高层建筑电气防雷及接地技术探讨

傅广军

摘 要：本文根据高层建筑物的特点，探讨了在安全可靠、技术先进、经济合理的防雷设计基础上，针对高层建筑物直击雷、侧击雷、雷电波侵入等方面采取的各种防雷措施，多层、多类防护措施相结合的防护技术可达到高层建筑物的综合防雷目的。

关键词：防雷设计；防雷装置；接地；高层建筑物；探讨

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

雷电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。雷电的破坏作用归纳起来有两种：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。高层建筑更易遭受雷击，加之高层建筑正在向智能化发展，大量电子设备和网络系统一旦遭受雷击，损失将很严重，所以防雷系统可靠与否是极为重要的。

一、建筑物的直击雷

现代高层建筑物防雷工程为综合性的系统工程，应在安全可靠、技术先进、经济合理的防雷设计基础上，进行直击雷防护、侧击雷防护、等电位连接、屏蔽、综合布线、电涌保护及有效接地等方面的防雷工程建设，保证做到高效防护、层层防护，避免和降低高层建筑物及其室内设备遭受雷击破坏：

（一）接闪器

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网相结合的方式。建筑物30m以上部分，每两层在外围用扁钢做暗敷水平接闪带，该接闪带可兼做均压环及金属预防件。接闪网（带）应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设，并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成不同尺寸要求的网格。屋面接闪网（带）一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件，敷设应平正顺直、固定可靠，搭焊长度和质量应满足相关规范的要求。接闪网（带）在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理。接闪带在女儿墙敷设时，一般敷设于女儿墙的中间，但当女儿墙宽度较大时，应将接闪带移向女儿墙的外侧处为宜，因为女儿墙的外沿易受雷击。现代高层建筑中有利用在屋面上金属栏杆做接闪带，其材质主要采用钢管或不锈钢管，其管的壁厚应不小于2mm；钢管直线段对接部位，转角部位等应采用圆钢或角钢搭接焊，搭焊长度应满足相关规范要求。栏杆必须与引下线可靠连通。在屋面接闪器保护范围之内的突出屋面的金属物体，应与屋面接闪网（带）相连；在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并与屋面防雷装置相连。由于高层建筑楼屋面露天设备较多，应当做到所有金属构件都与防雷装置连接。

（二）引下线

引下线的作用是将避雷网（带）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路，通常利用主体结构的柱主筋或剪力墙中钢筋作暗装引下线。引下线的数量及布置直接影响分流效果。引下线数量多且间距较小时，雷电流在局部区域分布也就较均匀，引下线上电压降减小，反击危险也相应减少。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于规范的要求，应尽可能增加引下线的数量，适当减少引下线间距。由于高层建筑物引下线很长，雷电流的电感应压降很大，需要在每隔一定的高度处用均压环将各条引下线在同一高度连接起来，并接到同一高度的屋内金属物体上，以减小其间的电位差，避免发生反击。均压环通常利用圈梁两主筋焊通成闭合回路。

二、接地装置

接地装置包括接地体和接地线。接地装置的优劣与接地电阻和接地方式有关。为便于与各种入户金属管道相连，降低跨步电压，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地应尽量利用自然接地体作为接地装置，只要基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于(，基础外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，可利用基础内钢筋作接地装置，否则应加设人工接地装置。高层建筑通常利用桩基础、箱形基础作接地装置，这些基础连成的接地网有较大的电容，其冲击阻抗很小。施工中通常将桩基的抛头钢筋与承台板主筋焊接，并与承台上作为引下线的柱钢筋焊通，再与整个底板内钢筋或地梁中的钢筋互相连通，将桩基主筋与地梁主筋焊接成一个闭合的水平接地网，以形成均压。

三、防测击雷

侧面雷击的保护一般不需专设接闪器，是将窗框架、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，并且根据建筑物的使用性质，当高层建筑为第一类防雷建筑物时，应从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平接闪带并应与引下线相连；当高层建筑物为第二、第三类防雷建筑物时，高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超过60m的部分应防侧击雷。 然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接，达到防侧击雷的要求。在高层建筑施工中，往往电气预埋、幕墙、金属门窗施工不是同一支队伍，这样存在交接、配合问题。

四、建筑物内部防雷

内部防雷包括防雷电感应，防反击以及防雷电波侵入。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连接、屏蔽等措施。

五、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、线路等都处于同一电位，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防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。 建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于两处直线连接的接地干线或总等电位箱引出，等电位联结干线或局部等电位箱间的连接线形成环形网络，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。

防雷等电位连接，即将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上，以减小雷电流引发的电位差。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、线路等到处于同一电位，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防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。电力、电信线路需通过电涌保护器实现电气设备，电子设备的等电位连接。高层建筑内各种金属导体和管道作等电位连接；电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接；建筑物各处的均压环、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构成总等电位连接，最后与联合接地系统相连，形成一个完整的“法拉第笼”。

六、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。屏蔽的有效性不仅与房间加装的屏蔽网和仪器金属外壳—屏蔽体本身有关，还与微电子设备的电源线和信号线接口的防过电压、等电位联结和接地等措施有关。当钢管因连接设备而中间断开时应设跨接线，在配电盘内，应在开关电源侧与外壳之间装过电压保护器。

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、均压、屏蔽、布线和接地等要素，良好地设计方案和优质的施工，才能真正提高建筑物防雷的可靠性。

参考文献：

[ 1 ]《建筑电气工程施工质量验收规范 》( GB50303 - 2002 ).

[ 2 ]《等电位联结安装 》( 02D501 - 2 ).

[ 3 ]《建筑物防雷设计规范 》(GB50057-2010 ).