建筑电气工程中防雷接地系统的施工技术分析

2021-02-02李剑

建材与装饰 2021年4期

李剑

（山西陆成建筑安装工程有限公司，山西太原 030000）

0 引言

电气系统的电气设备由于直接雷和雷诱导的过电压，给变电站的电气设备和建筑物带来严重的损害。雷灾几乎覆盖了各行各业特别是以大规模集成电路为中心的通信、计算机网络、测量、监控、保护等先进电子设备，由于这些电子部件对瞬态过电压、过电流的耐受性较差，所以雷电、浪涌、静电、电线短路等产生的高压、大电流侵入到电器内部，经常引起电器产品的损坏、引起火灾。因此，采取有效的防雷措施，完善防雷设备是电力系统防雷的重要手段。

1 高层建筑的雷击危害

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种自然放电现象，具有时间短、电流大、电压高的特点，雷电产生的热效应、电效应和机械力常常造成人畜伤亡、建筑物损毁、引发火灾，以及造成电力、通信和计算机系统的瘫痪事故，给国民经济发展和人类生命财产带来巨大的损失。因此，为了保护建筑物不受雷击的危害，首先要了解雷击的种类及产生的后果，进而有的放矢加以防护。①直击雷及侧击雷。直击雷是雷电直接击中地面上的某一物体，侧击雷是雷电打到高耸物体的侧面。直击雷和侧击雷的破坏力都特别大，一旦雷电直接击中建筑物，如果不能及时将雷电流泄放，则高层建筑及建筑物内的电气设施就会受到损坏，甚至会造成建筑物爆炸、引发火灾等事故；②闪电感应闪电发生时，在附件导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，可能使金属部件之间产生电火花。若建筑物的金属设备或金属管线等没有进行有效接地或等电位连接，闪电感应会使这些设备或金属管线产生高电压，导致设备停止工作或损坏，甚至造成人身安全事故；③闪电电涌侵入雷电作用于架空线路、电缆线路或金属管道，使雷电波通过管线侵入建筑内，损坏电子设备及控制系统。目前，高层建筑的防雷是一个比较复杂的系统工程，各式各样的雷击类型对于建筑的影响，仅凭简单的防雷设施是不可能完全解决的。所以，解决雷击的危害，需充分了解雷击的入侵途径，并且结合建筑的实际情况，考虑建筑物遭雷击状况以及雷击后产生的影响，通过应用综合防雷技术，将雷击危害降到最低。综合防雷系统主要由外部防雷和内部防雷两个系统组成。外部防雷由接闪器、引下线、接地装置等组成；内部防雷由屏蔽等电位连接、合理布线及安装浪涌保护器等组成。

2 建筑电气工程中防雷接地系统的施工技术要点

2.1 屏蔽

屏蔽主要是为了消除或减少高层建筑遭雷击时对建筑物内通信设备、电子设备以及智能控制系统等造成损害。由于电子设备自身的抗压能力较差，当建筑物接闪时或雷击建筑物附近时，电子设备会受到闪电电磁感应的影响，导致设备的误动作或损坏。因此，高层建筑在设计时应选择钢筋混凝土或钢结构作为主要建筑结构，通过钢筋混凝土或钢结构形成一个近似“法拉第笼”的网状结构，将建筑物所受的雷击电流实现有效的分流，从而达到屏蔽的效果。屏蔽不仅有效解决分流问题和电位问题，还能有效阻止或减少雷击产生的电磁感应，保护建筑内电子设备的安全。

2.2 交流工作接地技术

交流工作接地技术是将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备与大地做金属连接。工作接地主要指的是变压器中性点或中性线（N 线）接地，N 线必须使用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意的是，该接线端子不能外露，不能与其他接地系统，如直流接地、屏蔽接地、防静电接地等混接，也不能与PE 线连接。

2.3 通信及收费系统防护

在进行高速公路机电系统过电压保护和防雷接地设计时，针对通信系统进行防护十分重要，在防护的重点设定上，应该集中在通信线路上，同时着手考量通信线路在经受雷击后的雷电波瞬间冲击量。在这一基础上，进行防护设计时，需要针对耐过流水平下降问题进行深入探究，并综合考量受到电压影响后通信系统可能会出现的损伤问题，借此将毁坏损失降至最低。此时，进行防雷装置安装时，应该将其放在网络通信口的位置上，借此实现高速公路通信系统运行的网络安全性提升防护目标。在进行收费系统防护时，应该将在收费亭下方设置并行防护线路，但此种防护方案的使用，在施工难度上比较高，需要进行重点作业。此外，还可以在收费站外部进行防雷处理，借此提高高速公路防雷工作质量。

2.4 建筑幕墙的防雷措施

幕墙是建筑物的外墙护围，通常由面板（玻璃、金属板、石板等）和支承结构（铝横梁立柱、钢结构等）组成，是高层建筑常用的墙体。通常设计幕墙时会将幕墙顶部的女儿墙盖板设计成接闪器，因此，需将幕墙顶部盖板的金属支撑结构与屋面接闪器做等电位连接；也可将接闪器直接安装在幕墙顶部盖板上。所以，高层建筑幕墙顶部可以有效防止击雷，但幕墙防侧击雷有所欠缺。幕墙防侧击雷需将幕墙的竖向、横向主龙骨与防雷均压环做重复多处可靠连接，使得幕墙防雷与建筑物防雷形成一个整体，并且幕墙顶部和底部分别与接闪器和接地装置进行可靠连接，保障高层建筑幕墙的防雷安全。

图1 防雷措施

3 建筑电气安装中接地施工的注意事项

3.1 接地施工的注意事项

在对整个建筑电气接地系统进行施工作业时，由于该项工作的开展效果与当地实际的地理、气候等环境特征有着千丝万缕的联系，因此，工作人员必须对工程所在地的土层、地质与气候条件等展开全面的调查研究，并且结合特定建筑、电气工程进行分析，确保整个接地系统能与建筑结构相匹配。不仅如此，考虑到当前众多建筑工程的楼层不断增加，为建筑电气接地系统预留的可用空间不断压缩，这就要求工作人员设计出最具空间节约性的操作方案。除此之外，因为电气设备在长期使用中极易受电磁波等的影响，因此，在施工时需要控制好接地导线与设备间的距离，确保各自稳定运行。

3.2 接地装置的材料选择

高层建筑的接地材料往往利用建筑物本身的桩基钢筋或基础地梁钢筋，但是桩基钢筋和基础地梁钢筋中钢结构的材质都较为普通，虽然具有一定的导电性能，但其防腐蚀性能较差，因此，在桩基钢筋以及基础地梁钢筋的选择上，应尽量采用抗腐蚀性强的钢筋。此外，在高土壤电阻率的场地，还可以选用铜、铝、石墨等导电能力优秀的材料作为接地体的主要材料，以降低接地电阻。

3.3 连接金具选用

就目前来看，在工业用的高压输电线路中，其防雷装置主要包含引下线与绝缘子，其中绝缘子作为增加爬电距离的重要结构，能够耐受电压与机械应力，以提高杆塔本身的抗雷击能力，确保高压输电线路在雷雨等特殊天气的稳定运作。现阶段的绝缘子结构主要包含两个部分，即绝缘子件与连接金具，施工者需要先做好连接金具的选择工作，然后才能利用绝缘子件进行绝缘子串的组装，以完成绝缘子安装工作。在金具选择中，施工者需要先计算出金具的强度设计安全系数，然后基于此，来选择金具的类型和数量。一般来说，施工者应按照最大使用荷载情况，以及断线、断连情况，进行设计安全系数的取值，同时需注意，直接与杆塔相连接的金具，应比其他金具的安全系数大一级。

3.4 工程竣工后检查的注意事项

首先，要注意对整个工程的各个线路开展全面的检查工作，检查是否有线路裸露在外，避免线路暴露在外导致绝缘层老化及与外界碰撞导致结构破坏；其次，要对接地工程的金属管路进行查验，检查其是否存在管路锈蚀及过热等情况，保证接地系统对电流的处理高效率性、高安全性；最后，做好工程线路连接处的检查工作，因为多数建筑接地系统工作效率与性能低下，往往是由于对线路连接处的忽视造成，所以必须做好对线路连接的全面检查，确保整个线路工作的稳定性与可靠性。