引言：
　　 随着生活水平的提高、住房条件的改善，人们对住房的要求也越来越高,建筑外形、景观规划、配套设施等方面越来越讲究。而别墅区，因为售价高昂，建筑物内各种精密设备、高档电器及安防监控系统等重要设施较多，用户特别注重安全性。这就对建筑防雷设计提出了挑战，防雷设施即要保证安全性，又不能影响建筑外形美观，总体上也得与整体规划协调。   一、别墅区传统防雷设计模式及缺陷
    1、传统防雷设计模式：
    根据《建筑物防雷设计规范》（2000年版）GB50057－94的规定，别墅区单体建筑一般按第三类防雷建筑物设防，沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设避雷带，在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×16m的网格，平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿周连敷设一圈避雷带，另设1～2根引下线，在引下线距地0.5米外墙设置接地电阻测试点。一般利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作为接闪器、引下线和接地装置。
    2、传统设计模式主要有以下几点缺陷：
    （1）由于别墅的造型各异，屋面情况很复杂，避雷针带的使用会影响建筑物的外形美观，若干年后，屋面色彩也容易被锈色破坏，其防腐维护工作非常不方便，同时也不引起人们的重视。
    （2）接闪器受到雷击时，目前大量的采用主钢筋作引下线的建筑物，在雷电泄流过程中会产生强大的雷电电磁脉冲，那么在泄流过程中，极可能会给附近的人员和设备造成直接危害，特别是电源和弱电系统未设多级浪涌保护，将会造成更严重后果。
    （3）很多别墅会安装太阳能热水器，这也将会给屋面防雷带来很多难题。不论是架于屋面某处，或是贴着屋面的新型太阳能热水器，如果避雷针带不足以提供足够的保护范围，那么雷击落点很有可能是在太阳能热水器上，即使太阳能热水器做了良好接地，也还是有很大隐患。如果小针为了满足此保护范围，则其高度必然会破坏建筑立面。
    （4）在多起雷击事故的案例分析中，有数例雷击点在针带上，但雷电的热效应和机械效应很有可能会对混凝土或屋面装饰造成损害，屋面防水也受到了影响。
    二、别墅区防雷新思路
    最近十几年，不论国内国外，ESE（Early Streamer Emission lightning rods 提前预放电，简称ESE）避雷针越来越广泛的被使用，不仅是在高楼或大面积不规则屋面的防雷工程上，还有别墅或排屋区，或是海边度假区等低矮的建筑群，都使用的越来越多。针对别墅区这种低矮建筑群的防雷引入“区域性保护”的概念，利用新型避雷针的强保护能力对在其保护范围内的设施进行保护，形成一种防雷保护的新思路。ESE避雷针包括ESE接闪端子、同轴屏蔽下导体、端子支柱及良好的接地。
    1、ESE接闪端子：
    （1）对ESE接闪端子的要求及其工作原理
    ESE接闪端子对制作材料有一定的要求，即可承受1/50微秒正负各50次的160KV电压脉冲，是由性质稳定的抗高电压材料制造，在正常的大气中，不容易受侵蚀，无活动元件，而且不须电池或电源提供运作动力。
    ESE接闪端子原理是在传统富兰克林针的基础上增加了一个主动触发系统，其能量来自雷云电场。它能在雷电主放电通道形成前，提前产生和传播一个向上先导，与由雷云向地面逼近的下行先导会合，提供一个连续的放电途径把雷电流引入大地。在雷暴状况时，利用雷电场的物理特性，使接闪端子外围与已接地之中心杆端发生弧放电，增强光游离作用型式，电弧放电也是非连续性的，只有当雷暴发生前才开始产生。在静态时，设计理念尽量使包围接闪端子的电晕最小，使端子能更灵敏的对雷电场变化作出反应。当空间电强达到200KV/M时，接闪端子尖端的电强恰好达到3MV/M,产生向上闪流，并在空间电场的作用下立即向上运动，迎接下行先导，以取得提前发射闪流，达到大范围内拦截雷击的效果。
    （2）ESE接闪端子的保护范围
    提前放电的接闪端子，符合法国NFC17-102标准，在具体设计时应遵循既不违背GB50057?94建筑防雷设计规范又符合NFC17-102标准。根据各种类型建筑物的不同防雷要求，其保护半径可简化后如下计算：
    Rp=［h（2hr -h）+L（2hr + L）]1/2
    其中 L=V×△T——上行先导长度
    式中 V—雷电运行速度，取V=106m/s；
    △T—放电时间提前量，μs；
    h—针尖至被保护平面的垂直距离，最小 h=3～5m；
    hr雷击距离（滚球半径）。
    这里要声明的是，公式也是简化后的一个快速计算方法，ESE避雷针的保护范围也不是一个确定的值，随着所处高度而变化，另外雷电因素、温度、湿度等大气环境都会影响到保护范围。这应该是一个动态的值，一般厂家提供的保护范围数值是一个在普通状况下的保守值，能够给防雷设计提供一个参照。通常一支安装高度为15米的ESE避雷针，其保护范围能达到80米甚至更大，可见其保护范围之广。
    2、同轴屏蔽下导体：
    澳大利亚与新西兰的标准化组织在其联合标准NZS/AS1768-1991内，强调了对所有雷击（直击雷与感应雷）的全面防护，不建议由建筑物主钢筋做为雷电流的引下体，而建议采用一种新型产品——高压同轴屏蔽下导体。该产品主导体为截面积为50mm2以上的多股铜芯线，其每米电感小于22nH，每米电容大于1100PF，每米电阻率小于0.5MΩ，承受电压大于200KV（1.2/50微秒波形）,导流量为135KA,特征阻抗为4.5Ω，其优点是：
    （1）雷电流不通过被保护对象,建筑物层间没有电位差,没有侧向跳火,极弱的电磁感应不影响周边电气设备正常工作。
    （2）安装方便、灵活可选用最安全可靠的路线敷设。
    （3）可安装雷击计数器，便于检查系统性能及安排维修。
    （4）可以加大电缆埋设深度，可降低跨步电压到无危害程度。
    利用这种下导体的两层屏蔽，可以最大限度的减少由于泄流而产生的巨大雷电电磁脉冲给设备造成的影响，有条件解决一些普通下导体无法解决的问题。对于建筑物来说，其钢筋结构不做为雷电下导体时，就成了屏蔽体，更能对建筑物内的人员和设备产生保护作用。
   3、端子支柱和接地
    由于采用了专用的雷电下导体，所以接闪端子必须与外界绝缘，那么接闪端子的支柱必须由强化玻璃纤维管造成，抗风能力50M/S。因为考虑到美观，玻璃纤维管接在适当管径的不锈钢管上，整个杆子由各种管径的不锈钢管套接而成。由于接闪端子必须比建筑物最高点高出五米以上，所以支柱高度可以随着其保护范围以内的建筑物高度来确定。在别墅区内，如果点缀一些类似旗杆的设施，会减少单调感，如果接闪端子的外形合适，将会与建筑物及景观有意想不到的和谐。接闪端子通过下导体引下时，每根针处都要单独做个接地体，接地电阻一般要求小于10欧姆，这与其他接地系统是一样的，在选点可能的情况下，尽量使其远离其他接地系统，将地电位抬高影响降到最小，同时设置避雷针标示牌，明确雷雨天气需保持距离（1.5米以上）。
    4、别墅区的具体应用
    在对别墅区进行防雷设计时，结合保护半径先定一些安装ESE避雷针的点，经过调整，使这些点不在建筑物和道路上，同时又使其保护范围覆盖整个别墅区，这样就形成了一个多支ESE避雷针组成的防雷系统，在雷暴发生时，能有效截收对保护范围内的雷击，将放电电流通过安全的专用下导体，引送落地，达到对建筑物免受直接雷击的保护作用。这种防雷方式基本能克服上述传统设计模式带来的缺陷。
    总结：
    这种新的防雷思路运用了目前国际上较为先进的防雷产品，也符合国家标准的精神提出的参照先进国家规范和设计理念进行设计的基本思想，目的是使设计更安全更经济更合理，国标图集《防雷与接地》（03年合订本）也就此类相关的几家国际知名品牌产品的选用与安装进行了较明确的介绍，这也给这项相对国内较先进的防雷技术的应用提供了权威的依据。
    运用这种新思路，再结合电源及弱电的防雷措施，那么雷电危害的防护就构成了一个整体，互相协调后将会把雷害降到最低限度。国内高档别墅区目前已有尝试性使用，例如在长三角地带的上海云间绿大地、浦东镇别墅区、盛世香樟园别墅、旗忠别墅，苏州太湖宝岛别墅区等案例，口碑很不错。
    根据这种防雷技术的特点，除了在别墅（排屋）群上的应用以外，对一些外形、位置特殊、易燃易暴以及防雷要求较高的建构筑物，也可以推广采用或作为辅助防雷措施，以解决一些传统防雷模式难以处理的问题，进一步提高防雷安全保障。实际应用中，要结合中国的国情及各工程项目的具体情况进行具体分析，从经济性和长远效益等角度作出比较，确定合适的设计方案。