探讨高层民用建筑防雷及接地设计

林森

（福建省闽武建筑设计院有限公司）

探讨高层民用建筑防雷及接地设计

林森

（福建省闽武建筑设计院有限公司）

现代化的高层民用建筑正在向智能化的方向不断发展，为了确保居民使用者的生命财产安全、供电的稳定安全以及智能电子机械设备的正常运转，都需要有一个安全可靠高效率的防雷接地系统来维持。因此，在高层民用建筑的防雷设计中，接地系统的设计处于关键位置，是上级质监部门中间检测以及使用客户特别在意的方面。但是由于社会在经济科技方面不断的发展进步，过去的接地系统设计方案早已不能符合当代人们的要求，所以相关人员需要对防雷以及接地设计不断研究改进。本文就高层民用建筑在防雷及接地设计方面进行了一些探讨，并提出了几点建议。

高层；民用建筑；防雷；接地设计

引言

目前，建筑工程设计师们在高层民用建筑防雷方面，通常都是使用接闪杆来解决建筑物在遭受雷电击中时的安全问题，往往会忽略掉在接地设计上的研究探索。在雷电灾害频发的地区，单单对高层民用建筑物采用安装避雷针的防雷处理方案，正常都是达不到预想的防雷效果的。在有关的调查资料中表明，在我国每年所发生的各类型的大小突发性雷电事故中，由于感应性雷电击中建筑物而造成的事故占到所有雷电击中事故的80%，有75%以上的雷电击中事故是由于线路被入侵导致的。所以，对高层民用建筑物的防雷问题进行深刻的探讨是很有必要的。

1　对高层民用建筑防雷的基本认识

1.1高层民用建筑防雷接地的概述

雷电对于高层民用建筑可以造成巨大的破坏，它可能会威胁到居民的生命健康财产安全，对建筑物内部的电力以及电信等设备造成不可估量的损坏。由闪电带来的破坏性不仅仅是在雷电直接攻击建筑物时产生的热会导致电力丧失基本的供应能力，还会由于雷电流的静电感应以及电磁感应使得雷电波具有了入侵功能。高层民用建筑物很容易受到雷击的伤害，如今高层建筑的智能化越来越普及，更多的电子机械设备和计算机网络系统被应用于高层民用建筑的管理建设中来，一旦遭受到雷电的击中就会导致不可预测的后果发生，因此防雷接地系统具不具有安全可靠性是十分重要的。

1.2高层民用建筑的防雷原理和分类

在法拉第的防雷系统的基础上提炼出的高层民用建筑防雷原理是由建筑物表面的接闪网带、地下引线以及接地装置三部分构成，它具有系统性的特征。其目的是为了防止雷电感应、防止雷电波的侵入以及进行闪电保护等，需要考虑到分流平衡电势且合理的布置接地线路，才会在高层民用建筑的整体上形成内部防雷系统和外部防雷建筑装置，大大的提升建筑物的防雷效果。高层建筑物的防雷工作通常分三类：①防护有专用途径的建筑物；②重点或者人员稠密的大型建筑物；③需要依据具有情况做好防雷工作的建筑物。

1.3高层民用建筑接地设计的概念

接地设计是指供电系统和电气设备的中性点以及设备外露的导电部分经过导体和大地相连接的过程。细分的话可以分成使用接地、防雷接地以及防护接地等三个部分。因为工作使用接地是由于供电系统运转需求而连接的，所以通常都会有电流流过接地电极，但是仅仅是几安培到几十安培不等的微小电流。当供电系统接地环节出现问题时，会有上千安培的工作电流流过接地电极，此时该电流会被继电保护装置在0.1s内切除。

防雷接地的设计目的是为了降低过电压带来的不良影响，通常是通过接闪杆或者接闪带和大地进行连接。防雷接地只有当雷电击中时才会出现电流流过，流进防雷接地电极的电流虽然经过时间较短，但是一般情况下其幅值会达到上百千安培。防护接地是在设备的绝缘层发生损坏带电时起到保护人员的生命安全的作用，一般采取在供电设备外添加的金属壳或者钢筋混凝土杆等方法。防护接地仅仅是在设备绝缘层出现问题时才会发生电流流过的现象，它的幅值会在很短时间内发生很大范围的变化，因此一定要针对接地电机的幅值变化进行严格规定范围，采用相关有效的安全方案来确保设备和人身安全。

图1　防雷接地系统结构设计图

2　高层民用建筑物在防雷措施上的不足

2.1高层建筑物防雷外部装置问题

高层民用建筑的外部防雷装置主要是为减少直击雷以及侧击雷造成的伤害，通常是通过接闪杆、地下引线以及接地装置来使得建筑物自身不受到雷电的伤害。高层民用建筑物最容易被雷电击中的部分是表面突出水平的部分，按照相关的规定要求采取接闪杆或者接闪带组成接闪器进行防护的方案，表面上直接暴露的金属物体都需要和防雷设备连接起来。针对侧击雷的防护工作，需要在高层民用建筑物30m的部位开始，每隔三层在外墙的窗框上面水平的放置镀锌扁钢作为均压环，对暴露在外金属结构的门窗以及管道等起到防雷保护作用。

根据相关的强制性规定，当各项安全防护接地设备合用同一个接地装置时，接地电阻值必须小于等于1Ω。在实际的生产建设过程中，很多的高层民用建筑虽然将其内部的基础性钢筋网用作于公共的接地设备，并且各个防雷设备都与接地装置相连接，但是作为公共接地设备的电阻值达不到小于1Ω的指标。

2.2高层建筑物防雷内部设置缺陷

高层民用建筑物内部的防雷接地设计应当包含防雷电感应、防雷电反击以及防雷电波侵入这三项必不可少的保护措施。建筑物内采用完善良好的内部防雷装置可以大大降低雷电的流通量以及所产生磁电效应带来的影响，并且能够做到防止雷电反击所带来的二次雷电灾害和降低雷电磁脉冲所带来的影响。在高层民用建筑物中忽视安装电涌保护器的作用，电涌保护器可以在供电线路的各部分尤其是交界处消除雷电带来的过电压。对高层民用建筑内部的各种进出线路不进行合理有规律的埋填铺设，大大的提升了建筑物遭受雷电灾害的可能性，对于高压进线柜、计算机房配电箱以及部分特殊需要额外保护的装置更加应该对其增加点涌保护器。

图2　TN-S保护接地系统连接图

3　高层民用建筑防雷接地设计的改进

3.1建筑物中采取合理的屏蔽

高层民用建筑物中采取合理的屏蔽设置是为了保护建筑物内使用的微电子装置，通过屏蔽设置可以使得仪器设备处于无干扰的环境之中。为了确保不用于防雷接地系统的供电线路不受到防雷接闪的影响，就需要在其外部添加金属管，增加供电线路的预防雷电反击的功能，同时也使得其可以屏蔽掉各类电磁脉冲。高层民用建筑物内的穿线钢管以及线槽等都需要和各楼层的等电位连接板以及接地母线之间进行连接，以增加整体建筑物的屏蔽能力。应当将先进的防雷电波侵入系统投入使用在供电装置以及配电线路上，将配电盘中引出的线路配上钢管保护壳，并且将其和整体建筑物的防雷装置相连接，还需要在配电盘的电源开关位置和外壳之间转配上电压保护器。

3.2加强建筑物对人身安全的保护

建筑物中防雷接地设计可以有效的预防人体、机械设备以及各类线路受到雷电击中的伤害，降低静电带来的危害程度、确保建筑内供电系统的正常运转。为了更好的达到设计目的，需要将供电设备中一般状态下不带电的金属环节和接地极之间进行连接，以此来确保人体不受到雷电击中的伤害。针对已经完成防雷接地设计的供电装置，当它出现外绝缘层被破坏且外壳带电的情况时，接地电流将同时沿着接地极和人体两条通路流过，只有降低接地极电阻的大小，才能较少流过人体的电流量，使得人体受到的触电伤害大大减少。因此，在高层民用建筑的防雷接地设计方面要要严格控制接地电阻的值。

3.3减少雷电对供电系统的影响

高层民用建筑物中供电系统的接地设计通常都是采用中性点接地的方法，所以中性点和大地之间的电位差基本上等于零。当相线发生碰壳或者接地的情况时，容易导致中性点的绝缘系统出现损坏，接地线路中的电流在较短的时间升幅值发范围升高，对建筑物内部的供电系统造成危害甚至存在发生火灾的可能，因此需要在接地设计中添加中性点的接地线，从而确保继电装置的安全可靠性，可以有效的预防通信系统中杂音的出现，提高建筑物防雷接地系统的抗打击能力。

4　结语

因为高层民用建筑的防雷系统直接影响到建筑物以及建筑物内部机械设备、工作居住人员生命财产安全的问题，所以建筑设计工程师在对建筑进行防雷接地设计时必须具有责任意识，上级有关部门对项目的施工建设应当加强管理和监督。要大大降低因为建筑物的防雷系统不完善而导致意外事故发生的可能性，尤其针对容易造成火灾事故或者人员伤亡的高层民用建筑物，其具有的防雷接地系统必须符合相关的设计施工规定要求。因为一旦高层民用建筑防雷系统不保护作用发生火灾事故，很容易导致重大人员伤亡和财产损失严重的情况出现，所以建筑物中防雷系统是监督工作中不可忽略的重点。

[1]施广全，王振会.屏蔽措施在自动气象站雷电防护设计中的使用[J].气象与环境科学，2008（04）：17～18.

[2]赵安稳.高层民用建筑平面设计与消防安全疏散之间的关系初探[J].消防技术与产品信息，1994（04）：31～32.

[3]姜蔚，杨巧，陈堂勇.柱内主筋防雷引下线锈蚀对防雷系统的影响[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2011（01）：120～121.

[4]邱扬，鬲莉，田锦，王小军，李晓莉.电感器磁芯材料特性的参数分析法[J].安全与电磁兼容，2002（06）：59～60.

TU895

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