谈谈高层建筑综合防雷措施

朱禹龙

【摘 要】在夏秋季，当雷电发生时，高层、起高层建筑及高耸构筑物极易遭受直击雷、感应雷等的损毁。为此，我们应针对高层建筑雷击破坏的三种形式，有针对性地采取相应的防雷措施。

【关键词】高层建筑；直击雷；感应雷；接闪器

随着城市化的快速发展，不仅在大城市，中小城市中的建筑也都在向高层化和智能化方向迅速发展着。但是，据有关气象资料显示，在夏秋雷雨季节里，能产生放电现象的雷云，其最低高度一般在距地面约20m左右，也就是说，建筑总高度在30m以上的高层、超高层建（构）筑物，不但其屋顶高耸入云，其中部也在雷云包围之中，因此，当雷电发生时，高层、超高层建筑以及如广播电视塔、高压输电线路上的高架铁塔等构筑物均极易遭受直击雷、感应雷或球形雷的损毁，其后果不堪设想；不仅如此，雷电发生后所形成的感应雷还会造成高层、超高层建筑内的电子设备遭受损毁，因为感应雷入侵电子设备及计算机系统通常是通过以下三条途径：（1）雷电的地电位反击电压通过接地体侵入电子设备或计算机系统；（2）由交流电源线路入侵；（3）由通讯信号线路入侵。无论通过哪种形式、哪种途径入侵，都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏或严重干扰。为此，我们应针对高层建筑雷击破坏的三种形式，有针对性地采取相应的防雷措施。

1 高层建筑的防雷措施

传统的建（构）筑物的防雷措施是，在建（构）筑物屋面（或顶部）装设接闪器（俗称避雷针，在我国最近修订的《建筑物防雷设计规范》中将避雷针更名为“接闪针”），由接闪器和引下线将雷电流引入接地装置，再流向大地。因此，防雷系统是由接闪器（针）、引下线和接地装置三部分组成。高层、超高层建筑属于一、二类建筑，必须采取防直击雷的措施。综合现有国内外防直击雷技术的基本要求，高层建筑防雷电技术可以从以下几方面来实施。

1.1 提高高层建筑自身具有的屏蔽能力

现代高层、超高层建筑从结构设计本身的要求来说，普遍采用钢筋混凝土框架、剪力墙、筒体结构，或框支结构、框筒结构、框剪结构等结构形式，在这些钢筋混凝土结构中的钢筋骨架（网）便自然形成为高层建筑防雷电需要的笼式避雷网，这个笼式避雷网的众多引下线通过筏板基础中的钢筋网络连接起来，与接地装置连接后，就能提高高层建筑自身的屏蔽雷电能力。

1.2 高层建筑结构混凝土浇筑前，必须使钢筋之间构成电气通路

充分利用高层建筑主体结构框架柱、剪力墙、筒体墙柱、构造柱内的钢筋作为防雷引下线，并使它们与建筑物基础里的钢筋连接起来，形成闭合、性能良好的法拉第笼；建筑物内的竖向金属管道应每三层与圈梁内的均压环相连，而均压环应与防雷装置专设的引下线相连。在混凝土浇筑前，各钢筋之间必须用电焊连接成电气通路，其中，特别是作为接地体的桩基中的竖向钢筋与其上的承台中钢筋的连接，一定要焊接牢固、可靠；另外，选定作为引下线和均压环屏蔽网的梁柱钢筋的驳接处，也必须牢固地焊接，不允许绑扎，以使其成为可靠的电气通道。当建筑总高度超过30m时，应将30m处及以上的栏杆、金属门窗（含塑钢窗）等较大金属物件直接或通过金属门窗预埋铁件与防雷装置电焊连接。

1.3 优选新型接闪器和接闪针

在高层建筑楼顶或高度大于30m金属构筑物顶部设置由避雷带、接闪针或混合组成的接闪器或选用新型接闪针和接闪器时，必须优选有资质的正规厂家产品，必要时应作技术性能测试。传统避雷针在引雷后往往会引发大地电位反击和二次雷击效应。为消除此种异常现象，应选用阻抗型接闪器（针），或者采用提前放电式接闪针；提前放电式接闪针的主要原理是将一个高脉冲电压系列加在普通避雷针尖端，来引发自发电晕效果，形成上行先导，从而吸引雷电流，使其更准确地通过避雷针形成的泄放通道泄放雷电流。正因为提前放电式接闪针在雷电流泄放前提前放电，形成上行先导，所以它将传统避雷针的被动吸引雷电流变为主动吸引雷电流，有效消除了雷电带来的危害。

2 雷电波入侵高层建筑的防护措施

通常所说的建筑物内电源系统的防雷电保护，包括建筑物电源进户线的防雷保护和接通建筑物内电子设备的电源部分的防雷保护。配电变压器是交流供电系统的重要设备，对它采取防雷保护措施，一方面可防止变压器本身受到雷电过电压对它的损坏，确保它向高层建筑内电子设备供电的可靠性；另一方面也可以防止雷电过电压波通过变压器传送到高层建筑内的电源系统，使电子设备得到保护。为此，应在变压器的高、低压侧均装设避雷器，高压侧装设三个串联间隙氧化锌避雷器，低压侧也装设三个串联间隙氧化锌避雷器。高压侧的三个避雷器应尽量靠近变压器，其接地端直接与变压器的金属外壳相连，以减小雷电暂态电流在引线寄生电感上产生的电压降。高层建筑内电子设备使用的交流电源通常是由供电线路从户外交流电网引入的。当雷电直击电网时，能在线路上产生过电压波，这种过电压波沿线路进入户内，通过交流电源系统侵入电子设备，造成电子设备被损坏；同时，雷电过电压波也能从交流电源侧或通信线路传播到直流电源系统，危及直流电源及其所连接的负载电路的安全。为避免雷电波入侵，可在高层建筑变配电所的高压柜内的各相安装避雷器作为一级保护，在低压柜内安装氧化锌防雷装置作为二级保护，以防止雷电波入侵高层建筑。

3 高层建筑内电子信息系统的防雷措施

一般地讲，直击雷击中高层建筑内的电子设备的可能性较小，因此，通常情况下不必安装防护直击雷的设备。而感应雷却是造成电子设备损坏的重要原因。因为感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有如下三个途径：（1）雷电的地电位反击电压通过接地体入侵；（2）由交流供电电源线路入侵；（3）由通信信号线路入侵。但不管通过哪种方式入侵，都会使电子设备和计算机系统遭到不同程度的损坏或干扰。为此，应采取以下三种防御措施。

3.1 屏蔽措施

电子设备中大量采用半导体元器件和集成电路，这些电子和微电子元器件是很脆弱的，由雷击产生的电磁脉冲可以直接辐射到这些元器件上感应出暂态过电压波，沿线路侵入电子设备，使其工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种很有效的防护措施；电子设备常用的屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室外部金属网和电缆的金属外套等。

3.2 均压措施

当发生雷电时，在雷电暂态电流经过的路线上将会产生暂态电位升高，使该路线与周围的金属物体之间形成暂态电压降，如果这种暂态电压降超过了两者之间绝缘的耐受强度，就会发生对金属物体的击穿放电。因此，为了消除雷电暂态电流路线与金属物体之间的击穿放电，应对室内各种金属物体进行等电位连接，使它们形成一个电气上连续的整体，这样，就可在发生雷电时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电压降，使它们彼此间等电位，并维持在地电位水平上，这就叫做均压措施。

3.3 接地措施

在电子设备和电子系统中，各种电路均有电位基准点，将所有基准点用导线连接在一起，该导线就是设备或系统内部的地线；如将这些基准点连接到一个导体平面上，那么这个导体就叫做基准平面，所有电子信号都是以该平面作为零电位参考点。电子设备的工作接地主要是为了使整个电路有一个公共的零电位基准面，并为该高频干扰信号提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施能发挥良好的效能。

[责任编辑：邓丽丽]