高层建筑的防雷接地

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【摘　要】文章结合高层建筑的特点出发和对有关规定的理解,探讨高层建筑的防雷接地措施,在防雷系统设计和施工的过程中,将外部防雷装置与内部防雷装置组成统一的防雷接地系统,提高了建筑物防雷的可靠性和安全性.

【关 键 词】高层建筑防雷；防雷保护装置；等电位连接0.前言

做好高层建筑防雷工作是保护人民生命财产安全的重要措施,雷电的发生会引起建筑物的损坏、人员伤亡,对电力、电讯等设备造成损坏.雷电的破坏主要有两种：一是直接击在建筑物上,产生热效作用和电动力作用；二是雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用以及雷电波侵入作用.高层建筑更容易遭受到雷击,加之我国的高层建筑正在向着智能化方向发展,建筑内的大量电子设备和网络系统一旦遭受雷击,损失将很严重,所以防雷系统可靠运行与否是极为重要的.

高层建筑防雷是依据“法拉第笼”原理采用笼式防雷系统,就是将建筑屋面接闪网（带）引下线和接地装置三部分联结成一个整体的钢铁大网笼.从防直击雷、防侧击雷、防雷电感应和防雷电波侵入等方面,综合考虑其接闪功能、分流影响、均衡电位,屏蔽作用、合理布线和接地等因素,做到从整体上兼顾建筑物外部防雷和内部防雷的功能,达到防雷的作用.防雷分为外部防雷和内部防雷以及防雷击电磁脉冲.

1.建筑物外部防雷

高层建筑物的外部防雷外部防雷主要是防直击雷和侧击雷,不包括防止外部防雷装置受到直接雷击时向其他物体的反击.防雷系统主要由接闪器、引下线和接地装置组成.

1.1接闪器

接闪器位于防雷装置的顶部,其作用是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身,承接直击雷放电.接闪器的保护范围按照滚球法确定.滚球法是假设以一定半径的球体,沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器,和地面,而不触及需要保护的部位时,则该部分就得到接闪器的保护.接闪器形式有接闪网、接闪带和接闪杆等几种,采取何种方式应根据建筑物的造型及避雷效果而定,目前一般高层建筑较多采用接闪杆,明装接闪带和暗装接闪带相结合的方式.建筑物30M以上部分,应装设等电位连接环,环间垂直距离不应大于12m,所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上.等电位连接环可利用电气设备的等电位连接干线环路.

1.2引下线和等电位连接环

引下线的作用是将接闪带（网）与接地装置连接在一起,使雷电流构成通路.引下线分为自然引下线和专设引下线二种.自然引下线即利用建筑柱主筋和梁板钢筋作为引下线,专设引下线是采用专用金属材料应沿建筑物外墙外表面明敷,并经最短路径接地；建筑外观要求较高者可暗敷,但其圆钢直径不应小于10mm,扁钢截面不应小于80mm2.采用多根专设引下线时,应在各引下线上于距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡.

高层建筑柱主筋和梁板钢筋可直接利用作为自然引下线和等电位连接环,但应注意自然引下线接地装置、等电位连接环和接闪器间的可靠连接.当建筑物高度超过30m时,建筑物应装设等电位连接环,环间垂直距离不应大于12m,所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上.等电位连接环可利用电气设备的等电位连接干线环路.

1.3接地装置

现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地合在一起组成综合接地系统,接地电阻通常要求4Ω（鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加,设计时接地电阻不宜大于1Ω）因为高层建筑的钢筋基础埋地深,与大地的接触面积大,其接地电阻比一般人工接地所得到的电阻低得多,易满足以上要求,考虑到大部分高层建筑的基础做了防水处理,致使接地电阻增大,所以应尽量在建接的接地筑物周边做周圈式接地.同时,由于接地体埋在基础的外边,也具有均衡电位的效果,因而提高了安全性.为防止跨步电压,当防直击雷的人工接地装置距建筑物的入口处以及人行道小于3m时,应采取局部加大深埋、包绝缘物、敷设沥清层以及做均压带等措施.

1.4防侧击雷

侧面雷击的保护一般不需专设接闪器,是将窗钢架、栏杆、表面装饰物等较大的金属物连到建筑物的钢构架或钢筋体上进行接地.其次,金属门窗、栏杆等金属物利用均压环就近与防雷装置连接.通常根据建筑防雷类别,在30m、45m或60m以上将各层（或隔几层圈梁内的周边主筋焊通成为等电位连接环,并与防雷引下线相连,然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物与等电位连接环连接,达到防侧击雷的要求.

2.建筑物内部防雷

内部防雷包括防闪电感应、防反击以及防闪电电涌侵入和防生命危险.良好的内部防雷能减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应,并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电磁脉冲所造成的危害.内部防雷主要采取等电位联结、屏蔽等措施.

2.1等电位联结

等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来.为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压,应当使建筑物地面,墙板和金属管线路等处于同一电位,为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内部防雷导体相连的等电位连接板,以便与接地主干线相连.由于电力、电讯线路不能直接接到地线上,电涌保护器（SPD）实现了电气等功能,达到安全防雷的目的.

建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于两处直接连接的接地干线或总电位箱引出,等电位联结干线或局部等电位箱间的连接形成环形网络,环形网络应就近与等电位联结干线或局部等电位箱连接,支线间不应串联连接,总等电位联结一般设在地下室或靠近地平面处,将进出建筑物的金属管道、建筑物钢筋接地网、所有强弱电电源线、信号线的接地线进行联结.

高层建筑物内各种金属导体和管道,如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接；电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接；建筑物各处的等电位连接环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接,最后与联合接地系统相连,形成一个理想的“法拉第笼”.

2.2合理的屏蔽

建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护.对有大量微电子设备房间要采取屏蔽措施,使仪器处于无干扰的环境中,为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响,应采用金属管布线,这样防止雷电反击的能力强,对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力.穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位连接板和接地母线相联接,达到良好的屏蔽效果.用电设备、配电设备、配电线路应采用防雷电波侵入低压系统的措施,从配电盘引出的线路应穿钢管,钢管的一端应与配电盘外壳相连,另一端应与用电设备外壳、保护罩相连,并应就近与屋顶防在配电盘内,应在开关电源侧与外壳之间装过电压保雷装置相连.

3.其他防雷措施

在建筑物引下线附近保护人身安全需采取防接触电压和跨步电压的措施：1)利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线,作为自然引下线的柱子包括位于建筑物四周和建筑物内的.2)引下线3m范围内地表层的电阻率不小于50kΩm,或敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层.

4.结束语

综上所述,在高层建筑防雷接地系统的设计和施工中,运用“法拉第笼”原理,将内部防雷接地装置与外部防雷接地装置结合起来综合考虑接闪、分流、等电位连接、屏蔽、布线和接地等要素,良好的设计方案和优质的施工,才能真正提高高层建筑物防雷的可靠性和安全性.

【参考文献】

［１］GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].