浅谈高层智能建筑物的雷电防护

摘要：随着建筑物高度的不断提高和电子、微电子集成化设备的广泛应用，对现代建筑物的雷电防护提出了更高、更严格的要求。本文从现代建筑物高层化、智能化的特点出发，结合对现代防雷、接地技术的理解，从外部防雷、内部防雷和雷电波侵入等方面探讨高层智能建筑物的雷电防护措施。

关键词：高层智能建筑物；防雷；接地；电位；雷电波

一、引言

雷电灾害是最严重的自然灾害之一，全世界每年因雷电灾害造成的人员伤亡、财产损失不计其数。在雷电发生的过程中，遭受雷击的建筑物，其内部供电系统的电气设备或构筑物会引起雷电过电压，进而产生电压幅值高达1亿伏、电流幅值高达几十万安培的雷电冲击波，对高层智能建筑物的电气和电子系统危害极大。因此做好高层智能建筑的防雷接地尤为重要。

二、雷击的主要方式及其危害：

1、直击雷

闪击直接击于建筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力的雷电。它的破坏力十分巨大，可导致放电通道内的物体发生火灾、建筑物损坏、电气电子系统摧毁。

2、雷电感应过电压

闪击在设备、线路或其他物体附件发生，或闪电只在雷云之间发生放电，在附近的导体上由于静电感应或电磁感应所产生的过电压。它可能使金属部件之间产生火花放电，附近的导体产生很高的电位或电动势。据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上都是由雷电感应过电压引起的。

3、雷电波侵入

由于雷电对布放在建筑物外的供电线缆或金属管道的作用，雷电波（即闪电电涌）沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。雷电波侵入造成的雷电事故很多，在低压系统这类事故约占总雷害事故的70%。

4、地电位反击

建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压，对周围与他们靠得近而又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差引起的电击就是地电位反击。

地电位反击可感生出几KV至数百KV的反击电压，不仅足以损坏电器和设备，也可能造成人身伤害或火灾爆炸事故。

三、高层智能建筑物的防雷类别

按照《建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）》对建筑物的防雷类别定义，高层智能建筑物应按第二（或三）类防雷建筑物的防护要求进行雷电防护的设计和施工。

四、高层智能建筑物的外部防雷

高层智能建筑物的外部防雷主要防直击雷和侧击雷，其作用是将直击雷的雷电流迅速泄入大地（或阻止直击雷的产生），由接闪器、引下线和接地装置组成。

1、接闪器

高层建筑物宜采用接闪网、接闪带或接闪杆，或由其混合组成的接闪器。接闪网、接闪带应按《建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）》的规定，沿屋面、、女儿墙等易受雷击的部位敷设，在整个屋面组成：第二类不大于10m×10m或12m×8m的网格，第三类不大于20m×20m或24m×16m的网格；屋面上的金属物体需与接闪器连接，接闪器之间应互相连接。

接闪器的选用，不仅应该考虑传统的接闪装置，还应该考虑“可改变雷电主放电通道”的接闪装置：提前放电避雷针、消雷器、天幕直击雷防护装置等，以减少被保护物遭受直接雷击的可能性。

2、引下线

用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。专设引下线不应少于两根，并沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距沿周长计算：第二类不大于18m，第三类不大于25m。

利用建筑物的鋼筋作为引下线时，构件内有箍筋连接的或成网状的钢筋，其相互之间的连接，应采用土建施工绑扎法：螺丝扣连接、对焊连接、搭焊连接。构件之间必须连接成电气通路。

3、接地装置

外部防雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环形接地体，每根引下线的冲击电阻：第二类不应大于10Ω，第三类不应大于30Ω。外部防雷应和防雷电感应、内部防雷、电气和电子系统等接地共用接地装置，并应与所有进入建筑物的金属管线做等电位连接；其共用接地电阻值必须满足接入设备中要求的最小值。

接地装置的连接宜采用搭接焊接，其搭接长度不应小于扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍，焊接部位需进行防腐处理。

4、侧击雷防护

当建筑物高于30m时，应采取相应的防侧击措施：

（1）建筑物内钢构架和钢筋混凝土的钢筋应相互连接。

（2）利用钢柱或钢筋混凝土柱子内钢筋作为防雷装置引下线。结构圈梁中的钢筋应每三层连成闭合回路，并同防雷装置引下线连接。

（3）应将规定高度及以上外墙上的栏杆、门窗、金属管道等较大金属物与防雷装置相连。

（4）外墙内外竖直敷设的金属管道及金属物应每三层与局部等电位联结端子板连接一次，并将其顶端和底端与防雷装置等电位连接。

五、建筑物的内部防雷

建筑物的内部防雷包括雷电感应过电压、地电位反击的防护，主要采取屏蔽、等电位连接等措施。

1、屏蔽

利用各种屏蔽体来阻挡、衰减施加在电子设备上的电磁干扰和过电压能量。具体做法如下：

（1）所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装置相连。

（2）采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接。

（3）在分开的建筑物之间的连接线路，无屏蔽层的电缆应敷设在具有屏蔽功能、导电贯通的管道内，管道两端分别连到建筑物的等电位连接带上；具有屏蔽层的电缆，屏蔽层的两端应连到建筑物的等电位连接带上。

（4）应将穿入由金属物、金属框架或钢筋混凝土钢筋等自然构件构成的格栅性大空间屏蔽的导电金属物，就近与其做等电位连接。

2、等电位连接

穿过各防雷区界面或在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处作等电位联结，等电位连接的要求如下：

（1）所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的界面处做等电位连接，并将等电位连接装置与环形接地体就近连接；环形接地体屏蔽构件上，宜每隔5m连接一次。

（2）所有电梯轨道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物，其等电位连接应以最短路径连到等电位连接装置，各导电物之间宜多次互相连接。

（3）电子系统的所有外露导电物应以S型星形（或M型网形）结构与建筑物的等电位连接网络做功能性等电位连接。

六、雷电波侵入的防护

1、室外配电、通信线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户处应将电缆的金属外皮、钢管、两端的屏蔽层接到等电位连接带或防雷电感应的接地装置上，在入户处的总配电箱内装设适配的电涌保护器。

2、当全线采用电缆困难时，可采用架空线，并应使用一段铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m。

3、从配电箱引至屋顶的配电线路应穿钢管，钢管的一端应与配电箱和PE线相连；另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连。在箱内开关的电源侧装应设II级试验的电涌保护器。

4、金属管道，在进出建筑物处，应等电位连接到等电位连接带或防雷电感应的接地装置上。

七、结束语

高层智能建筑是集智能型计算机、通信、自控、多媒体、智能電气、消防等于一身的高层建筑综合体，对雷电的综合防护要求更高、更细。在其雷电防护的设计、施工中，不仅要做好直击雷、侧击雷的防护，更要做好雷电感应过电压、地电位反击和雷电波侵入的防护。

参考文献：

[1]刘介才.工厂供电第6版[M].北京：机械工业出版社，2016年.

[2]虞昊.现代防雷技术基础（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2005年.

[3]建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011年.

[4]建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012年.

[5]民用建筑电气设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008年.

作者简介：齐金龙（1976.05--）；性别：男，籍贯：陕西省临潼区，学历：专科，毕业于郑州航空工业管理学院；现有职称：电气工程师。