雷电防护工程设计探讨

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雷电防护工程设计探讨:对雷电防护工程设计要点探索

1高层建筑雷电防护工程设计总体结构分析

一般在进行雷电防护工程设计时,要深入探究雷电防护工程的整体设计系统。为了更好地解决高层建筑雷电防护工程设计中存在的问题,可建立高层建筑综合防雷系统的防雷运作区域(LPZ)防雷击电磁脉冲(LEMP),按照IEC标准将保护空间划分为不同的防雷区域(LZ)。

2高层建筑雷电防护工程设计的七大要素分析

根据以上雷电防护系统结构设计及原理分析,这里笔者归结出高层建筑雷电防护工程设计的七项重要因素,下面进行具体的探讨。

2.1接闪功能与接闪器设计。高层建筑物接闪功能应具备装设独立或架空接闪器(如避雷带、针、网)、耐流耐压能力、连续接闪效果造价以及美学统一性等条件。高层防雷建筑物应装设独立架空避雷线(网)或避雷针,通过滚球法来计算确定避雷针保护范围。在设计时要注意根据《建筑物防雷设计规范》规定,在建筑物的天面,选用合适网格尺寸的避雷网,用导体联结成一个网状的雷电保护装置构成避雷网。当高层建筑物内具有较多的弱电子设备时,屋面上安装较小的避雷网格形成最大的电磁屏蔽。

2.2分流影响与引下线设计。雷电的分流效果直接受到引下线数量和粗细的影响,数量越多,则雷电流越小,其感应范围也相应缩小,且相互间距离不小于规范规定。对于高层建筑物,应根据《建筑物防雷设计规范》规定,选择合适的引下线间距,间距越小且电位分布较均匀,对雷电感应的屏蔽越好;当引下线过长时,在建筑物中间部位增设均压环,可起到较好的减小电感电压降、分流以及降反击电压的作用。若高层建筑物内具有较多弱电子设备时,按照建筑物的柱距沿其外围,每隔6m设置引下线,焊接每层圈梁钢筋,使引下线与各楼层的等电位联结母线相连,可减少室内金属物体间的电位差,避免发生反击。

2.3均衡电位与等电位连接、电涌保护器安装。在防雷电工程设计时,为了保证高层建筑物内无电压反击,可按照《建筑物防雷设计规范》相关规定,在高层建筑物各部分空间不同的LEM的严重程度和指明各区交界处等位置预留等电位连接板,与房屋防雷装置相连,使结构钢筋与各种金属管线都能连接成统一的等电位导电体,不仅能有效防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备,同时也可以装上限制瞬态过电压和分走电涌电流。对于高层建筑而言,可根据防雷需要和电子系统类型不同,通过构建不同的等位连接网,来有效防止防雷击电磁脉冲和电压反击。对于不超过300kHz的电子模拟系统可采用S星型结构;对于电子系统为MHz级的数字系统,可采用M型网状结构。

2.4屏蔽作用与间隔距离、屏蔽设计。为了使高层建筑物内的各电子系统免遭雷电电磁脉冲的破坏,有必要在建筑物、设备和各种线路(管道)设计屏蔽,一般应在对各项系统和设备进行耐压水平调查后,再将高层建筑内部钢筋、金属构架与地板、门窗等互焊成法拉第笼,再连接地网构成初级屏蔽网,再根据图1.2所示在防雷区内施行多级屏蔽。设计时尤其要注意初级屏蔽网的衰减程度和屏蔽层厚度、网孔密度、屏蔽材料以及雷击点与屏蔽空间的间隔距离,方能有效防卫雷电的袭击。

2.5接地效果与接地装置设计。接地装置可分为自然接地体和人工接地体。在设计时应利用建筑物的基础构造钢筋作为自然接地体;对于人工接地体,宜敷设成环形方式;对独立的垂直接地体而言,可用周圈式接地装置,接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位;对木结构和砖混结构建筑物需要独立引下线,并采用独立接地方式,以钻孔深埋接地极的效果为最好。在防雷设计中设置共用接地装置时,还应在建筑物各楼层设备安装位置,设置接地预留端子或接地地板,进行总等电位联结和局部等电位联结。

3结语

建筑物防雷是一个全面的系统工程,在建筑物的设计阶段应先研究防雷装置的形式与位置,;同时按其在建筑物中的不同作用,防雷设计应从接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、接地效果、合理布线和电涌保护这七项要素综合来考虑,使建筑物达到综合防雷的目的。

雷电防护工程设计探讨:雷电防护工程设计要点探索

1高层建筑雷电防护工程设计总体结构分析

一般在进行雷电防护工程设计时，要深入探究雷电防护工程的整体设计系统。为了更好地解决高层建筑雷电防护工程设计中存在的问题，可建立高层建筑综合防雷系统的防雷运作区域(LPZ)防雷击电磁脉冲(LEMP)，按照IEC标准将保护空间划分为不同的防雷区域(LZ)。

2高层建筑雷电防护工程设计的七大要素分析

根据以上雷电防护系统结构设计及原理分析，这里笔者归结出高层建筑雷电防护工程设计的七项重要因素，下面进行具体的探讨。

2．1接闪功能与接闪器设计。高层建筑物接闪功能应具备装设独立或架空接闪器(如避雷带、针、网)、耐流耐压能力、连续接闪效果造价以及美学统一性等条件。高层防雷建筑物应装设独立架空避雷线(网)或避雷针，通过滚球法来计算确定避雷针保护范围。在设计时要注意根据《建筑物防雷设计规范》规定，在建筑物的天面，选用合适网格尺寸的避雷网，用导体联结成一个网状的雷电保护装置构成避雷网。当高层建筑物内具有较多的弱电子设备时，屋面上安装较小的避雷网格形成最大的电磁屏蔽。

2．2分流影响与引下线设计。雷电的分流效果直接受到引下线数量和粗细的影响，数量越多，则雷电流越小，其感应范围也相应缩小，且相互间距离不小于规范规定。对于高层建筑物，应根据《建筑物防雷设计规范》规定，选择合适的引下线间距，间距越小且电位分布较均匀，对雷电感应的屏蔽越好;当引下线过长时，在建筑物中间部位增设均压环，可起到较好的减小电感电压降、分流以及降反击电压的作用。若高层建筑物内具有较多弱电子设备时，按照建筑物的柱距沿其外围，每隔6m设置引下线，焊接每层圈梁钢筋，使引下线与各楼层的等电位联结母线相连，可减少室内金属物体间的电位差，避免发生反击。

2．3均衡电位与等电位连接、电涌保护器安装。在防雷电工程设计时，为了保证高层建筑物内无电压反击，可按照《建筑物防雷设计规范》相关规定，在高层建筑物各部分空间不同的LEM的严重程度和指明各区交界处等位置预留等电位连接板，与房屋防雷装置相连，使结构钢筋与各种金属管线都能连接成统一的等电位导电体，不仅能有效防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备，同时也可以装上限制瞬态过电压和分走电涌电流。对于高层建筑而言，可根据防雷需要和电子系统类型不同，通过构建不同的等位连接网，来有效防止防雷击电磁脉冲和电压反击。对于不超过300kHz的电子模拟系统可采用S星型结构;对于电子系统为MHz级的数字系统，可采用M型网状结构。

2．4屏蔽作用与间隔距离、屏蔽设计。为了使高层建筑物内的各电子系统免遭雷电电磁脉冲的破坏，有必要在建筑物、设备和各种线路(管道)设计屏蔽，一般应在对各项系统和设备进行耐压水平调查后，再将高层建筑内部钢筋、金属构架与地板、门窗等互焊成法拉第笼，再连接地网构成初级屏蔽网，再根据图1．2所示在防雷区内施行多级屏蔽。设计时尤其要注意初级屏蔽网的衰减程度和屏蔽层厚度、网孔密度、屏蔽材料以及雷击点与屏蔽空间的间隔距离，方能有效防卫雷电的袭击。

2．5接地效果与接地装置设计。接地装置可分为自然接地体和人工接地体。在设计时应利用建筑物的基础构造钢筋作为自然接地体;对于人工接地体，宜敷设成环形方式;对独立的垂直接地体而言，可用周圈式接地装置，接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位;对木结构和砖混结构建筑物需要独立引下线，并采用独立接地方式，以钻孔深埋接地极的效果为最好。在防雷设计中设置共用接地装置时，还应在建筑物各楼层设备安装位置，设置接地预留端子或接地地板，进行总等电位联结和局部等电位联结。

3结语

建筑物防雷是一个全面的系统工程，在建筑物的设计阶段应先研究防雷装置的形式与位置，;同时按其在建筑物中的不同作用，防雷设计应从接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、接地效果、合理布线和电涌保护这七项要素综合来考虑，使建筑物达到综合防雷的目的。

作者：伍瑞林周宝琴周扬单位：广州市防雷设施检测所

雷电防护工程设计探讨:司空山二祖禅寺雷电安全防护工程设计

【摘要】我国现存古代建筑物是世界文化遗产中的瑰宝，除巍巍皇宫王府外，更大量是宗教寺庙。千百年来，除毁于人为外，更多的则毁于地震、洪水以及雷火之中，随着国家对古建筑的保护以及旅游业的兴起，高山景区尤其是高山寺庙的防雷工作越来越受到人们的重视，对寺庙采取有效的防雷措施来保护寺庙及人员的安全，具有重要的社会经济意义。本文通过对司空山雷暴特征的分析，结合寺庙建筑结构和防雷特点，对二祖禅寺进行雷电安全防护工程设计。

【关键字】二祖禅寺；雷电；防护；设计

引言

我国现存古代建筑物是世界文化遗产中的瑰宝，除巍巍皇宫王府外，更大量是宗教寺庙。司空山坐佛的相对高度为1000米，乃世界第一天然大佛，二祖禅寺坐落在司空山顶，海拔高度较高且司空山又较孤立，多次遭雷击。高山景区尤其是高山寺庙的防雷工作越来越受到人们的重视，随着改革开放的不断深入和旅游经济的发展，寺庙已成为人员密集、活动频繁的场所，采取有效的防雷措施来保护寺庙及人员的安全，具有重要的社会经济意义。

1司空山雷暴特征

1.1 雷暴日数多。

1.2 时空分布不均匀。

1.3 雷电强度大、直击雷危害严重，这也是高山景区雷电的普遍特点。

2寺庙建筑的结构特点及其对防雷的影响

2.1寺庙几乎都建在地势较高的山脊或是建在土壤电阻率有突变的山脚边，易受雷暴侵袭。并且雄伟、挺拔的结构有利于雷雨云下导放电。

2.2寺庙屋脊中间大多设有金属宝顶，屋檐有风铃、铜兽等金属饰物。而这些都没有可靠的接地，增加了建筑物接收闪电的可能性。

2.3大多数寺庙主要是木质或砖木混合结构，均为易燃材料，加上寺庙内有大量的经幡、幔帐等易燃物。一旦受到雷击，极易引起火灾，且灭火十分困难，易造成人员伤亡及财产严重损失。

3司空山二祖禅寺防雷级别的确立

3.1 现场勘查情况

二祖禅寺位于司空山山顶，海拔约1150m，由于山体多为玄武岩结构、地质土层为麻石混合粗沙土，土壤电阻率极高，通过单一打入接地极方法难以实现，而防雷接地又是防雷工作的重点。

大雄宝殿位于寺院中后部（玉观堂之后）。殿内有照明，供电由低压配电盘引入。

玉观堂位于寺院内二级台地正中，建筑平面接近于正方形，为砖木结构，周围很多高大树木。殿内有照明和计算机，供电由低压配电盘引入。

该寺低压供电由架空线路引入至寺内配电盘，然后分别分配至各大殿及生活区。该寺无任何防雷装置。

3.2 防雷类别的确定

目前在用的涉及古建筑防雷类别确定的标准主要有两个，一个是《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92，另一个是《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版）。二祖禅寺为安徽省重点文化遗产保护单位，省级风景区，国家AAA级旅游区，按照《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92中第5.3.1条规定和《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）的第2.0.1条规定，应将二祖禅寺雷电防护级别确定为二类防雷建筑。

4设计方案

通过认真地实地勘察和防雷级别的确立，同时考虑不影响寺庙结构风格和整体美观，对大雄宝殿防雷工程做了如下设计和施工。

4.1 接闪器

为保护寺庙的建筑艺术特点，接闪器采用隐蔽避雷带方式，采用10M×l0M和12M×8M的避雷网格。 保护范围足以覆盖整个建筑物。

避雷带安装方法及工艺：

1）、揭开屋脊的屋脊瓦，将25×4镀锌扁钢压在瓦下，弯曲后与Φ10mm2圆钢进行焊接作为支撑架，避雷带（Φ10mm2圆钢）与屋脊上的支撑架进行焊接，支持架间距不大于1m，对支持架底部敷设适量的防水沥青；避雷带（Φ10mm2圆钢）应沿建筑物屋脊的轮廊弯曲，避雷带应高出正脊的高度，以及其上的兽头、法轮宝顶等10。

2）、根据屋脊瓦的高度和宽度定做相应的U形卡，将U形卡卡在屋脊上，间隔距离为1m，将避雷带（Φ10mm2圆钢）与U形卡进行有效连接；避雷带（Φ10mm2圆钢）应沿建筑物屋脊的轮廊弯曲，避雷带应高出正脊的高度，以及其上的兽头、法轮宝顶等10。

避雷带材质：热镀锌圆钢；避雷带规格：Φ10mm2。避雷短针材质：热镀锌圆钢；避雷针规格：Φ14mm2。

4.2 引下线

4.2.1建筑物：

引下线材质：热镀锌圆钢；引下线规格：φ10mm；引下线数量：6根。

引下线安装方法及工艺：引下线从建筑物外立面四角、后檐墙等布设，尽可能对称隐蔽安装。建筑物正面为安全及美观考虑不宜设引下线，面阔较大的大殿前屋檐避雷带可选直径较粗的材料敷设，两端引下线也须加大材料直径。敷设时引下线尽量沿建筑四周对称布置，并在后檐墙敷设2根，安装完后应涂上与建筑物颜色相适宜的颜料。

为减少引下线自身电感所引起的雷电感应过电压，以最短的接地路径敷设。引下线弯曲应采用弧形弯曲。在引下线距地面以上1.8m加装绝缘护套管，以防止接触电压对人员的伤害。

4.2.2古树：

引下线材质：热镀锌圆钢；引下线规格：φ16 mm，引下线数量：1根；

引下线安装方法及工艺：敷设时，沿树木的主干引下，用卡子每隔3m固定；安装完后应涂上与树木颜色相适宜的颜料。在引下线距地面以上1.8m加装绝缘护套管，以防止接触电压对人员的伤害。

4.3 接地装置

我们主要采用“法拉第笼”结构。利用附近的少量土层，制作人工接地池，加大接地体接触面积，并和基础钢筋相连接。

将所有建筑接地装置相连接扩大接地网面积，既减小了接地电阻和跨步电压又增强了二祖禅寺的整体防雷能力。

安装方法及工艺：

地沟要求挖深≥60cm、宽≥50cm，水平接地体用4×40mm的镀锌扁钢，垂直接地体用5mm×50mm×1000mm的镀锌角钢（本应设计2000mm或1500mm，但因地质结构问题只能采用1000mm），两者之间的焊接要求为单面焊接长度应大于12d、双面焊接应大于6d为标准，焊接部位应采取防锈处理。地网、地沟回填时应敷埋适量降阻剂以保持接地电阻的长期稳定。

工程竣工验收时，工频接地电阻为6.5Ω左右，完全达到了设计要求。

4.4 增加了防侧击雷和雷电过电压波入侵措施

我们对原有建筑的金属门窗、屋脊、挑檐等都做了等地位连接。

二祖禅寺还有少数电器设备如电视、电脑等，各种线路从山下一直延伸到寺庙内。通过在配电盘入端加装多级电源避雷器，并在电话及有线电视等弱电系统入端加装信号SPD，有效地减轻了过电压波对设备的破坏力。同时，对寺庙的各种线路，做到穿金属管屏蔽并尽量埋地进入寺内，防止雷电电磁感应在室内设备上产生的静电高压，避免设备的旁络闪击。

5结束语

古建筑的防雷类别确定是个难点，主要是使用标准不同。个人认为应使用国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版），在实践中要灵活运用，并且高山景区的防雷技术复杂，施工难度大，防雷措施更要强调全方位、综合治理，特别是接地处理要因地制宜、合理设计。加强 管理，强化年检制度。每年在雷雨季节来临之前，对所有防雷设施进行细致检查，对腐蚀达30％的设施必须进行更换，确保防雷设施稳定有效。

雷电防护工程设计探讨:天然气LNG气化站的雷电防护工程设计

摘要 本文通过对粤西地区某集天然气LNG气化站雷电防护设计，从当地特殊地理环境及国家的具体规范入手，比较全面的阐述了该站的雷电防护。

关键词 天然气；雷电防护；屏蔽；等电位

0 引言

近年来，天然气的利用越来越广泛，它以价格低及环保受到越来越多的客户的青睐。然而，对于天然气的LNG气化站储存及销售单位，其雷电的防护又显的极其重要，如果因为雷电防护没有做到位，轻者建筑物及仪器受损，重者会发生爆炸以及人员的伤亡。本文就某粤西天然气LNG气化站的雷电防护设计方案进行探讨。

1 工程设计要素

防雷工程设计的要素包括：雷电活动区域、建筑物及其设备的雷电防护分类、被保护物是否（分区、分级、分系统）、当地的土壤电阻率大小等。设计的方案将依据这些要素对被保护物实施接闪、分流、屏蔽、接地、等电位连接及合理的综合布线的技术措施，最大限度的防止或减少雷电对被保护物的危害。

1.1 雷电活动区域

某粤西天然气LNG气化站年平均雷暴日为94.4日，依据国家规范属于强雷区（属于最高级别），该站的土壤电阻率为800Ω・m。

1.2 雷电防护分类

该气化站地理位置空旷，当中的储气罐是附近的最高物体，易受雷击，而天然气属易燃易爆气体，参照GB50057-94（2000版）第2.0.3条，其应划为第二类雷电防护。

1.3 该气化站所包含区域

该气化站分为生产区和办公区。生产区包括罐区、气化区、充装台、地磅、放散塔；办公区包括门楼、传达室、辅助用房、消防泵房。

2 直击雷的防护

2.1 罐区直击雷防护

罐区由两个立罐组成，其周身为钢结构，钢的厚度大于4mm，符合GB50057-94（2000版）里的条例，可以直接利用罐体接闪，但两个罐周围需做一圈地网，地网材料包括：水平接地体40×4的镀锌扁钢、垂直接地体50×5×2500的镀锌角钢，每个罐必须两点接地。

2.2 气化区直击雷防护

气化区由8个气化器组成，由于气化器里的天然气已经是气体形式，气化器直接接闪会增大爆炸的可能性，所以需增加避雷针或避雷塔，此处双针保护范围不够，四针保护范围足够，但是成本高，只能是架设避雷塔加避雷线的形式保护，经过计算及抗风能力的考虑，可以选用GFW系列钢结构避雷线塔（双塔高度都为25m）加以保护，为了强化保护，气化器本身也需接地。此处地网材料同上。

2.3 充装台及地磅的直击雷防护

充装台天面需加设避雷带给予接闪，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，四个屋角加装φ16的避雷短针，引下线利用四个角的柱筋引下，充装台长宽为10m×5m规格的，已经符合了二类防雷里天面网格的范围，避雷带中间不需要再加设网格，装台里的各个仪器设备必须与地网可靠连接，地磅与充装台相近，地网可以共用，地磅本身可以接闪。

2.4 放散塔直击雷防护

放散塔本身是金属结构，可以用做接闪，在放散塔两边做放射条状地网，人工地网需与放散塔基础相连，放散塔需两点接地。

2.5 门楼、传达室及辅助用房的直击雷防护

这三个建筑物相近，可以在直击雷防护上做整体考虑，门楼和传达室需加设避雷带给予接闪，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，其各自在四个屋角装设φ16的避雷短针，门楼长宽为20m×3m的，中间需加设两条网格，引下线可以经门楼两边的柱筋引下，而传达室长宽为4.5m×3.5m的，避雷带中间不需要加装网格，引下线需用φ12的镀锌圆钢在两个屋对角套φ35PVC管明敷引下与地网相连。辅助用房的天面在土建设计方面已经装设了不锈钢护栏，可以作为避雷带使用，但需不超过18m与屋顶预留出来的钢筋焊接连通，用做引下线用，辅助用房长宽为25m×10m，避雷带中间需加设两条网格，网格距离不能超过8m，网格带需与避雷带焊接连通，3个建筑物都是沿四周做一圈地网并焊接连通，避免因距离太近而发生反击。

2.6消防泵房的直击雷防护

天面做一圈避雷带，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，其各自在四个屋角装设φ16的避雷短针，引下线可以利用四个角的柱筋引下，泵房里面沿墙底部装设一圈室内水平接地网，规格为25mm×4mm的镀锌扁钢，这一圈扁钢需与地台的钢筋焊接连通，这一做法即把泵房基础作为散雷电流的接地网用，如接地电阻不符合二类防雷4Ω的要求，可以在泵房周围加设人工地网。

2.7 路灯的直击雷防护

由于路灯距离比较近，在地网的敷设上可以设计为一个整体，即沿着路灯的走线全部连通，一个可以增大接地网的长度，降低接地电阻值；二个可以减少反击。每个路灯都得两点接地。

3 供电线路的雷电防护

辅助用房作为整个气化站的枢纽，它的供电线路的雷电防护极其重要，它的供电方式是经由附近村庄的变压器引进的。首先，根据GB50057-94（2000版）里的规定，低压架空电缆应埋地套金属钢管引入，可以起到屏蔽作用可以根据实际情况适当减少电缆埋地长度，但最少不应少于15m，在电缆进入辅助用房时，埋地金属钢管应接地，在进入配电柜前应加装电涌保护器SPD，而SPD的选型是有讲究的。

4 信号系统的雷电防护

气化站主要用到信号线路的有差压液位计、气体智能涡轮流量计等一些设备，而这些设备的终端到暴露在户外，很容易受到雷电电磁波的影响和破坏，所以要在这些设备终端的进线前端加装信号专用避雷器用于保护这些设备终端。

5 视频系统的雷电防护

视频系统主要包括室外云台摄像枪及位于辅助用房监控室内的显示屏，室外云台摄像枪主要的雷电波侵入线路分别是：视频信号线、电源线、云台控制线。做好云台摄像枪感应雷防护有两种方案：一种是在摄像枪的前端和室内控制主机前端各安装一个组合式视频、云台、电源三合一的SPD；一种是在三种线路两端分别各安装一台对应的避雷器。

1）辅助用房的屏蔽

（1）天面在浇铸前应将板筋焊接成0.5×0.5的网格，并与圈梁以及所有的柱筋连通，以达到良好的屏蔽和分流作用；

（2）为改善监控室的电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起，并与接地装置相连。屋顶板筋、四周柱筋、各层的梁筋、金属门窗框架等，都必须进行等电位连接，这些构件的连接构成了一个格栅形大空间，能最大程度上提高屏蔽的效果。

2）所有信号线路、视频线路、网络线路、电源线路都应套金属管，金属管两端都应接地处理。

3）等电位处理

各种线路的金属套管，电缆金属外皮等在进入监控室之前应在一楼入户处即LPZ0B与LPZ1交界处与总等电位连接排连接后接地，并在进入二楼监控室前与监控室等电位连接环进行二次连接后接地。

监控室内，应将金属电脑桌、电脑设备、空调机金属外壳、控制设备金属外壳、金属门窗等与等电位接地环可靠连接后接地，以减少电磁感应时各设备之间产生的电位差。

8 共用接地

共用接地系统是现代防雷技术中重要的防护措施之一。整个气化站的地网应连通成个大地网，组成个连通的接地系统。联合接地系统除了能够有效降低接地电阻外，还可以消除各地网之间的电位差，防止高地电位反击给设备带来损坏。

9 结论

如今的防雷已经不是单纯的“避雷针”时代，要做好防雷需从方方面面考虑，在防雷设计这一块应从各个角落防止或及减少雷电对建筑物及设备的损害程度。