塔式起重机等高耸建筑机械设备防雷击研究

姚玲云

（德州职业技术学院，山东德州 253034）

0 引言

雷电电流对于高耸建筑机械设备的破坏性较大，电流经过地表时，产生的带电压能达到上百甚至上千万伏，既威胁施工作业人员的生命安全，又对各类金属材料的施工机械设备造成严重影响，增大安全事故发生的风险。对此，需重视对大型设备防雷击作业的设计，采用科学且实用的防雷技术，以保证施工安全进行。

1 机械设备防雷技术要求

建筑施工现场中，若所使用的井字架、外用电梯、起重机等金属结构的机械设备不在相邻建筑或设备已设防雷装置接闪器的保护范围内，则需按照相关规定并结合施工现场实际情况对机械设备的架设高度进行设计（表1）。

表1 高耸建筑机械设备防雷装置安装要求

施工现场的接地设备上若安装电气设施，需将EP 线重复接地，而相同电气设备需重复接地时，可以和该设备的防雷接地一起共享接地体，但应对电阻值进行控制，即≤4 Ω。

设置防雷引下线时，应结合实际情况，合理选择引下线材料。引下线为一种金属导体，能够将接闪器与接地装置相互连接，在选择材料时，应保证其具备热稳定、机械强度高和耐腐蚀等特征。一般情况下，使用有扁钢保护的圆钢作为优先选择材料，但所使用的圆钢直径需大于8 mm。此外，引下线需避让行人，尽可能远离建筑出入口，且在地上2 m 到地下0.2 m 的引下线需使用圆钢或硬质塑料管加以保护，避免过电压造成的风险[1]。

针对施工现场临时设置的防雷装置，应在与之相配套的引下线上设置断接卡，其位置通常在距离地面0.4～1.9 m 处，并做好与接地设备的连接工作，处理钢筋脚手架时，可使用建筑钢筋混凝土结构中的主筋替代防雷引下线。设置其他高耸建筑机械设备防雷引下线时，可应用设备本身的金属结构加以替代，但需机械设备各结构体之间可实现电气连接。

2 塔机等高耸建筑机械设备防雷击探讨

2.1 塔式起重机防雷击技术

塔式起重机垂直运输建筑工程高空施工作业过程中所需的施工材料，为保证塔机安全运行，规避雷击引发的安全风险，就需为此设备设置防雷引下线，由于塔机整体结构为金属材料，因此可将设备本身视为引下线。为保证起重机能够达到预期防雷接地效果，便需将塔机的防雷接地装置与导轨焊接在一起，并对接地电阻值进行合理控制，最高不得超过10 Ω。在确定塔机防雷保护范围时，应采用滚球法完成，并在知晓防雷保护范围后，严格按照相关规定对防雷接地与重复接地进行设置，在此期间，严禁在塔机上同时安装多个避雷针。铺设工程基础地板钢筋，完成铺设作业后，便可将基础地板的上、下两根主筋和塔吊柱腿位置处的钢筋看做成防雷引下线，达到防雷接地的目的。

设置轨道式塔机接地装置时，需同时满足3 点要求：①轨道两端应分别设置一组接地装置；②采取电气连接方式，对轨道接头进行连接，使用环形电气连接形式处理两条轨道端部；③一般情况下，轨道式塔机需较长的轨道作为支撑，为保证设备的有效且安全运行，并达到抵御雷害的目的，则需在轨道上每间隔30 m的部位设置一组接地装置[2]。

塔机防雷启示：①当前建筑施工现场使用的塔机与其他高耸建筑机械设备需严格按照相关规范中的实际要求对防雷问题进行处理，同时将规范内容作为依据，展开机械设备防雷装置的设计与安装工作，对于设备本身金属结构之间连接不满足电气连接要求的机械，需使用专用导体实现接闪器与接地体之间的连接；②为避免感应雷引发的二次雷击问题，需在塔机开关箱和驾驶室内分别设置电源避雷浪涌保护器，以此从根本上处理电源线、控制线等屏蔽问题；③将防雷设计规划到塔机总设计工作中，制定相应的规范，将塔机的设计与运维工作委托给生产商，降低用户生产期间的整体难度，其他高耸建筑机械设备的设计也可按照上述方式进行，既能够提高设备质量，保证建设项目的有序、稳定进行，又可以降低甚至是规避由雷害引发的安全问题，实现项目安全推进的目的；④预防球形雷时，可在塔机驾驶室的窗户上安装金属网，以屏蔽雷电，同时还能实现设备的可靠接地；⑤要求机械设备操作人员明确设备安全操作规范要求，避免人为因素引发设备故障，雷雨天气尽可能不展开施工作业，且设备操作人员不得在驾驶室内避雨，以此规避防雷措施不到位而发生安全事故的风险。

2.2 室外提升电梯的防雷击技术

在室外提升电梯的顶部设置避雷针，并根据电梯高度确定避雷针的长度，一般控制在1～2 m，若避雷针材料为圆钢钢筋，其直径应大于16 mm，如果将钢管作为室外提升电梯避雷针，需保证钢管直径不大于25 mm。设置电梯防雷引下线时，可充分借助提升电梯本身的金属结构，做好电梯底端接地装置的连接工作，在避雷针、接地装置与电梯的协同作用下，构成一个完整的防雷装置，达到抵御雷击的效果。设计提升电梯重复接地与防雷接地时，应保证二者共享相同接地体，但在安装外用电梯电源时，需为每个电源配置一个供电电源箱，同时为电源箱安装控制电梯提升的漏电保护器装置，做好配电箱内部的接电线的压接工作，并对此项工作展开全方位检查，以保证接地线压接的可靠性、牢固性。还需对接地电阻值进行控制，最高不得大于4 Ω，为设备的良好接地提供安全保障。

2.3 井字架与龙门架防雷击技术

井字架体现出结构灵活、搭设简单、价格低廉等特点，是建筑工程中最常用到的高耸机械设备之一（图1）。龙门架用于搬运施工设备或执行仓库进出货工作，也是材料运输和待维修重型设备起吊的关键设备。实际施工时，为保证井字架与龙门架的安全且连续运作，避免雷灾对设备造成的干扰，需在各设备上方设置避雷针，合理控制避雷针长度，一般不超过2 m。避雷针的材料与直径设计要求与室外提升电梯设计标准相一致，做好设备与防雷接地装置的连接工作，对接地装置的接地电阻值进行设计，要求其始终控制在10 Ω以下。

图1 建筑工程井字架设施

2.4 建筑设备基础防雷设施的安装

建筑设备的防雷设施主要包括设备外部防雷设计、接闪器、引下线、接地装置四类。

（1）外部防雷设计。其主要预防侧击雷与直击雷对高耸机械设备造成的伤害，是建筑工程施工期间防雷工程系统的基础，也是开展设备防雷工作最为重要的任务。实际设计时，需依托于设备本身所呈现出的金属钢筋结构形式进行设计，以此获得更为有效的防雷效果。

（2）接闪器。该种防雷装置共有3 种类型，即避雷针、避雷带和避雷网格，通常情况下，接闪器会被安装在建筑顶部，以起到引雷、截获闪电的作用，并在建筑本身钢筋结构的依托下，将产生的雷电电流引入地下。

（3）引下线。此防雷设施的防雷原理是借助避雷针接收雷电电流，通过引流线路，将电流传输至接地装置中，从而达到防雷目的。一般来说，可以将钢筋或建筑结构内部的混凝土主筋视为引下线，而建筑机械设备的引下线则为设备本身。但这种防雷措施的实现较为困难，若塔机或其他设备表层出现大面积磨损现象，使其自身金属结构被破坏，不仅达不到防雷效果，还极易引发安全事故，因此不常使用[3]。

（4）接地装置。充分利用建设项目中所使用的机械设备自身自然垂直接地体，而水平接地体由设备结构底梁主筋代替，主筋数量应多于2 根，做好各主筋的焊接连通工作，以保证接地体的防雷接地效果得到发挥。采取上述方式构成的接地装置，其接地网的接受冲击接地电阻值应控制在1 Ω 以下，若达不到此要求，则需采取人工的方式，在外引接地线处设置接地体。

针对建筑高耸机械设施需制定有效的防雷感应措施，由于建设项目施工现场使用的机械设备大多为金属材料，如塔机、龙门架等，且各设备的构架、机件和现场建设的管道工程也属于金属物，因此，需在设备的防直击雷接地装置和各金属机械设备的保护装置上设置与之相匹配的接地装置，以达到雷电感应目的，从根本上起到防雷的作用。

3 结束语

高耸建筑施工期间，为避免机械设施遭受雷害，就需做好防雷设计，重视防雷技术的应用，提高机械设备和建筑本身综合性雷灾抵御能力，保证大规模建筑施工过程中，各类机械设备的良好运作，为施工有序且安全进行提供保障，实现建设行业的稳定发展。