基于高层建筑中的电气防雷设计分析

丁雪莹

【摘要】防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式，以防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对建筑物本身，或其内部设备造成损害的防护技术。高层建筑的功能多，配套设置多，人员密度高，其防雷一定要满足建筑物自身的安全可靠。在进行高层建筑的防雷设计时，要注意期其导线的设置，雷电流的散流途径，建筑防雷的整体性等问题。本文以实际工程为例，对其展开讨论。

【关键词】防雷接地 直击雷防护 高层建筑

一、直击雷防护设计

1）直击雷防护。带电积云与地面目标之间的强烈放电称为直击雷。一般情况下，针对高层建筑的直击雷防护，采用的是避雷带（网）作为接闪器。在实际操作中，由于建筑物上存在一些非金属设备，如用电器、冷却塔和空调散热器等，需要另外安装避雷针进行相应的保护。在进行避雷针高度设计时，受限于屋面范围，不能单一地将屋面看成是滚球支撑面（如表1，表2所示），此时可以采用作图法进行计算。

2）侧击雷防护。侧雷击是从高层建筑的侧面打来的。一级高层建筑和二级高层建筑的高度已经不适宜采用滚球计算半径，其侧面容易受到雷击，所以对于这两类建筑物的防雷设计要重点关注侧击雷的防护。高层建筑一般采用的是钢筋混凝土结构，利用这些钢筋作为引下线是合理的选择。根据规范的规定，需要每间隔三层楼，将相对应的金属管道和钢筋柱子作为引下线进行等电位连接。对于30m以上的部位，钢构架、金属门窗和栏杆等要与引下线作等电位连接。

二、防雷接地合理设计

1）接闪带及接闪网。接闪带和接闪网是接闪器的两种不同类型，在敷设时，要沿着屋顶的屋角、屋脊等容易遭受到雷击的部位进行敷设。通常情况下，进行高层建筑物的屋顶直击雷防护设计时，可以沿着屋顶周边外墙的外表面或者是屋檐边垂直面上敷设接闪带，将接闪网设置在屋顶的中间，另外，在经过伸缩时，应该安装相应的补偿连接装置。在屋面接闪器网格尺寸的设计上，要严格按照建筑物的防雷等级设置。如果采用暗敷，要控制好埋设的深度。

2）接闪杆。接闪杆都是我们通常所说的避雷针，在高层建筑屋顶上安装接闪杆时，应该采用热镀锌圆钢或钢管，将接闪端制作成半球状，其弯曲半径在4.8～12.7mm之间。采用防腐蚀、抗氧化、高物理强度和耐高能量的材料，保证构件的牢固连接，减少损耗。此外，还要定期对接闪杆的安全可靠性进行检查，保证其有效性。高层建筑物上的接闪杆在引雷防护的同时还会产生一些负面效应，导致附近的电子设备受到破坏。因此，高层建筑物上要尽可能的少安装接闪杆。

3）金属屋面。金属屋面是指采用金属板材作为屋面材料，现代高层建筑中很多外墙都采用了玻璃幕墙或是金属。幕墙上的封口位于墙外侧，是屋顶周边的范畴，容易遭受到雷击。此外，幕墙与墙外侧之间的封顶金属板都是导体，具有较大的面積，可以将其作为接闪器加以利用。高层建筑要充分利用屋顶的金属板作为接闪器，此时应该满足：板之间连接要保证长久的电气贯通，金属板无绝缘被覆层。参考相关标准，高层建筑顶作为接闪器的铝板厚度应以2.5～3mm比较适宜。

三、某高层建筑的防雷设计分析

某建筑为主楼及裙楼组成，高99m。主楼屋面设计为突出钢结构塔楼，顶端设有针式接闪器，主体建筑外墙由石材外挂幕墙和玻璃幕墙构成。低压系统的接地型式采用TN-S系统，变压器的中性线在变压器室直接接地。具体如下所述：

1）等电位防雷体系。等电位即等电势，本工程将建筑物各部分的接地（包括交流工作地，安全保护地，直流工作地，防雷接地）与建筑物法拉第笼形成良好连接，从而避免各接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生。这里有一点要强调，混凝土浇灌前，各钢筋之间必须构成电气连接，主要是作为接地体的桩筋与承台的连接，利用建筑物柱内钢筋作为引下线及基础钢筋作为接地装置连接成一个整体，构成了一个笼形避雷网。将地基圈梁内的主筋和基础主筋联结起来并把各段地梁的钢筋连成一个环路，使整个建筑物地下如同敷设了均压网，地面电位分布均匀，均压效果好。

2）金属突出屋面防雷接地。建筑物不管采用什么防雷方式，都必须考虑其防雷效果。本工程屋面设计突出钢结构塔式造型，顶端设针式接闪器并带有衰减雷电流陡度和幅值功能的电涌保护器，屋面女儿墙辅以Φ12镀锌圆钢接闪带。由于屋面突出金属构件极易引起雷击，为此在建筑物上应防止滥用接闪杆保护，尽量采用接闪带、接闪网保护。该建筑属大型建筑，其基础做了防水处理，引下线经过防水处理层时，接地电阻加大，使其接地效果大打折扣。因此本工程在建筑周边做周圈式接地，这样既可避开防水处理层，同时将周圈式接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果。

3）电源供配电系统的防雷与接地。为了避免雷电由交流供电电源线路入侵，根据相关要求，本工程按二类防雷设置保护措施，配电的保护接地系统采用三级保护。变配电室的高压侧装设避雷器作为第一级保护，在低压侧的母线上装设Ⅰ级试验的电涌保护器作为第二级保护，以防止雷电侵入大厦的配电系统，由低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设I级实验的电涌保护器作为第三级保护，并将配电箱的金属外壳与建筑的防雷接地系统可靠连接。本工程低压系统的接地型式采用TN-S系统，全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上，变压器的中性线加装避雷器且在变压器室直接接地，整个系统的中性线与保护线严格分开。所有电气设备外露可导电部分均做可靠接地，强电、弱电竖井配电干线分别设40×4接地铜排。建筑外廓灯、节日彩灯、航空障碍信号灯等用电设备线路在配电系统电源侧装设过电压保护器，有效防止雷电波的入侵。不间断电源输出的中性线、金属电缆桥架及其支架、金属线槽及安装高度距地面小于2.4m的灯具金属外壳均做可靠接地。

4）玻璃幕墙、铝合金窗的防雷接地系统。玻璃幕墙、铝合金门窗在高层建筑中大量的应用，突出体现在建筑整体立面效果的表现上，但是较大的框架金属物，如果距离地面等于滚球半径及以上时，应将其与防雷装置连接，首先应采取防侧击的预防性措施。考虑到幕墙金属构件较多，也容易产生静电感应作用，这种静电感应电压对人和设备也将产生极大危害。因此消除静电感应除了幕墙的避雷体系外，对于设备及工作的环节均要进行接地，从而达到防雷接地、设备接地和工作接地相统一，这样才能有效地防止静电感应对人和设备及幕墙造成的危害。

四、结语

总之，雷电是一种危险的自然现象，在建筑工程建设中，要做好防雷设计工作，确保建筑免受雷电的影响，提升建筑物整体的安全性能，为人们提供一个舒适、安定的生活环境。

【参考文献】

[1]刘潇忆.浅谈高层建筑的防雷设计[J].中小企业管理 与科技，2009，（3）.

[2]宋效峰，陆春萍.防雷保护技术在高层建筑中的应用 [J].福建建材，2008，（1）.