铝型材质别墅防雷设计方案

陈强　林志辉　萧子淇

（广东省肇庆市气象局　广东省肇庆市　526040）

铝型材质别墅防雷设计方案

陈强林志辉萧子淇

（广东省肇庆市气象局广东省肇庆市526040）

本文相关的防雷规范入手，通过分析新型材质铝型金属材料别墅情况。因地制宜，设计出合理的防雷设计方案、从防雷施工的角度分析地建筑物防雷类别、建筑物外部防雷及内部防雷的设计方案。值得注意的是雷电与不同的地理位置，气象因素，地质，地形，地貌，等诸多因素有密切关系，因此应该灵活而有效的使用防雷技术，不可一概而论。

铝型材质别墅；外部防雷装置；内部防雷装置；接触电压与跨步电压的预防

1　引言

铝作为金属材料，其可再造性强，极大的减少了建筑材料的一次性使用的概率。现有某个建筑物群为单幢别墅需作雷电防护工程，长为14.4m、宽为13.8m、高为7m的两层住宅单体（其中长宽取其最大值）。拟进行防雷设计。

2　总体设计说明

2.1建筑物防雷分类

依据《GB50057-2010》附录A得。

所以得：

依据GB50057-3.0.4-3预计雷击次数≥0.25次/a（即0.25次/a

2.2建筑物防雷装置

2.2.1外部防雷装置

在LPZ0A区的防护，主要依靠接闪器、引线下和接地装置。以减少闪击击于建（构）筑物上或建（构）筑物附近所造成的物质性损伤和人身伤亡。外露金属构件（管道），都应与接闪器良好连接。[1]

2.2.2内部防雷装置

（1）由防雷等电位连接和外部防雷装的间隔距离组成。

（2）电源部分防护：雷电侵害主要是通过线路侵入。对220V低压线路应进行过电压保护，目的是用分流（限压）技术即采用高吸收能量的分流设备（电涌保护器）将雷电过电压（脉冲）的能量分流泄入大地，达到保护目的，所以分流、等电位技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键，因此，选择合格优良的电涌保护器至关重要。[1～2]

3　设计要求

3.1外部防雷装置

3.1.1接闪器

接闪器由接闪带、针和金属屋面混合组成[1]。

（1）金属屋面

该类型别墅采用铝板镶嵌组合而成的新建建筑，屋面亦采用铝板组合而成，依据GB50057-2010-5.2.7-2金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，铝板的厚度不应小于0.65mm，板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接。

（2）接闪小针

为防止屋面、屋角、屋脊、檐角等部位遭受雷击，应在这些部位安装接闪小针，并且与接闪带做可靠性连接，并经引下线连接到接地装置上。[1]

3.1.2引下线

已知建筑物的长宽高分别约为14.4m、13.8m、9.9m，其周长为56.4m。依据GB50057-2010-4.4.3条专设引下线不应少于2根，并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置，其间距沿周长计算不宜大于18m。当建筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线时，应在跨距两端设引下线并减小。

3.1.3接地装置

依据GB50057-2010-4.4.4防雷装置的接地应与电气和电子系统等接地共用接地装置，并应与引入的金属管线做等电位连接。外部防雷装置的专设接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。和5.4.6中的第二款接地体埋于较深的低电阻率土壤中，敷设过程一律采用均衡等电位敷设方式进行。

现建筑物采用共用接地装置，并且围绕建筑物采用铜材敷设成环形接地体，接地体由水平接地体与垂直接地体组合而成，将垂直接地体埋入较深的土壤中，进一步减小土壤电阻率。同时与引下线进行可靠连接。

3.2内部防雷

3.2.1等电位连接

在强大的电动势下将建筑物的金属屋顶、建筑物内的大型金属物品等，给予良好的接地处理，使雷电感应出的电荷能迅速地流向大地。

在铝板与铝板之间通过螺栓铜带固定连接，使得建筑物每块金属板间构成可靠连接（每块金属板不少于两处），把建筑物的金属体与LPS（防雷装置）组合构成规范的法拉第笼，为使建筑物的美观程度不受影响，此螺栓连接在铝材压铸时预留出相关的位置，并做好视觉隐蔽效果处理。

3.2.2接触电压与跨步电压的预防

该建筑物由金属铝材镶嵌组合而成，当雷击于建筑物附近的建筑或导体时，该金属建筑物容易感应出较强的雷电流或高电压，若没有做任何防雷措施，将对生命财产产生巨大的威胁。造成人员伤亡或触电事故的方式基本从接触电压与跨步电压两方面考虑：

由于该建筑物采用金属铝板组合而成，当屋顶接受雷击时，建筑物四周金属墙壁都可成为泄放雷电流的传输介质，也就存在较大的触电危险（即接触电压）。同样雷电在泄放入地的过程中，在其泄放点周边20m范围内皆存在电位，离雷电泄放点越近存在的电位就越高；离雷电泄放点越远存在的电位就越低，当人在雷电泄放区域内行走时，很容易产生跨步电压，从而造成触电事故的发生。

考虑建筑物的特殊性：依据GB50057-2010-4.5.6-1中的第一、二款和、4.5.6-2中的第三款设计要求：

（1）利用建筑物金属构架和建筑互相连接的钢筋作为自然引下线的柱子包括位于建筑物四周的金属构件。[1]

（2）在引下线3m范围内地表层的电阻率不小于50kΩ·m，或敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层。[1]

（3）用网状接地装置对地面作均衡电位处理。

按此方式是能将跨步电压以及接触电压造成危险的概率降低。[1]

3.2.3雷击电磁脉冲及电涌保护器

（1）雷击电磁脉冲（LEMP）

该建筑物属于金属体，雷击电磁脉冲也是不可忽视的又一诱发雷击事故的因素。为进一步保护建筑物内的人身及设备安全，需要对建筑物进行屏蔽和安装浪涌保护器。

防雷是系统工程，虽然有外部防雷装置及及金属体组合，在大空间环境下构成了法拉第笼，一定程度上起到了屏蔽作用，但是还远不能满足别墅内设备需要的磁场环境。依据GB50057-2010-6.2.2安装磁场屏蔽后续防雷区、安装协调配合好的多组电涌保护器，宜按照需要保护的设备的数量、类型和耐压水平及其所要求的磁场环境选择。[1～2]

设备得到良好的防导入电涌的保护，U2大大小于U0和I2大大小于I0，以及H2大大小于H0防辐射磁场的保护。

（2）电源浪涌保护器（SPD）

为保证建筑物内的电子、电气设备的正常运行，需要将进入该建筑物的各种金属管线埋地并在入户处做屏蔽并就近与防雷装置做等电位连接，同时在电源线路上安装适配的电源浪涌保护器（Iimp≥12.5kA，Up≤2.5kV），信息系统和视频监控系统采用适配的浪涌保护器（具体型号请参考GB50343-2012表5.4.4）。[1～2]

4　结束语

该工程严格按照国家相关法律、法规以及广东省有关防雷工程的管理办法的规定，执行国家、行业以及地方的防雷设计、施工的规范和规定，完全满足国家要求的雷电防护安全标准。

经过以上设计，采用了拦截、分流、等电位、接地等措施进行了综合系统的雷电防护，能够预防别墅遭直击雷、雷电感应的侵扰。

[1]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）[S].北京：中国建设出版社，2008.

[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）[S].北京：建筑工业出版社，2012.

S429

A

1673-0038（2015）31-0004-02

2015-6-26

陈强（1982-），男，防雷助理工程师，主要从事防雷方面的工作。