分析工业电气中的防雷技术及存在的问题

摘要：如何按照防雷设计原理，确保高层建筑物防雷设计方案符合规范要求，是工程技术人员必须考虑的重要问题。本文结合自己多年建筑电气设计经验，对建筑物防雷及接地设计与施工中有关接地系统、防雷装置及等电位联结等方面应注意的问题进行阐述，望对实际工程中这些技术的应用有借鉴意义。

关键词：高层建筑、防雷、接地

0 引言：

近年来，随着现代社会的发展，建筑物的规模不断扩大，按照规定，凡lO层及10层以上的住宅及建筑高度超过24m的其它民用建筑均属高层建筑。其内各种电气设备的使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技术的普及， 建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。高层建筑比一般建筑遭受雷击的概率要大得多，而一旦遭受雷击，损失将非常严重。另外，普通建筑物防雷系统不但不能保护高层建筑物内的电子设备与计算机系统，反而可能会引入雷电。因此，高层建筑的防雷保护就日显重要，相应地对防雷保护提出了更高的要求。故此，为保障住户的生命财产安全，对防雷技术的要求越来越高，防雷接地越来越重要。稍有差错，将会危及生命安全或者财产损失。

1 对建筑物防雷类别的分析

首先，必须认真了解建筑物所处区域的地理位置、地质(土壤电阻率等)、气象(雷暴日数)、环境等条件，了解建筑物的内外结构、建筑面积、层数、高度以及用途：

其次，综合建筑物的各方面的因子，计算建筑物年预计雷击次数，按照健筑物防雷设计规范》 (GB50057—94 2000版)第二章的规定，确定建筑物的防雷类别。有的建设项目年预计雷击次数达不到三类防雷，这时应考虑以下二种情况：

1)是否是人员密集的公共建筑物。如大型商场、展览、博览、体育、商业影剧院、医院、学校等，如果出现以上建设项目应至少按三类防雷建筑物设计;

2)建设项目内部是否有信息系统 《建筑物防雷设计规范》(GB50057—94 2000版)第六章明确规定"在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网。"这个因素评价时也要考虑到。

3)查看电气设计说明，其描述的建筑物防雷类别是否正确，如果防雷分类错误将导致防雷图纸的重大改动，作为技术评价人员应认真把好这一关。

2 外部防雷与内部防雷

2.1 外部防雷

外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。

1)接闪器(也叫接闪装置)有三种形式：避雷针、避雷带和避雷网，它位于建筑物的顶部，其作用是引雷 叫截获闪电，即把雷电流引下。

技术评价内容有：避雷针、带、网的布置、材料及布置方式，避雷带是否闭合，避雷网格是否偏大，突出天面的金属物体的接地情况，突出天面的非金属物体是否增设避雷带或加装避雷短针保护，避雷带是明敷或暗敷，应特别注意屋面结构比较复杂的情况，如斜屋面、层高不同或者多处设计露台阳台等，避雷带有没有上下跨接构成闭合环路，有没有漏设避雷带(网)等。

2)引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。主要技术评价屋面防雷平面图、基础接地平面图。

技术评价内容有：引下线布局设置是否合理，包括引下线条数、间隔、位置，四角及拐角处有无设置引下线。框架结构建筑物一般应利用钢筋混凝土柱内两根φl6以上的主筋通 焊接或4根φ1O以上钢筋焊接作为引下线，非框架结构建筑物的引下线应设计在建筑物角位。另外，要注意屋面防雷平面图和基础接地平面图中引下线数量是否相等，设计位置(轴位)是否上下一致，有没有错位或者漏设漏标情况，一定要结合两张设计图进行对照审查。

3)接地装置：接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。主要技术评价基础接地平面图。

技术评价内容有：接地电阻值的要求，接地装置的选择、布置，测试卡以及外引连接线的设置情况。利用建筑物基础钢筋网作自然接地体时，应评价桩利用率、钢筋利用情况、接地网是否连成一个环型接地体。垂直接地极桩利用率一般以1：2为宜，如2.5m的桩，利用间距为5m，水平接地极一般利用地梁底部二主筋焊接成闭合环路，每幢建筑物应设置两个以上的测试卡，建筑物外墙四周引下线宜在地下0.8～1.Om设计外引连接线作为散流和连接人工接地体用。人工接地体则评价其形式、安全距离。

2.2 内部防雷

内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。它包括等电位连接、屏蔽、加装电涌保护器(SPD)以及合理布线和良好接地等措施。即分流、均压、屏蔽、接地和保护(D·B·S·G·P)技术。

1) 等电位连接：建筑物内用电设备，进入建筑物的各种金属管道、电源线路、通信缆线等是否有等电位措施。凡穿越不同保护区界面的金属物都要进行等电位联接，并要求多点接地，一幢建筑物一般在一层(或地下层)电源总配电箱附近应设计总等电位连接(MEB)箱，卫生间、电梯机房、计算机房等弱电机房设计局部等电位连接(LEB)端子板。

2)屏蔽(线路穿钢管、金属线槽、桥架和合理布线)、接地。屏蔽主要技术评价设有大量重要微电子设备的机房、弱电线路的屏蔽情况。有大量重要微电子设备的计算机信息系统机房除线路要穿入钢管屏蔽外，同时宜采用六面体建筑物钢筋作全屏蔽，弱电线路当采用桥架、线槽或金属管布线，非镀锌电缆桥架、线槽间连接板和螺纹连接的金属导管接头应采金属线跨接和至少两端接地。一头接地只能起防静电的作用，两头接地才能防雷击。接地技术评价是否共用接地及其安全距离，当大楼采取联合接地的形式，弱电接地与防雷接地宜相距l米以上，弱电接地与强电接地宜相距3m，这即是共网不共线原则。

3)对电涌保护器(SPD)的要求：电涌保护器(SPD)评价安装位置、型号、数量、技术参数等是否符合要求。依据健筑物防雷设计规范》 (GB50057—94 2000年版)宜在建筑物以下位置设计安装电涌保护器(SPD)：总电源(配电房)进线处、由市政网管引来的电话、宽带、有线电视配线设备(CD)处、固定在建筑物屋面上用电设备如节日彩灯、广告灯箱、航空障碍灯等对应的室内配电箱处，卫星天线馈线电缆两端，计算机信息系统、保安监控中心、消防控制中心等弱电系统的配电箱内。电涌保护器(SPD)的技术参数可按健筑物防雷设计规7 (GB50057—94 2000版)的规定。

3 高层建筑电气防雷设计中存在的问题

3.1接地

高层建筑的电气接地系统包含防雷接地、电气设备保护及变压器中性点接地、电气设备工作接地三方面。电气设计中有独立接地系统和统一接地系统两种方法。由于独立接地系统中各系统需独立地建立接地网，且各接地网之间要求有足够的距离以避免出现干扰。试验证明，当使用单根接地极时，距接地极20m处才能看成零电位。对于现代高层建筑，结构复杂，占地面积小，要将各接地系统真正分开在实际设计和施工中是较难做到的。因此，高层建筑通常采用防雷接地、工作接地和保护接地共用接地装置的统一接地系统。高层建筑弱电系统的工作接地与其它各系统共用接地装置应注意抗干扰处理，接地导线敷设时要注意屏蔽和隔离处理。因此，弱电系统的工作接地可采用绝缘单芯电缆穿塑料管暗敷引下，接地线直接与接地装置连接实现单点接地，避免外界电磁场对弱电设备的干扰。

3.2PE线

现代高层建筑大多为智能建筑，设有通讯等电子和数据处理设备，对供电系统要求较高;建筑物中一般附有10/0.4/0.23KV的高低压变电室，用户设备的接地及变压器中性点的接地都共用建筑物的基础接地装置。因此，其低压配电系统通常采用TN-S系统。当线路发生接地故障时，PE线上带有高电压，由于PE线是连通的，在规定的时限内未能切除故障回路时存在故障电压蔓延的情况，给用户造成危险施工中应特别重视PE线在安全中的作用。

3.3接地系统施工技术中应注意的问题

(1)施工中应注意PE线与N线严格区别，不能混接。由于施工人员技术水平不高及责任心不强，将PE线和N线混接，PE线流过工作电流，当负荷较大或接地电阻较大时，PE线中产生的压降也较大，整个建筑物用电设备的金属外壳会同样带上危险电压，造成事故。特别在用户装修时，由于无完整施工图纸、导线的使用混乱，经常发生PE线与N线混接的情况。所以，首先一定要保证PE线与接地极可靠连接;其次，PE线应严格按规范采用黄绿相间的塑料铜芯线以防混接。

(2)应做好PE干线的等电位联结。建筑物每层强电竖井内预埋接地钢板与竖井内的PE干线相连，同时与柱内或剪力墙内作为引下线的两根主筋做电气连通，作为PE干线的等电位连接。电气竖井内PE干线采用镀锌扁钢时，可以刷黄绿相间的油漆加以标识，同时也提高观感效果。

(3)当采用I类灯具和灯具距地面高度小于2.4m时，灯具的可接近裸露导体必须接地(PE)，并应有专用接地螺栓，且有标识。有的设计深度不够，对装高低于2.4m的灯具如壁灯、诱导灯、出口指示灯、吊顶灯等未配出PE线或仅在设计说明中提及，导致楼层走道装饰吊顶高度不足2.4m时，吊顶内灯具未作接地，留下安全隐患。对此，施工队伍在图纸会审时或者在配管穿线时要认真核对装饰吊顶的标高，及时向建设单位和设计人员提出问题并加以解决。

(4)要重视各专业系统在接地施工中的协调配合和施工工序的交接手续。现代高层建筑结构复杂、专业齐全，包括电气、综合布线、电梯、消防报警等系统，这些系统的接地都有其严格的要求。由于建设单位往往把这些系统分包给不同的专业队伍，造成各专业在接地系统施工中脱节和遗漏，给工程安全留下隐患。并且应加强接地电阻的测试记录以及接地系统的验收工作，确保全面和可靠地接地。

3.4防雷装置及施工中应注意的问题

高层建筑的防雷必须将外部防雷和内部防雷作为整体综合考虑采取措施。接地装置是由接地体和接地线组成。接地体的选择首先考虑利用与大地有可靠连接的自然接地体。高层建筑一般利用桩基主筋作接地极，并与钢筋混凝土基础梁主筋连成闭合的环形接地网。防雷安装施工中应注意的问题：

(1)现代智能建筑内有多个弱电系统，对接地电阻的要求较高，要求≤O.5Q～1Q。有的建筑所处的位置地质条件较为恶劣，达不到设计要求的接地电阻值时则应围绕建筑物加设闭合环状的人工接地体，同时在接地体的周围回填低电阻率的土壤或采取其它降阻措施。

(2)采用导电性高、耐腐蚀的新型材料作接地体。钢材埋人土壤中易受氧化腐蚀，使用年限短，因此接地体应采用经热镀锌等防腐蚀处理的钢材或其它防腐接地材料，如铜、铝等有色金属复合接地材料或导电性、稳定性较好的非金属接地材料。其中，石墨接地体耐高温、化学稳定性好、导电及导热性高，它的降阻效果和同一尺寸的钢材接地体相同，完全可以取代钢材接地体，从而可以大量节约钢材或有色金属。

(3)避雷带是沿建筑物易受雷击的突出部位(如屋檐、女儿墙等处)装设的带形导体，其作用是接受雷电流，设计常采用镀锌圆钢。有的工程为美观把镀锌圆钢避雷带改为不锈钢管，应严格根据《建筑防雷设计规范》的要求采用管壁厚度≥2.5mm的不锈钢管，对接部位应跨接处理以保证不锈钢管作为避雷带的接闪雷电流的能力。

(4)建筑物采用屋面避雷带(网)、利用建筑物柱和剪力墙内竖向钢筋作引下线及接地装置三部分联结成一个整体的钢筋大网笼就构成一个笼形避雷网，较好地取得均压和屏蔽的防雷效果。

现代高层建筑外墙采用铝合金幕墙装饰后，铝合金幕墙在自身形成连贯的电气通路的同时应与主体结构的防雷装置可靠地连接，使两部分形成一个防雷整体共同保护幕墙和建筑物免遭雷电侵袭。幕墙和电气专业施工队伍应加强连接点处的工序交接，及时做好连接点处接地电阻的测试和记录。

(5)实际设计和施工中常忽视屋面配电箱采取防止雷电波侵入的措施，应于配电箱出线端处加装浪涌过电压保护器。

4 结语

总之，高层建筑的防雷、接地是一项系统工程，覆盖面广，与各专业系统交叉点多，在设计和施工中应认真、细致、全面地加以综合考虑，以确保建筑物和人身财产安全。

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