避雷針滾球效應

 https://www.teac.org.tw/company/1031028-4.pdf

https://ecle.biz/lightning-protection/rolling-sphere/

https://www.buildingenclosureonline.com/articles/86925-lightning-protection-for-buildings-with-metal-roofs

https://www.harger.com/product-category/lightning-protection

現在可以使用bit.ly/NFPA-780calculator上的免費線上應用程式執行風險評估計算，使設計人員能夠快速、輕鬆地做出更明智的決策，並證明他們已達到建築行業預期的護理標準專業人士。（請參閱bit.ly/StandardOfCare）。

 

閃電是一個嚴重的危險

根據金屬建築製造商協會 (MBMA) 的說法，金屬建築「設計具有彈性」。該組織的網站引用了金屬的可持續性、耐用性以及抗地震、強風和一系列危險自然現象的能力。也許我們可以原諒他們沒有提到閃電是這些危險之一。個別雷擊事件不會成為大型區域災難的頭條新聞。

 

然而在典型的一年：

• 美國每年約有 2500 萬次閃電襲擊，造成的死亡或受傷人數比任何其他自然災害（包括颶風、龍捲風、地震、暴風雪、洪水和火山爆發）都要多。
• 根據保險資訊研究所的數據，閃電損失達到近十億美元。

 

而且情況正在變得更糟。由於天氣模式的變化，預計閃電事件將會增加。雷擊損壞的成本也在增加，部分原因是易受雷擊浪湧影響的敏感電子設備的激增。

NFPA 780 風險評估標準

如果建築物遭受雷擊的風險超過根據以下計算得出的可容忍風險，則建議使用防雷系統：

暴露標準：

• 閃電密度：這是基於當地氣象資料或國家閃電探測網路的美國平均閃電密度圖，每年每平方公里的平均雲對地閃電密度。雖然密度各不相同，但該國每個州都面臨風險。
• 等效收集面積：這本質上是根據建築物的佔地面積並根據建築物的高度進行調整的。建築物越大、越高，其暴露程度就越大。

公差標準：

• 基於結構和屋頂的傳導性和可燃性的施工係數：
  
• 建築內容的價值。
• 便於疏散建築物內的人員。
• 服務要求的連續性和環境後果。

無論風險評估的結果如何，如果有以下任何因素，都應認真考慮保護：

• 關鍵服務的連續性。
• 高閃電頻率。
• 高大的孤立結構。
• 爆炸性或易燃物。
• 不可取代的文化遺產。
• 法定、監理和保險要求。

每個州都容易受到閃電的影響（甚至阿拉斯加和夏威夷，地圖上未顯示）。低風險不等於沒有風險，設計者應對每個結構進行雷擊風險評估。照片由維薩拉提供。

 

國家建築規範並未強制要求防雷保護，但某些地方規範、某些政府機構以及越來越多經驗豐富的建築業主卻要求防雷保護。

 

在其他情況下，NFPA 風險評估應由建築設計師或防雷專家進行，並與建築物業主討論結果。

 

如果決定使用防雷保護，請指定項目符合 NFPA 780、UL 96A -防雷系統安裝要求和防雷協會 (LPI) 175 -防雷系統設計 - 安裝 - 檢查標準。

 

LPS 的特定佈局通常可以委託給 LPS 安裝專業承包商，該承包商僱用主安裝員/設計師或經防雷協會 (LPI) 認證的主安裝員，請參閱www.lightning.org。

 

設計師將與專案團隊合作，協調穿過建築圍護結構和連接的位置和安裝時間表。

 

安裝人員可能必須在施工初期到達現場，安裝接地電極並將 LPS 黏合到地基中的鋼筋上，並且在專案結束時進行最終連接和測試時，安裝人員可能是最後離開的人之一。

 

第三方檢驗服務可透過 UL、LLC 和 LPI 檢驗計劃提供，並應成為建築調試過程的一部分。

 

這需要一個系統

防雷系統 (LPS) 需要一個導電路徑網絡，將雷擊電壓從屋頂接閃器（俗稱避雷針）安全地傳輸到接地電極。

接風終端比建築物高 10 英吋或更高，以便在閃電到達建築物之前攔截閃電。閃電被建模為一個直徑 300 英尺的球體在建築物的圍護結構上滾動；球體接觸建築物的任何地方都容易成為閃電的附著點。

基於此，NFPA 780 要求在屋頂角落以及沿屋脊和邊緣的間隔不超過 20 英尺；非常寬的屋頂需要額外的空氣終端，距離中心 50 英尺，穿過屋頂區域。屋頂設備上也需要空氣終端，該設備不在安裝在結構上較高的空氣終端的保護區域內。bit.ly/rolling-sphere上的動畫示範了滾動球體技術。

在大多數建築物中，閃電能量透過由高導電等級的鋁或銅製成的大型多股電纜從接閃器傳輸到地面；銅不應與鍍鋅鋼、鋁或大多數其他非銅金屬屋頂或壁板接觸。電纜必須互連接閃器並黏合到屋頂上的金屬元件。

有多種接風端子底座和電纜緊固件可用於在金屬屋頂上安裝 LPS 組件。有時可以在屋脊蓋上使用螺絲安裝的裝置，也可以使用黏合安裝的裝置來避免在屋頂上鑽孔。在品質較好的建築物和強風地區，應考慮使用夾緊屋頂直立接縫的裝置。理想情況下，LPS 在施工期間安裝，所有導體都安裝在屋頂甲板下方，因此只有接風口暴露在屋頂上方。

NFPA 要求從屋頂到地面的路徑。從屋頂到地面的引下線電纜可以暴露在外，以盡量減少對建築圍護結構的穿透。將引下線放置在遠離主要入口、落水管後面以及沿著建築物邊緣或其他建築線條的位置，可以減少裸露電纜的視覺影響。任何電纜彎曲的地方都需要大半徑，包括屋頂和牆壁的交界處。

或者，可以使用穿透結構的穿透裝置將導體引入建築物內部；傳統的防水板可用於密封滲透。這降低了建築物外部導體的可見度，有助於保護它們免受損壞和盜竊。此外，透過允許將建築物的結構鋼框架（如果存在）用作引下線，可以降低成本。NFPA 規定：「如果結構的金屬框架厚度等於或大於 3/16 英吋（4.8 毫米）並且具有電氣連續性，或者採用電氣製成，則應允許將其用作防雷系統的主導體。連續的… 」

如果所有接地系統之間的電位不均衡，閃電會尋找從天空到地面阻力最小的路徑，從導體產生電弧或側閃，進入電氣、管道、暖通空調、結構構件和其他金屬系統。同樣，LPS 需要自己的接地系統，該系統必須與其他接地系統相連，例如建築物電源的接地。

從地面上看，航站的可見度不高。鋁製接風口直徑可細至 1/2 英寸，高僅為 10 英寸，距離屋頂邊緣最多 24 英寸。淺色的空氣終端反射並融入天空。屋頂上裸露的電纜應位於屋頂不太明顯的表面上，並靠在金屬屋頂的肋骨上，以盡量減少可見度。

防雷系統的組件必須符合 UL 96（防雷組件標準）並獲得 UL 認證。列出的用於普通電氣服務的組件對於防雷保護並不安全。

最後，我們必須認識到金屬屋頂必須保護建築物免受雨、風、雪、陽光和其他氣象條件的影響。當與 LPS 一起安裝時，金屬屋頂還可以抵禦閃電，這是自然界最危險的危險之一。

有關防雷的更多信息，請參閱bit.ly/LPSresources。

 

注意：本文中使用的一些照片已經增強，以使防雷設備更加明顯。在實際安裝中，從正常觀看距離通常很難看到稀薄的空氣終端。