关于防雷、接地和电气安全的研究

宁国涛

摘 要 本文简析了防雷系统的组成，阐明了建筑防雷技术基本原则，通过对小区高层建筑防雷装置的研究，阐述了防止直击雷、侧击雷、感应雷和雷电入侵的技术措施。

关键词 高层建筑 接地装置 引下线

随着社会经济的发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市高层建筑物日益增多，雷电灾害事故造成的经济损失及社会影响也越来越大。现代建筑的防雷问题已成为迫切需要解决的问题。

一、防雷系统的组成

根据国家标准图集及防雷设计规范，雷电及过电压、过电流防护被分为三部分：

第一，外部防雷，包括接闪器、避雷器、引下线、接地装置、屏蔽。

第二，内部防雷，包括屏蔽隔离、等电位联结、安全距离。

第三，过电压保护，即对雷击电磁脉冲和内部近旁浪涌的防护。

二、建筑防雷技术基本原则

雷电灾害形式有直击雷、感应雷和雷电波侵入三种。

防雷，就是要提供一条使雷电对地泄放的合理低阻抗路径，而不能让其随机选择放电通道。产生雷电干扰的条件是干扰源、干扰通道和受扰设备。干扰源分为内部和外部，内部主要决定于装置的原理和质量，外部则主要由使用条件和环境因素决定，对前者的防护称为“内部防雷或防雷电电磁脉冲”，对后者则称为“外部防雷”。干扰通道有传单耦合、公共阻抗耦合和电磁耦合三种，其中内部的干扰三种都有，外部主要通过分布电容的电磁耦合传送。希曼斯基在《过电压保护理论与实践》中提出了现代防雷保护的三道防线：外部防雷保护、内部防雷保护、过电压保护。

目前，建筑物外部防雷系统设计执行国家标准《建筑物防雷系统设计规范》GB 50057-94（2000版），设计由避雷网（带）、避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架、屋面板钢筋等构成一个整体。内部防雷措施，有屏蔽、接地、等电位连接、过电压保护、安全距离和合理布线。并遵守多级分级（类）保护原则，即根据电气、微电子设备的不同功能、不同受保护程度和所属保护层确定保护要点做分类保护，根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道从电源线、数据线和信号线做多层保护。

三、高层建筑防雷接地装置施工技术

（一）高层建筑防雷装置概述

1.防雷措施的重要性。根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果的严重性等因素，把建筑物划分为三类防雷等级，以采取不同的防雷措施，小区高层建筑通常为第二类防雷等级。对于第二类建筑主要防直击雷，但也应根据具体情况，采取措施防止感应雷、雷电入侵及防侧雷击的措施。

2.防雷装置的组成。一套完整的防雷装置由三部分组成，即接闪器、引下线和接地装置。接闪器又称“受雷装置”，是接受雷电流的金属导体。引下线又称“引流器”，是把雷电流由接闪器引到接地装置的金属导体，一般敷设在外墙面或暗敷于混凝土的柱子内。接地装置，是埋在地下的接地导体和垂直打入地内的接地体的总称。接地装置的作用是把雷电流疏散到大地上去。

（二）小区高层建筑防雷装置施工技术措施

1.施工程序。避雷带（网）、引下线及接地装置应采取自下而上的施工程序，应首先安装接地装置，再安装引下线，最后安装接闪器即避雷带（网），即接地体预埋→引下线预埋→等电位预埋→接地电阻测试→均压环预埋→屋面避雷网格预埋→避雷带敷设→接地电阻测试→防雷验收。

2.预留预埋。基础接地预埋：接地极利用基础钢筋，连接线利用两根以上地梁下排钢筋，与地圈梁采用Φ12及其以上圆钢，要求连成可靠接地网，并形成良好电气通路。室外金属管网或金属物体可在就近建筑物接地网络上接地。

等电位预埋： （1）卫生间金属设备应做等电位连接。（2）各建筑物30m以上为防侧雷击，在每层外墙周边及门窗边预留出Φ10接地圆钢，与门窗采用焊接连接。（3）屋面电气设备不少于1处接地点，管道不少于2处接地点，法兰间采用跨接线连接。

均压环预埋：30m以下每两层利用靠外墙周边梁的两根大于Φ16的水平钢筋与引下线（大于Φ16的柱筋）可靠连接，30m以上每层均应焊接均压环。

避雷引下线预埋：利用两根Φ16以上剪力墙主钢筋从下（基础）至上（屋顶）焊接连通，引下线间距不大于18m。

屋面避雷网格预埋：采用25×4镀锌扁钢暗敷于屋面，避雷带网格不大于10×10m或12×8m，以防直接雷。

3.接地干线敷设。保护接地干线敷设。（1）强、弱电井分别由底层到顶层（不能与屋面避雷网连通）安装一组80×6镀锌接地扁钢（每层接地扁钢距地1.5m配钻2×Φ10接地孔），分别接地。（2）金属桥架及其支架全长应不少于两处与接地干线连接。自低压配电室到各栋楼总配电箱敷设一组40×4镀锌扁钢，沿桥架和电缆沟内敷设。（3）接地线在穿越墙壁、楼板和地坪处应加设钢套管，钢套管应与接地线做电气连接。。（4）明敷的引下线、避雷带应平直、无急弯，与支架焊接处油漆防腐无遗漏。

变电所接地干线敷设： （1）高低压变电所、柴油发电机房地网采用-50×5镀锌扁钢，引至建筑防雷引下线断开处连接。（2）高低压变电所接地干线应有不少于两处与接地装置引出干线连接。接地干线上应设置不少于两个供临时接地用的接线柱或接地螺栓。

屋面接闪器敷设： （1）小区高层建筑通常按二级防雷设计。屋面沿女儿墙、花架上敷设一条Φ12镀锌圆钢并与屋面避雷网格、避雷引下线及顶部外露的其它金属物体相焊接，形成一个整体的闭型电气通路。（2）接地干线焊接时，接地扁钢焊接长度应是其宽度的3倍，三面焊。接地圆钢焊接长度应是圆钢直径的6倍，双面焊。

4.接地电阻测试。应采用ZC-8、ZC-29型接地电阻测试、仪器测试。使用接地电阻测量时，沿被测接地体E，将电位探测针P和电流探测针C，依直线彼此相距20m插入地下，且电位探测针P系插于接地体E和电流探测针之间。用专用导线将E、P和C联于仪表相应的端钮。

将“倍率标度置于最大倍数，慢慢地转动摇把，同时旋动”测量标度盘，使检流计的指针指于中心线。当指流计的指针接近平衡时，加快发电机摇把的转速，使其达到120r/min以上，调整“测量标度盘”使指针指于中心线上。用“测量标度盘”的读数乘以倍率标度的倍数，即为所测得接地电阻值。用所测得接地电阻值，乘以季节系数，所得的结果即为实测接地电阻值。

接地装置、接闪器接地电阻测试不宜超过1Ω；金属门窗、电气设备、卫生间金属设备、金属管道等电位连接接地电阻测试不得超过1Ω。

四、结论

目前，高层建筑是把整个建筑物的梁、板、柱、基础等主要结构的钢筋，通过焊接连成一体，在建筑物的顶部设避雷网屋顶；在建筑物的腰部多处设置避雷带、均压环。这样，使整个建筑物及每层分别连成一个整体笼式避雷网，对雷电起到均压作用。当雷击时，建筑物各层构成了等电位面，对人和设备都安全。建筑物内部的金属管道与房屋建筑的结构钢筋作电气连接，也能起到均衡电位的作用。此外，各个结构钢筋连为一体，并与基础钢筋相连有利于防雷。由于高层建筑基础深、面积大，利用钢筋混凝土基础中的钢筋作为防雷接地体，其接地电阻一般都能满足规范要求。

（作者单位为中国三冶集团公司电气安装工程公司）

参考文献

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[2] 龚延风，陈卫.建筑消防技术[M].科学教育出版社，1998：12-13.

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