建筑电气防雷接地设计研究

夏凯豪

北京市市政工程设计研究总院有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000

0 引言

防雷接地设计是建筑电气系统的重要组成，主要用于保护电气系统的平稳运行，排除雷击对电气系统的干扰。建筑电气防雷接地设计是一项烦琐、系统的项目，需要深入分析其设计要点，以优化建筑电气的运行环境。

1 研究背景与意义

近年来，在建筑行业高速发展的同时，安全事故数量也在不断增加。尤其是雷电引起的安全事故，将直接影响电气设备的平稳运行，而且威胁人员的生命安全，严重阻碍了社会经济的持续发展。相关资料显示，全球每年因雷电造成的财产损失、人员伤亡不计其数，而我国每年有300多人死于雷击事故。常见的雷电干扰包括直击雷、侧击雷、雷电感应等，都会对建筑电气设备造成攻击与干扰，影响其平稳运行。

在建筑电气设计中，防雷接地设计工作的合理性与防雷接地的效果有着紧密关联。建筑内部的电气设备都属于极度敏感的设备，非常容易受雷电的影响而出现损坏与故障。再加上随着信息化时代的到来，建筑内部的很多电气设备都属于信息化、电子化设备，如果遭受雷击事故，造成的损失与危害将不堪设想。此外，还会造成人员伤亡，不利于建筑行业的良性持续发展。开展建筑电气防雷接地设计时，需要严格遵循相应的标准规范，基于建筑电气设备的实际情况形成完整的雷电防护网，以预防雷电破坏与干扰。

2 建筑电气防雷设计要点

2.1 接闪器的设计

接闪器是建筑电气防雷的装置之一，主要用于建筑外部雷电防护。接闪器的主要作用为引流，可以将雷电直接引入大地，防止对建筑内部的电气设备造成损坏[1]。一般情况下，需要将接闪器设置到建筑物防雷装置的最高处，根据建筑物的类型与要求选择接闪器。在接闪器的设计中，需要注意以下内容。

（1）接闪器需要沿着接闪带布置，且需要设置在屋脊、女儿墙、屋角上，需要选择金属材质的接闪器，并在表面镀锌，才能承受雷电的攻击。（2）接闪器的尺寸为10 mm左右，且与室内的金属物、围护结构有效连接。（3）接闪器所在的接闪带网格的设计规格需要控制在24 m×16 m内，才能起到良好的防雷保护效果。（4）要做好建筑内部所有电气设备的检查工作，不得出现任何遗漏，确保充分发挥接闪器的作用。（5）在接闪器的安装中，需要严格遵循建筑物的防雷规范标准，根据建筑类型进行选择和安装。建筑物的金属屋面用作接闪器时，要求金属板之间的搭接长度大于100 mm，厚度不得小于0.5 mm，不得被绝缘层覆盖；可以选用混凝土内部的钢筋作为接闪器，且必须镀锌，有焊接的地方必须均匀涂抹防腐漆[2]。

2.1.1 避雷针的设计

避雷针是架设在建筑物最高处的设备，当带电雷云距地面还有一定距离时，避雷针会感生出相反的电荷，将雷电引在避雷针上。使用避雷针时，需要将其焊接成钢管或圆钢。避雷针长度未达到1 m时，钢管类型的避雷针直径需要控制在20 mm左右，圆钢类型的避雷针直径需要控制在12 mm左右；避雷针长度在1～2 m时，钢管类型的直径为25 mm左右，圆钢类型的直径为16 mm左右；如果是烟囱顶部的避雷针，钢管类型的直径为40 mm左右，圆钢类型的直径为20 mm左右。

2.1.2 避雷网的设计

如果使用避雷网（也叫避雷带），需要明确其适用范围。一般情况下，避雷网只适用于建筑物的屋顶边缘、屋脊、屋檐、女儿墙上，对于长度大于宽度的建筑物，最好选用避雷网组成的接闪装置。必须根据防雷类别确定避雷网规格，以达到相应的防雷目的，具体的规格要求如表1所示。

表1 不同防雷类别下的避雷网规格

2.2 引下线的设计

引下线也是建筑电气防雷的主要装置，其需要与接闪器相互配合将雷电流引入地面，从而达到防雷的目的。引下线是接闪器导体的延续，需要架设在建筑物的高处，且与接闪器紧密焊接在一起才能真正发挥作用。在实际设计中，需要注意以下内容。

（1）引下线的常用布置为人工铺设与天然设置两种。在人工铺设时，需要将引下线分为独立与多根合并两种，然后架设杆塔，进行电气设备的防雷保护；在天然设置时，需要利用建筑物的金属框架发挥引下线的作用。（2）要想保护建筑的电气设备，就需要选择混凝土中的钢筋、圆钢作为引下线。如果选择钢筋，需要在其表面镀锌；如果选择圆钢，其直径不得小于8 mm[3]。（3）引下线的设置需要沿着建筑物外墙表面进行，尽量选择短距离接地。如果有特殊要求需要暗敷，尽量选择圆钢或扁钢作为引下线。（4）建筑物内部的钢柱、钢梁、消防梯等金属部件可以作为引下线使用，且所有部件都应紧密相连，形成一个联通的电气通路，然后在金属部件的表面设置绝缘材料。（5）对于二类、三类的防雷建筑，在钢筋或钢构件之间的连接处，必须严格遵循相应的标准规范设置引下线，以保护建筑内部的电气设备。

2.3 接地网的设计

接地网是建筑电气防雷设计中的关键装置，需要配合接闪器、引下线使用，其作用是将引下线引下来的雷电流散流到大地中，从而防止对建筑电气设备、人员造成影响。在实际设计中，需要注意以下内容。

（1）严格遵循相应的标准规范，根据建筑物类型与要求，确定接地网的形状、尺寸。如果在设计中出现问题，会导致雷电流对建筑电气设备、人员造成影响。（2）可以选择钢筋混凝土内的钢筋作为防雷接地装置。如果钢筋材料较少，或者无法满足设计要求，还需要采用人工焊接的方式，将圆钢、钢管、扁钢等作为接地网。（3）如果使用人工焊接方式进行接地网的设置，需要将接地网的场地控制在2.5 m左右，最好控制在5 m左右。深度不得小于0.5 m，且需要安装在冻土层之下，距离墙面、地基要大于1 m。（4）需要做好防腐蚀工作，以保障建筑电气设备的安全平稳运行，保障人员的生命财产安全。

3 建筑电气接地设计要点

建筑电气中的接地设计是指将电气设备通过接地线与地电位相连，从而保障电气设备的安全平稳运行，以及人员的生命财产安全。在接地设计中，需要注意以下内容。

3.1 做好保护接地设计

保护接地可以防止建筑电气设备的绝缘层损坏后，其金属外壳出现漏电。通过设计建筑电气设备的保护接地，可以保护裸露在外的带电设备或者导体，从而保护人身安全。

3.2 做好工作接地设计

为了维持电气设备的正常工作，需要将电气设备的线路接地。采用工作接地方式，可以将电气设备的线路安全接地，保障电气设备的平稳运行[4]。

3.3 做好防雷接地设计

在防雷接地设计中，可以将雷电流引到地面，防止对电气设备造成影响。建筑内的计算机系统、综合布线系统、电源线路系统、火灾自动报警系统等都需要做好防雷接地设计，并将其构成一个整体。

3.4 做好屏蔽接地设计

屏蔽接地设计主要是在电气设备、电线电缆的布设中，通过金属屏蔽层的使用，进行电磁的屏蔽与防护，从而保障电气系统的平稳运行。在实际设计中，需要将电线电缆穿入金属导管、塑料导管中，且在电线电缆外面包裹一层铝箔，其厚度为25 μm，可以有效转移阻抗，起到屏蔽与防护作用。

3.5 做好电气设备的电磁兼容设计

电磁兼容设计是指在电气设备的正常运行中对设备进行电磁保护，防止电磁干扰影响或损坏电气设备的正常运行。在实际设计中，需要选择大面积、低阻抗接地方式；需要采用正确的电缆电线敷设方式，然后根据电缆电线的不同分开敷设，敷设在离地面最近的地方，并做好隔离措施；还要进行屏蔽设施的设置，以最大限度地降低接地阻抗，有效屏蔽电磁干扰。对于传送模拟信号的线路，需要使用屏蔽电缆，并做好接地保护。可以采用等电位连接的方式，将所有电气设备进行有效连接，并配合使用保护控制器。

4 建筑电气防雷接地设计的注意事项

4.1 符合相关要求

无论是建筑防雷设计中接闪器、避雷针的使用还是接地设计中接地线、屏蔽设施的使用，都需要符合相关规定，才能充分发挥其价值，承受雷电的攻击。

（1）使用的设施设备必须符合国家相关规范标准，需要基于建筑类型与要求选择与使用设施设备[5]。（2）防雷设施设备需要设置在建筑易遭受雷击的地方，如屋脊、屋檐等；接地设施设备必须与电气设备、电线电缆紧密连接，构成一个互联互通的电气系统。

4.2 进行有效连接

进行有效连接是指将建筑电气的防雷设施设备、接地设施设备有效连接，构成一个完整的回路，以达到防雷接地的目的。

（1）在建筑电气防雷设计中，需要将接闪器、引下线、接地装置有效连接，形成一个互联互通的防雷网，将建筑物罩在安全范围内；需要与建筑物的防盗网有效连接，从而构成一个完整的防雷网，防止窗口处的防盗网遭受雷电攻击。

（2）在建筑电气接地设计中，需要将电气设备、电线电缆与接地设施有效连接，且做好接地处理，以构成一个完整的接地保护网。

4.3 做好防腐工作

无论是防雷设施设备还是接地设施设备，都会受到多种因素的影响加剧损坏。因此，需要做好防腐工作，以延长设备的使用寿命，充分发挥其价值。

（1）防雷设计中的接闪器、引下线、避雷针等会受到雨、雪、雷电的侵蚀，导致金属材料损坏，降低防雷导电性能。因此，需要使用钢材质的防雷装置，且做好镀锌处理，以延长使用寿命；也可以将防雷接地设计中的金属材料用石墨材料替代，以提高稳定性，保障使用安全。

（2）接地设施需要长期埋在地下，也会快速腐蚀。在安装时，需要做好防腐处理，可以通过镀锌或涂抹防锈漆提高接地设施的稳定性。

4.4 确保协调配合

建筑电气的防雷接地设计是一项系统、复杂的工作，需要各系统相互协调配合，才能达到标准要求。强电、弱电、消防系统等都需要做好防雷接地处理，并加强彼此之间的相互协调。在防雷接地设计时，要遵循协调的原则，以提高防雷接地的水平。

4.5 使用优质材料

防雷接地材料的优劣将直接影响防雷接地的效果。在实际设计中，要使用优质材料，禁止使用不合格材料。

（1）在采购材料时，必须做好充分的市场调研，然后选择信誉良好的厂商，签订采购合同。

（2）材料进场后，必须做好质检验收，对所有防雷接地设施的质量、性能、规格、数量等做好质检验收。

（3）质检验收结束后，需要将材料放置在阴凉、干燥、封闭的地方，由专人进行保管，防止材料丢失与损坏，避免影响后续的防雷接地效果。

5 结束语

综上所述，雷电不仅会损害建筑内部的电气设备，还会造成人员财产损失，因此，必须做好建筑电气的防雷接地设计工作，将雷电灾害带来的影响降到最低。在今后的设计中，可以从接闪器设计、引下线设计、接地网设计三个方面做好建筑电气防雷设计工作；从保护接地设计、工作接地设计、防雷接地设计、屏蔽接地设计、电磁兼容设计五个方面做好建筑电气接地设计工作。