民用建筑防雷技术分析与探讨

2013-08-22段鹏飞

山西建筑 2013年13期

段鹏飞

(太原王孝雄建筑设计院，山西太原 030024)

0 引言

雷电危害常以直击雷、雷闪电感应、雷击电磁脉冲等危害形式出现在建筑中，对建筑及其内部的人员和电气设备造成伤害。因此，在民用建筑的防雷工程设计及施工安装过程中，要注意对建筑物的外部和其内部的防雷装置进行仔细的划分。目前，在建筑物施工领域，已有了一套成熟的防雷综合系统措施，该防雷综合系统措施通常分为:外部防雷装置，内部防雷装置和防雷击电磁脉冲(LEMP)系统。下面，笔者就根据自己多年来的电气设计及施工经验，就民用建筑防雷的设计与施工关键环节予以粗浅的论述。

1 综合防雷技术

目前建筑物施工领域普遍应用的综合防雷系统组成如图1所示。

图1 综合防雷系统图解

1.1 外部防雷装置

外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防止建筑物或设施(含室外独立电子设备)遭受直击雷和侧击雷的危害，其技术措施可分为接闪器、引下线、接地装置等。

接闪器是指直接接受雷电闪击的金属构件，安装在建筑物顶部，是整个外部防雷装置的顶端，其基本形式有避雷针、避雷带和避雷网等。接闪器的作用是利用其高出被保护物的突出部位将附近的雷云放电诱导过来，通过引下线注入大地，从而使建筑物免受雷击危害。金属屋面在满足一定的厚度要求和施工要求的情况下也可作为接闪器，但其不适用于第一类防雷建筑物。民用建筑防雷措施中应根据防雷等级设计不同尺寸的避雷带，避雷网和引下线的根数，其设计依据为GB 50057-2010建筑物防雷设计规范。

引下线是指连接接闪器与接地装置的金属导体，其主要作用是引导接闪器所获得雷击电流，经接地装置后与大地相通，保护建筑物免受雷击危害。

接地装置主要由接地体和接地线两部分组成，其作用是实现电气系统与大地相连接的目的。用金属将电气设备的某一部分与地做良好的连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体就称为接地体(或接地极)。根据用途的不同，接地体又分为自然接地体和人工接地体。通常，把直接与大地接触的建筑物的钢筋混凝土基础、各种金属管道和金属构件等作为接地使用，统称为自然接地体;人工接地体是指纯粹的接地体，它是独立于任何自然接地体以外的人工埋设于地下的接地体。接地线则是指连接设备的接地部位与接地体的金属导线。

1.2 内部防雷装置

内部防雷装置由防雷等电位联结以及与外部防雷装置的间隔距离组成，其基本作用是减小或者消除来自雷电电磁效应的影响，减小输入高电压，将导体间的电势差降低到最低限度，有效保护室内的设备和人体免遭雷电危害。其中，等电位联结是指将分开的装置、诸导电物体用导体或电涌保护器连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差。

在建筑物防雷设计中，第一类防雷建筑和部分二类防雷建筑中应采取内部防雷措施。根据GB 50057-2010建筑物防雷设计规范可知:在建筑物的地下室或地面层处作防雷等电位联结，连接所有建筑物金属体、金属装置、建筑内各系统、进出建筑物的金属管线;外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间，尚应满足间隔距离的要求。

1.3 防雷击电磁脉冲(LEMP)系统

防雷击电磁脉冲系统由屏蔽措施和电涌保护器组成。其中，屏蔽措施又分为建筑物自身屏蔽和线路屏蔽。建筑物屏蔽主要是减小雷电造成的电磁效应对室内设备的影响;线路屏蔽则主要是转移来自雷电闪击或感应的过电压。在屏蔽措施后，加设电涌保护器的作用是箝制与分流来自线路的过电压与过电流。

对内部预见可能有重要的电子系统的建筑物进行防雷设计的时候，必须考虑预防雷击电磁脉冲(LEMP)。由于设计初期无法确定电子系统的规模和详细位置，因此常规的做法是将建筑物内的钢筋网片、各种金属构件、金属管道、配电系统的接地装置以及防雷接地装置共同组成一个接地系统，在适当位置设置等电位联结端子板，并将它们与端子板做一一可靠的等电位联结。建筑物的自然屏蔽和建筑物内的金属物以及设备之间的等电位联结是很重要的关键环节。

在进行接地设计时，严禁将电子信息系统单独设置接地装置。电子信息系统接地应与配电系统接地，防雷系统接地等共用接地装置，采用联合接地方式。电子信息系统在设计中除了设置必要的等电位联结措施以外，还应采取屏蔽处理，地面铺设防静电活动地板，活动地板下专设等电位联结基准网。当电子系统为300 kHz以下的模拟线路时，采用“S”形等电位，在300 kHz以上用“M”形等电位联结网络。

2 防雷施工环节

防雷系统作为一个综合性系统，在施工时必须注意整体性与个体性的统一。

2.1 外部防雷装置施工

2.1.1 屋面避雷针、避雷网、避雷带的施工要求

1)屋面的避雷针、避雷带、避雷网除了要保持相互连接外，它们都需与引下线之间也保持可靠连接。连接方式一般均采用搭接焊，圆钢搭接长度不小于其直径的6倍，扁钢搭接长度不小于其宽度的2倍。2)避雷带、避雷网适用于对建筑物的屋脊、屋檐(坡屋顶)或屋顶边缘及女儿墙上(平屋顶)等部位进行保护。避雷带应尽量靠近女儿墙的外沿处安装，当女儿墙比较宽的时候，要考虑采用双避雷带方式，女儿墙阳角拐弯处避雷带一般应设置成圆弧形状。3)避雷带、避雷网的安装固定都是通过支持卡子完成，支持卡子的间距一般为1 m左右，转角处间距以不大于0.5 m为宜，转角处的弯曲半径不小于圆钢直径或扁钢宽度的6倍，卡子高度不应小于150 mm。

2.1.2 防雷引下线的施工要求

1)防雷引下线应优先利用建筑中柱内的外侧主筋作为引下线，作为引下线的主筋需保证上部与接闪器，下部与基础接地网作可靠焊接。2)引下线的位置和数量应严格按照设计图纸的要求进行，不得擅自减少引下线数量和降低焊接要求。3)建筑物防雷引下线上应根据设计要求设置接地电阻测试点，测试点的高度一般设置在距离室外地坪0.5 m处且便于测试的部位。4)对于后期改造的既有建筑物的防雷工程，防雷引下线应明装，并应尽量沿建筑物外墙敷设，避免弯曲，采用最短途径接地，并且要能满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。

2.1.3 接地装置的施工要求

1)新建建筑应尽量采用基础钢筋接地网作为接地装置，充分利用基础底板下纵横交错的主筋，根据设计要求进行相应搭焊，并与柱内作为引下线主筋可靠焊接。即采用自然接地体作为接地电阻。

2)当自然接地体的接地电阻值经过测试无法满足设计要求时，尚需设置人工接地体。人工接地体的位置、数量应按设计要求设置。当采用垂直埋入地下的钢管或者角钢作为人工接地体时，接地体的长度和埋设间距均有严格规定，需遵照设计图纸执行并进行测试验证，直到满足接地电阻值要求。

3)接地装置的安装应配合建筑工程的施工进行。接地体的制作安装，应与基础土方开挖同步，保证接地体沟开挖成功后即可实施掩埋，使接地装置施工完整。

4)施工中要注意接闪器、引下线、接地装置三者的施工顺序。最佳施工顺序为接地装置、引下线、接闪器。否则，会把防雷设施变成引雷设施，提高雷击危害的概率。

5)防雷接地装置的材料除了利用建筑物自身钢构件外，其他增设的设备材料均要求采用热镀锌金属材料。对于所有防雷接地装置的焊接点均要求涂刷防锈漆两道和铅油一道进行防锈防腐处理，以保证防雷接地装置的耐久性和可靠性。

6)接地电阻在进行测量的时候常常会受气候或土壤的潮湿度等因素影响，不同的测试环境，测试结果往往会产生一定的偏差。施工中要求所有的关于电阻值的测试结果均要小于或者等于设计规定值，才能满足要求。

2.2 内部防雷施工注意事项

1)所需保护电气设备的电线应穿于金属管内，以实现可靠的屏蔽;

2)上述线路的主干线的垂直部分应设置在建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上，还需要两端接地;

3)注意电源线、天线和屋顶高处的彩灯等线路的引入做法，防止雷电波侵入。

2.3 防LEMP系统施工注意事项

1)电涌保护器应安装在海拔高度不超2 000 m，且无显著摇动和冲击振动的场合，垂直安装时倾斜度应满足不超过5°。2)电涌保护器的连接线的截面积:第一级应大于10 mm2(多股铜线)，第二级应大于16 mm2(多股铜线)。3)在安装接线时，包括相线、中性线、保护线间的连接长度应越短越好，不宜大于0.5 m;引线应尽量短而直，避免弯路，总长度不超过0.5 m，以减少引线电瞬态高频电压降。