谈高层建筑电气设计中的防雷技术

王雷

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

近年来，我国的经济快速发展，也促进了建筑业的发展。为了保证建筑物的安全，必须加强对建筑物的防雷技术的应用。加强建筑物的防闪电特性，保证其功能的发挥，为使用者营造更好的安全居住条件，从而推动建设行业的持续、稳定发展。

1 雷击的危害

闪电实际上是一种强烈的电弧，在云层与地面间产生的一种强烈的电弧。在建筑中，由于地面与云间的电弧接触，常常会给建筑物带来严重的伤害，因此，在建筑中进行防雷，是为了防止闪电对建筑及其室内的人身、电器造成伤害。只有知道了电闪可能给房屋带来的伤害，我们就可以制定出有针对性的防范措施。

1.1 直击雷

带电的云与地上的大楼直接接触，会在一刹那间释放出强烈的电流，造成非常大的杀伤力。如果大楼没有进行避雷针的保护，那么直接的闪电将会对大楼内的所有设施和人员都产生巨大的破坏，严重的话，可能会导致大楼被破坏，引发大火[1]。

1.2 闪电电涌侵入

由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，雷电波，即闪电电涌，可能沿着这些管线侵入屋内，危机人身安全或损坏设备，对电力系统的重要部件会造成严重的破坏，严重的还会引起大火。

1.3 感应过电压

闪电会使暴露在外的铁管和电缆发生感应。一旦大楼被闪电击中，强烈的电力通过避雷装置进入到地面，会在周围形成强烈的电磁感应，从而对电子产品造成很大的干扰，从而导致数据的损失，乃至整个系统的破坏[2]。

1.4 地电位反击

当一道闪电劈在具有防雷设施的建筑上时，会使接地网的地电势在一刹那增加几百万伏特，而强烈的闪电具有极强的破坏性，会透过不同的地线而使其受到损坏。

2 高层建筑防雷设计要求

高层建筑是一种很特别、很重要的建筑物，首先其包括4大功能：居住、娱乐、商业和办公；其次是附属设备多，由于高层建筑的功能和辅助功能较多，为了保证居住的高水准、舒适，通常需要配备空调机房、制冷机房、生活消防水泵房等电器设备；再次，人口密集，人口较多的高层建筑，尤其是文化娱乐场所；最后，安全管理的要求很高，因为高层住宅中人多，电器设备多，所以必须保证高度的安全。基于以上特点，高层建筑的避雷需要满足以下两个方面：①建筑物自身的安全、可靠；高层建筑防雷时必须保证其安全可靠，并能得到最大限度的利用。②普通的高楼大厦采用钢筋混凝土或钢结构，能充分利用其作为防雷设施，既能保证安全又经济[3]。

2.1 防直击雷

在建筑物屋顶布置接闪带、接闪网和接闪杆作为接闪器，与屋顶金属部件和避雷引下导线通过焊接或接合，突出屋顶的金属和金属管必须与最近的接闪网进行电气连接，并保证每10公尺有一个接闪点。防侧击：按建筑物的防雷性等级，在各楼层设置防侧击接闪带，以满足规定尺寸的钢筋与主筋电气连接，并与外立面的引下线、金属门窗、构件进行电气连接；如果是采用玻璃幕墙，那么，玻璃幕墙的金属柱、外墙石料的埋设和龙骨的上下两端，都要用埋铁或埋铁丝与防侧击接闪带或导下线进行电气连接。

2.2 防闪电电涌侵入

为了避免雷电的入侵，所有进出大楼的电线和金属管线都应采取全线埋设，并在入户端将金属外壳、钢管和金属导管与接地设备相连接；出入大楼的架空及直接埋地的各类金属管线，在出入大楼时，必须与防雷接地设备相连接；设置在建筑物内部的变压器，在高、低压侧的各个相位上设置专门的避雷器；进入户外的主配电箱、弱电设备配电箱应在防雷区安装浪涌保护装置；安装于建筑物上的节庆灯具和其他电力设施，必须遵守以下规定：没有金属外壳或防护网罩的电气装置，应当位于接闪器的防护区域，不得设置在远离避雷网的地方；电缆从开关板上伸出，必须穿过钢管。该钢管一端连接到配电盘外部外壳；其另一端连接电力设备外壳和保护罩，并与顶棚的防雷器最近连接。连接装置时，钢管在中间断裂时，应设置跨接。

2.3 防闪电感应

建筑物金属构件，建筑物内设备，管道，构件，电缆的金属外壳，框架，以及突出屋顶的放散管、风管等金属物体，必须接地；金属屋顶周围18~24m的引下线必须与地面相连，现浇或预制结构的钢筋混凝土屋顶，其钢筋网的交会处必须进行绑扎或焊接，并且每8~24m有引线连接；在平行铺设的管道、构架和电缆的金属外壳等间隔不超过100mm时，其交叉部位的间隔不能超过30m；在长金属件螺栓的接头，如弯头、阀门、法兰等，其过渡电阻超过0.03Ω时，接头应用金属丝连接；建筑防雷，电气系统接地，保护接地，防静电接地，等电位接地等电位的接地设备必须是公用的。如果建筑物内部系统中的设备很重要，而且所处的雷电磁场环境和施加在设备上的电涌不能达到要求时，必须采用防雷的电磁脉冲。

3 高层建筑电气设计防雷的具体措施

3.1 外部防雷

（1）接闪杆。接闪杆是由热镀锌制成，接闪杆的接闪端应为半球形，其最小弯曲半径应为4.8m，最大值为12.7mm。由于在房顶受到太阳辐射、风力、雨雪和天然的气候等因素的影响，因此，接闪杆的制作要充分考虑电磁力、闪电能量、冰雪、风力等因素的影响，因此，在制作时，应选用耐腐蚀、高强度、高抗氧化的材质，同时还要确保部件的强度和稳定性，以降低设备的能源消耗；同时，定期检查设备的工作状况，确保其正常工作。

（2）接闪网与接闪带。接闪带，在屋顶屋角、屋脊、屋檐、等易遭雷击的地方，一般选用φ12号热镀锌圆钢；接闪网格按照建筑物防雷等级划分，在屋顶上构成一定尺寸的网状结构，与屋顶金属构件和防雷引下线通过焊接或卡接器相结合，通常采用热镀锌圆钢在绝缘层下面，与接闪带、防雷引下线相通，形成接闪网，埋得过深的话，容易引起接闪。现代建筑为了整体和美观，屋顶会采用多种金属部件进行装饰，可按规范的要求采用金属材料作接闪器。

（3）引下线。可采用两条φ16（或4根φ10）以上的主筋作为引下线，并至少有10根（包括建筑周围和建筑内部）的柱子，其间隔不能超过18m，并采用箍筋或焊接连接。作为特制防雷引下线，其上端与接闪器、下端均要牢固地与避雷接地设备相连接，在结构施工中要有清晰的标志。引下线的布局要合理，应充分考虑到导线的设置位置、间距、转角处是否设置、地基的接地是否与屋面的防雷规划是否相符、是否存在漏标漏设问题、周边位置是否一致等。

（4）接地装置。工程应先确定利用建筑物与建筑物、构筑物地基和建筑物外部的金属本体，用作接地设备；在确定后，可以使用地基的钢筋作接地。在有地梁的基础上，可以选用地梁的两个主筋作为水平接地体，在没有地梁的情况下，可以使用两个不低于φ12的地筋；各水平接地体必须有良好的电气通道，并与通过桩台桩和桩头部的钢筋进行焊接；在施工过程中，金属门窗、电器等需接地的建筑，应按相邻原则与地面主干进行连接。在高层建筑电气防雷接地时，应在电线上涂上醒目的油漆，防止漏焊、错焊等问题[4]。

3.2 内部防雷

内部防雷主要用于防止接触电压、反击、跨步电压形成的二次雷害和降低建筑内部的电磁效应及闪电流。其主要技术措施有以下4点。

（1）屏蔽。防护罩主要用于保护各类精密仪器、微电子、电脑、通信设备等。由于这些电子产品容易遭受雷电的电磁辐射，并且在闪光灯闪烁时，很容易受到电磁和其他电磁波的干扰，所以要根据梁、窗、柱、钢筋混凝土地板、墙壁、天花板等部位设置六面网格，尽量减少电磁脉冲的干扰。

（2）分流。采用引下线，将接闪器采集到的电弧分布在地上，导线的数量会对接地效果产生一定的影响；信号线路、天馈线路、电源线路及终端设备，应在防雷口安装信号、天馈型和功率型的电涌保护器，并连接到指定的接地装置；针对建筑物的避雷等级，在各楼层设置防侧击接闪带，并与引下线连接，降低引线的电感值和回击电压。

（3）均衡电位。机房、电梯房、卫生间等薄弱机房，均需安装等电位接线板；在建筑物的地面或一层的主配电箱内，一般都要设置等电位式的接线柜，并对跨越不同保护区的金属装置进行等电位连接，并设置多个接地点。卫生间局部等电位联结如图1所示，总等电位联结端子箱如图2所示。

图1 卫生间局部等电位联结

图2 总等电位联结端子箱

（4）电涌保护器。根据设计规范、型号、安装位置、数量等要求，在建筑物内部安装电涌保护装置时，应按消防控制中心、计算机信息系统、监控中心等弱电系统的配电箱、有线电视的布线、总电源的入线处、各种广告灯箱、节日彩灯、航空障碍灯等用电设备的室内配电箱、卫星天线馈线的两端等。此外，弱电线路的导线应采用金属管、线槽或桥架，对线槽、非镀锌电缆桥架、螺纹金属管道等应采用金属导线连接；建筑物应采用整体接地，强电接地和弱电接地之间的间距为3m，弱电接地间距不小于10m。

4 防雷技术在施工过程中应注意的问题

建筑物的防雷接地设计与施工安装是一项系统工程，应根据建筑物重要性、特点，所处的地理位置，建筑物内的电器，电子设备的使用情况，发生雷电事故所造成的后果等因素综合考虑，采取完善的防雷技术与指施[5]。做到安全可靠，技术先进，经济合理，施工维护方便。

4.1 接闪器

接闪器的形式、位置应符合设计要求。接闪杆的安装应可靠牢固；接闪带的安装应牢固、平正顺直，无急弯，接闪带的固定支架安装应牢固，能承受49N的垂直拉力；接闪网格连接处应采用搭接焊，焊接处应采用沥青防腐等处理措施。

4.2 引下线

引下线与接闪器的连接应可靠，应采用焊接或卡夹（接）器连接。引下线与接闪器连接的圆钢或扁钢，其截面积不应小于接闪器的截面积；当利用结构钢筋作为引下线时，钢筋与钢筋的连接，可采用土建施工的绑扎法或螺丝扣连接或熔焊连接。

4.3 接地装置

利用建筑物基础内钢筋作自然接地体时钢筋与钢筋的链接，应采用土建施工的绑扎法或螺丝扣连接或熔焊连接。作为防雷接地与电气装置接地共用的自然接地体，电气装置的接地线与自然接地体应采用熔焊连接；当设计要求基础底板钢筋按柱距形成网格时，纵横钢筋应进行跨接．应采用直径不小于10mm的圆钢进行焊接或卡夹（接）器连接；当基础底板的底层钢筋与上层钢筋需要跨接时，应采用直径不小于10mm的圆钢进行焊接或夹（接）器连接。

5 结语

防雷在现代建筑中是必不可少的，而电器的应用也会提高建筑物遭雷击的可能性。因此，加强建筑物防雷技术的研究已迫在眉睫，电力设计人员应充分考虑建筑物的雷电环境，严格遵循规范，紧密联系工程实际，详细分析和精确计算，合理地考虑规范未细化到位的地方，特殊问题要采取特殊措施，这样才能有效地确保设备、人员和建筑物的防雷安全。