关于高层建筑雷电防护措施的探讨

张志科++梁宇航

[摘 要]随着经济的发展和科学技术的不断提高，城市化进程不断加快，高层建筑群体开始不断增多，遭受雷击破坏的事故也经常发生，严重威胁了人们生命财产的安全，因此高层建筑在雷电防护方面需要进一步加强。本文根据雷电的成因及建筑物防雷特点，对高层建筑的雷电防护系统进行分析，对提高高层建筑物防雷效果具有一定的参考意义。

[关键词]高层建筑 雷电防护 防雷措施

中图分类号：TU976+.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0161-01

引言

雷电灾害属于自然界中的一种放电现象，放电过程中产生的过电压电流会对建筑物和人体安全造成严重威胁。随着现代化进程的加快，建筑物的高层化和智能化程度逐渐加深，高层建筑遭受雷击的概率更大，尤其是现代逐渐普及的计算机网络系统，使高层建筑内各种信息化设备越来越多，由于设备对抗耐过电压的能力比较低，遇到雷电电磁脉冲侵入所产生的热效应和电磁效应以及雷电高电压侵入时对设备和整个系统都会造成损坏，从而加大了雷电灾害发生的频率。因此，为了确保高层建筑物和人们的生命财产安全，必须做好高层建筑物的雷电防护工作。

1.雷电的成因及高层建筑物防雷特点

1.1 雷电的种类及形成原因

一般情况下，雷电的破坏形式有直击雷、雷电波和感应雷三种，其中直击雷是雷电直接作用在建筑物及接触设备面发生的机械和热效应，容易在建筑物的屋角、屋脊等部位发生雷击事故，并根据室内设备位置和数量等情况也可能发生侧击和绕击的雷电灾害；雷电波入侵是通过与建筑物内部连接的管道和线路进入室内，对室内计算机等其他设备及人身安全造成严重威胁；感应雷分为静电感应雷和电磁感应雷两种，在发生雷云时地面上的物体由于静电感应产生雷电极性相反的束缚电荷，雷云对地产生放电后，云中电荷形成自由电荷，产生感应高压电。过高电压与建筑物内部导线或不良的接地体装置之间发生火花，容易引起火灾和爆炸。另外，雷电闪击时，雷电流的变化率较大，在雷电流通道附近形成较强的感应电磁场，对室内电子设备造成干扰，且对周围金属物件产生感应电流，从而产生高热引发火灾。据统计雷电事故中80%的雷击由感应雷击引起，对建筑物造成较为严重的威胁。

1.2 高层建筑物的防雷特点

高层建筑一般是指10层及10层以上的住宅建筑或其高度超过24m的公共建筑。这些高层建筑物结构由混凝土、砖石和筒体结构等组成，室内设施包括排水系统、电力系统和电梯等基础公共设施，具有高度高，易遭雷击等特点。特别是高度超过100m的建筑群体，遭受雷击的可能性与自身高度成正比。同时高层建筑也是人员住房密集的场所，各室内配置的设备多且复杂，尤其是现代化广泛应用的集成电路较高的元电子设备器件，这些设备遭受雷击的抗电磁干扰能力和耐冲击电压能力较差，一旦遭受雷击，不仅会造成住户的经济损失或人员伤亡，还会产生不良的社会影响。因此，要加强对高层建筑防雷的意识，综合建筑物多方面考虑防雷设计，做好直击雷、雷电波的侵入及雷电感应、地电位反击等方面雷电防护措施。随着城市建筑的不断增高，采取多层面防护措施相结合，最大限度减少雷电造成的人员财产损失，保护建筑物的安全性，达到高层建筑物综合防雷的目的。

2.雷电防护系统

雷电防护系统主要包括外部防雷、内部防雷及过滤防雷三种，用于减少雷电作用于建筑物及人体造成的危害，达到防雷保护建筑物整体安全的效果。其中外部防护由接地装置、接闪器和引下线组成，将雷电产生的过电压电流直接泄入地下，达到均压、引流和防护的目的；内部防护是由均压等电位连接及过电压保护系统组成，均衡建筑物内部系统电压，限制过电压增幅；过滤防雷是根据建筑物结构和室内设备安置情况进行合理布线、做接地及屏蔽的防雷设计方式，起到减少或阻止感应雷通过各通道入侵到室内造成灾害的可能，保护人身财产不受雷电的袭击。

3.高层建筑物防雷措施

3.1 高层建筑物直击雷防护措施

高层建筑物直击雷防护包括侧击雷和直击雷两种防护形式。根据不同等级的防雷标准，对第一类建筑物的防直击雷采取独立接闪杆或架空接闪线的方式，对二三类建筑物直击雷防护是在屋面采用接闪网做接闪器，局部加装接闪短针，利用建筑物主筋做引下线，室内各45m以上部位的结构及其他金属门窗等设备之间做等电位连接，对超出滚球半径的保护高度采取均压环设计。接地系统较为常见的有防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防静电接地、设备保护接地等多种。不同接地方式所要求的接地电阻不同，为防止地电位反击，每个接地网必须留有足够的安全距离。高层建筑都很难满足安全距离多个地网的场地要求，因此，通常采用公用地网的联合接地方式。将高层建筑内部钢筋混凝土作为防雷装置中的接地体，与建筑物内的保护接地、工作接地及防雷接地连接起来形成共用接地网。一般高层建筑物都做防水处理，会导致接地电阻的增大，需要对建筑物采取周边圈式接地法，达到均压，提高安全性的目的。如果建筑物体所处位置的土壤电阻率较高，共用接地电阻值达不到标准要求，可对区域内土壤采取降阻剂、深埋电极、延伸接地体等方式进行降阻。接地线与电器设备间的距离应尽量缩短，以达到较好的防护效果。

3.2 高层建筑物雷电波防护措施

雷电波入侵灾害是雷电灾害中频率较高的一种，为了防御雷击时产生的电磁波沿室内进出的金属管道和线路侵入到室内造成设备受损等，要求对进出高层建筑室内的金属管道与防雷接地装置进行连接，进入室内的通信线路及建筑物室内外的广告牌等设施的电源线路尽量利用屏蔽电缆或穿金属管道埋地后再入室，同时对其做接地处理。比如电梯等大型装置需要与接地装置做等电位连接，并在线路端口安装浪涌保护器。

3.3 高层建筑的屏蔽

若雷击中建筑物楼顶的防雷设备，在防雷引下线的疏导下，最终到达防雷接地装置，将雷电引向大地。最大的雷电流峰值能超过200kA，但其持续时间非常短，以微秒计量。这时，接地设备电阻、防雷引下线电阻与电感上的电压降幅比较大。通过理论分析与模拟实验，可以得知有超过10000V以上的电压在引下线上。如果建筑物高度大于100m，那么接地设备与防雷设备间的电位差可以超过1.0×106V，这可能造成和引下线连接的金属体，或某些相邻的金属体出现反击放电。此时，雷电波形陡峭且强大，在进入引下线时，周围导体出现电磁感应，防雷引下线上附近的未经屏蔽的导体很容易出现高电位，绝缘也会因为反击导体放电而出现被击穿的情况。如果导线具有屏蔽层，向铁管穿线，将防雷引下线与屏蔽层做等电位的连接。当屏蔽层接收到雷电的分流，互感电势将会出现在屏蔽层中的导体之上，屏蔽层预期数值有相等电压降。导体一端与屏蔽层存在等电位式的相连，那么导线的绝缘两端会出现零电位差，绝缘也就不会被击穿。此外，高层建筑物中心是布置主干电气线路的主要部分，布置时，不能与引下线过度的靠近，缩短受到干扰的距离。所以，铁管配线是高层建筑内部配置电气线路的主要形式。若是使用电缆，电缆也应该做好屏蔽措施，一般在封闭的金属线槽中敷设电缆。

4 总结

随着高层建筑物朝高度智能化与结构样式多样化发展，其对防雷要求也越来越高。防雷工程是建筑工程中一个重要的分项工程，与各专业系统交叉点多，所以在建筑设计时应综合考虑各种防雷因素，做好高层建筑的雷电防护，以确保建筑和人身安全。

参考文献

[1] 高清兰，白桂巨，陈洪萍，魏炳有，刘培娥.高层建筑物防雷设计与综合防护[J].太原科技，2009（1）.

[2] 赵佳婷.关于民用高层建筑的防雷设计探讨.建筑与发展.2013（05）