作为独

立接闪装置的要求，其接地体的布置应与邻近房屋  的地下管道保持安全距离，以免当树木接闪后，其接地体在散流时对地下管道发生反击，将危险的过电压引入室内。

  2  防反击要求无法满足时的防雷措施分析

 当树木接地体的冲击接地电阻R i与安全距离Sa1二者不能满足防反击的约束条件时，一般情况应将两个无法保证间隔距离的防雷系统的接地装置连接，但对于本文所讨论的案例笔者并不建议连接共用，原因如下：若二者接地装置连接，一旦树木遭雷击时，散流 过程中使得民居建筑的地电位与树木接地体具有了相同的高电位，地电位的升高会使得民居内未做好接地的电器造成损害，而一般农村民居的内部防雷措施缺失，甚至难以整改到位，地电位升高会成为较大的安全隐患。此外，散流过程的高电位甚至可以通过地下管道传导至室内。为避免此类高电位的引入，树木的接地体应与建筑物的接地装置及地下管道保持一定距离。

 考虑到树木与民居的地上距离无法满足防反击的需要，为确保安全，民居建筑需增加防护措施：靠近树木一侧的金属窗需要做好接地措施，防止散流效果不佳时对金属窗发生旁侧闪络危及室内人员安全；在靠近树木一侧增设一组引下线，帮助快速释放旁侧闪络的雷电流。

  3  结论

 对树木与邻近民居进行综合防雷设计，当树木与建筑物的距离不满足《雷规》第4.2.5条规定时，尤其是树木为高大古树时，建议为树木安装防雷装置，树木与房屋的综合防雷设计需注意如下问题：

 a．  冲击接地电阻R i和树木与民居的地上安全距离Sa1的设计要求值不应仅依照规范分别设计，应结合防反击的约束条件综合考虑。

 b．防反击的要求包含了安全距离和树木冲击接地电阻两方面，由于二者存在约束关系，当安全距离无法满足时可通过适当降低冲击接地电阻值以满足要求。

 c．树木与民居的防雷设计尚应考虑到树木的接地体与民居建筑的接地装置和地下金属管道的安全距离。对于相对位置确定的民居和树木，可根据地下安全距离确定树木的接地体的敷设位置。

 d．  当R i和Sa1的设计值无法满足防反击要求时，不建议将两接地体连接共用，可以增加其他防护措施来弥补安全距离不足留下的隐患。

 树木与邻近民居的防雷设计暂无统一的行业标准，笔者从防反击的角度分析了此类设计时的部分要求，可为相关设计提供参考。此外，笔者建议在出台古树名木防雷技术规范或农村民居防雷技术规范时应将树木的影响考虑进去，特别是对安全距离、防反击措施的考虑，以减小树木对农村民居防雷安全造成的隐患。