高層建筑電氣防雷及接地技術探討

傅廣軍

摘 要：本文根據高層建筑物的特點，探討了在安全可靠、技術先進、經濟合理的防雷設計基礎上，針對高層建筑物直擊雷、側擊雷、雷電波侵入等方面采取的各種防雷措施，多層、多類防護措施相結合的防護技術可達到高層建筑物的綜合防雷目的。

關鍵詞：防雷設計；防雷裝置；接地；高層建筑物；探討

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

引言

雷電會引起建筑物的損壞、人員傷亡，對電力、電訊等設備造成損壞。雷電的破壞作用歸納起來有兩種：一是直接擊在建筑物上產生熱效作用和電動力作用；二是雷電流產生的靜電感應作用和電磁感應作用以及雷電波侵入作用。高層建筑更易遭受雷擊，加之高層建筑正在向智能化發展，大量電子設備和網絡系統一旦遭受雷擊，損失將很嚴重，所以防雷系統可靠與否是極為重要的。

一、建筑物的直擊雷

現代高層建筑物防雷工程為綜合性的系統工程，應在安全可靠、技術先進、經濟合理的防雷設計基礎上，進行直擊雷防護、側擊雷防護、等電位連接、屏蔽、綜合布線、電涌保護及有效接地等方面的防雷工程建設，保證做到高效防護、層層防護，避免和降低高層建筑物及其室內設備遭受雷擊破壞：

（一）接閃器

目前一般高層建筑較多采用接閃桿、明裝接閃帶和暗裝接閃網相結合的方式。建筑物30m以上部分，每兩層在外圍用扁鋼做暗敷水平接閃帶，該接閃帶可兼做均壓環及金屬預防件。接閃網（帶）應沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女兒墻等易受雷擊部位敷設，并按建筑物的防雷等級在整個屋面組成不同尺寸要求的網格。屋面接閃網（帶）一般采用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼及熱鍍鋅件，敷設應平正順直、固定可靠，搭焊長度和質量應滿足相關規范的要求。接閃網（帶）在經過沉降縫或伸縮縫時應做煨彎補償處理。接閃帶在女兒墻敷設時，一般敷設于女兒墻的中間，但當女兒墻寬度較大時，應將接閃帶移向女兒墻的外側處為宜，因為女兒墻的外沿易受雷擊?，F代高層建筑中有利用在屋面上金屬欄桿做接閃帶，其材質主要采用鋼管或不銹鋼管，其管的壁厚應不小于2mm；鋼管直線段對接部位，轉角部位等應采用圓鋼或角鋼搭接焊，搭焊長度應滿足相關規范要求。欄桿必須與引下線可靠連通。在屋面接閃器保護范圍之內的突出屋面的金屬物體，應與屋面接閃網（帶）相連；在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器，并與屋面防雷裝置相連。由于高層建筑樓屋面露天設備較多，應當做到所有金屬構件都與防雷裝置連接。

（二）引下線

引下線的作用是將避雷網（帶）與接地裝置連接在一起，使雷電流構成通路，通常利用主體結構的柱主筋或剪力墻中鋼筋作暗裝引下線。引下線的數量及布置直接影響分流效果。引下線數量多且間距較小時，雷電流在局部區域分布也就較均勻，引下線上電壓降減小，反擊危險也相應減少。引下線應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于規范的要求，應盡可能增加引下線的數量，適當減少引下線間距。由于高層建筑物引下線很長，雷電流的電感應壓降很大，需要在每隔一定的高度處用均壓環將各條引下線在同一高度連接起來，并接到同一高度的屋內金屬物體上，以減小其間的電位差，避免發生反擊。均壓環通常利用圈梁兩主筋焊通成閉合回路。

二、接地裝置

接地裝置包括接地體和接地線。接地裝置的優劣與接地電阻和接地方式有關。為便于與各種入戶金屬管道相連，降低跨步電壓，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地應盡量利用自然接地體作為接地裝置，只要基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于(，基礎外表面無防腐層或有瀝青質的防腐層時，可利用基礎內鋼筋作接地裝置，否則應加設人工接地裝置。高層建筑通常利用樁基礎、箱形基礎作接地裝置，這些基礎連成的接地網有較大的電容，其沖擊阻抗很小。施工中通常將樁基的拋頭鋼筋與承臺板主筋焊接，并與承臺上作為引下線的柱鋼筋焊通，再與整個底板內鋼筋或地梁中的鋼筋互相連通，將樁基主筋與地梁主筋焊接成一個閉合的水平接地網，以形成均壓。

三、防測擊雷

側面雷擊的保護一般不需專設接閃器，是將窗框架、欄桿、表面裝飾物等較大的金屬物連到建筑物的鋼構架或鋼筋體上進行接地，并且根據建筑物的使用性質，當高層建筑為第一類防雷建筑物時，應從30m起每隔不大于6m沿建筑物四周設水平接閃帶并應與引下線相連；當高層建筑物為第二、第三類防雷建筑物時，高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超過60m的部分應防側擊雷。 然后將金屬門窗的框架、金屬欄桿、表面裝飾物等較大金屬物與均壓環連接，達到防側擊雷的要求。在高層建筑施工中，往往電氣預埋、幕墻、金屬門窗施工不是同一支隊伍，這樣存在交接、配合問題。

四、建筑物內部防雷

內部防雷包括防雷電感應，防反擊以及防雷電波侵入。良好的內部防雷能減少建筑物內的雷電流和所產生的電磁效應，并能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害和雷電磁脈沖所造成的危害。內部防雷主要采取等電位連接、屏蔽等措施。

五、等電位聯結

等電位是用連接導線或過電壓保護器將處在需要防雷空間內的防雷裝置、建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來的導體物、電氣和電訊裝置等連接起來。為保證建筑物內部不產生反擊和危險的接觸電壓、跨步電壓，應當使建筑物地面、墻板和金屬管、線路等都處于同一電位，為此鋼筋混凝土建筑物應在各層的適當位置預埋與房屋結構內防雷導體相連的等電位連接板，以便與接地主干線相連。 建筑物等電位聯結干線應從與接地裝置有不少于兩處直線連接的接地干線或總等電位箱引出，等電位聯結干線或局部等電位箱間的連接線形成環形網絡，環形網絡應就近與等電位聯結干線或局部等電位箱連接，支線間不應串聯連接。

防雷等電位連接，即將分開的諸金屬物體直接用連接導體或經電涌保護器連接到防雷裝置上，以減小雷電流引發的電位差。為保證建筑物內部不產生反擊和危險的接觸電壓、跨步電壓，應當使建筑物地面、墻板和金屬管、線路等到處于同一電位，鋼筋混凝土建筑物應在各層的適當位置預埋與房屋結構內防雷導體相連的等電位連接板，以便與接地主干線相連。電力、電信線路需通過電涌保護器實現電氣設備，電子設備的等電位連接。高層建筑內各種金屬導體和管道作等電位連接；電源線、信號線通過電涌保護器實現等電位連接；建筑物各處的均壓環、起到一定電磁屏蔽作用的鋼筋網、各處的電氣以及防雷等電位連接導體構成總等電位連接，最后與聯合接地系統相連，形成一個完整的“法拉第籠”。

六、合理的屏蔽

建筑物中做屏蔽的主要目的是對微電子設備的防護。對有大量微電子設備房間要采取屏蔽措施，使儀器處于無干擾的環境中。屏蔽的有效性不僅與房間加裝的屏蔽網和儀器金屬外殼—屏蔽體本身有關，還與微電子設備的電源線和信號線接口的防過電壓、等電位聯結和接地等措施有關。當鋼管因連接設備而中間斷開時應設跨接線，在配電盤內，應在開關電源側與外殼之間裝過電壓保護器。

綜上所述，在高層建筑防雷接地系統的設計和施工中，運用法拉第籠原理，將內部防雷接地裝置與外部防雷接地裝置結合起來，綜合考慮接閃、分流、均壓、屏蔽、布線和接地等要素，良好地設計方案和優質的施工，才能真正提高建筑物防雷的可靠性。

參考文獻：

[ 1 ]《建筑電氣工程施工質量驗收規范 》( GB50303 - 2002 ).

[ 2 ]《等電位聯結安裝 》( 02D501 - 2 ).

[ 3 ]《建筑物防雷設計規范 》(GB50057-2010 ).