扎維亞4000套住宅防雷系統方案比較

傅劍鋒，彭志春，庹元科

（機械工業第三設計研究院，重慶 400039）

0 引言

隨著中國經濟的迅猛發展，國內企業不斷走出國門，在世界各地承接工程項目。國際工程項目常常以英標、美標等發達國家的國家標準為設計要求，同時，在一些國家雖然沒有國家規范，但當地往往會有一些習慣做法。在我院（機械工業第三設計研究院）承接的扎維亞4000套住宅項目中，當地監理就提出了按照當地習慣做法進行防雷系統設計的要求 （即本文中方案一的做法）。但該做法存在一些缺陷。故我們以IEC與BS規范[1-3]為依據，通過對防雷系統的接閃器、接地系統、引下線三部分進行不同方案比較，闡明了最適合該項目的防雷系統。

1 接閃器

民用建筑防雷系統的接閃器常用方案主要有兩種:接閃桿或接閃網 （參考規范條文:IEC 62305-3第5.2.1條，BS EN 62305-3 第5.2.1條）。

1.1 定位方法

本次設計的接閃器定位方法:滾球法(參考規范條文:IEC 62305-3 第E.5.2.2.2條，BS EN 62305-3 第E.5.2.2.2條)。 球體（R=60m）在建筑物周圍滾動，在滾球接觸建筑物的地方，雷擊可能會發生。在此類點上，要求用接閃器導體進行防護。

1.2 方案一:接閃桿

根據基于滾球法的計算以及軟件模擬，本項目4層的住宅樓至少需要在屋頂設置4根7m的接閃桿,這樣才能完全地對建筑物進行保護，如圖1所示。

圖1 4層住宅樓的雷電保護

1.3 方案二:接閃網

根據滾球法原理，該項目的住宅樓需要設置接閃器保護的部位主要是樓體邊緣的女兒墻。因此，該方案的接閃器是沿住宅樓屋頂的女兒墻暗敷25×4的熱浸鍍鋅扁鋼形成接閃網格，對整個建筑進行保護。

1.4 接閃器方案的比較

1.4.1 建筑效果

方案一各棟住宅樓均需要設置4根較高的接閃桿，這將對建筑的立面效果產生較大的影響。

方案二的接閃器均隱藏于建筑抹灰層內，對建筑立面沒有任何影響。

1.4.2 使用壽命與維護費用

方案一的接閃桿一直暴露在室外空氣中，將長期承受風吹日曬，需要專業人員定期對其進行維護。同時由于住戶大部分不是專業人員，可能會造成人為的破壞。

方案二的接閃器是隱藏于女兒墻抹灰層內的25×4的熱浸鍍鋅扁鋼，遠大于IEC、BS防雷規范所要求的50mm2的截面（參考規范條文:IEC 62305-3第5.6條,BS EN 62305-3第5.6條），同時由于有抹灰層的保護，其使用壽命較長，維護費用較低。

1.4.3 引雷效果

方案一由于接閃桿直升于高空中，提供了廣闊的引雷空間，該方式的引雷效果很好。

方案二接閃網格敷設于女兒墻抹灰層內，其僅對該建筑周圍的雷電進行防護，而接閃器外部的抹灰層厚度在20mm以內，在雷擊過程中，該厚度可以忽略不計，該方式同樣能達到接閃要求 （參考規范條文:IEC 62305-3第5.2.5條,BS EN 62305-3第5.2.5條）。該方案引雷過程中，會擊穿抹灰層，可能有碎石濺落。不過由于本項目建筑高度較低，另外在建筑周圍設置相應警示標志，故發生二次災害的可能性還是比較低。

1.5 小結

綜上所述，方案二優于方案一（表1）。

表1 接閃器方案比較

2 防雷系統的接地

防雷系統接地的兩種方案:獨立接地或者與電力系統和通訊系統共用接地系統。從防雷的角度來說，IEC與BS等國際規范均推薦使用共用接地 （參考規范IEC 62305-3,BS EN 62305-3 第5.4.1條）。

2.1 方案一:獨立接地

為防雷系統單獨設置兩個接地井。

2.2 方案二:與電力系統和通訊系統聯合接地系統

防雷系統、電力系統和通訊系統共同設置一個統一的接地系統。

2.3 接地方案的比較

2.3.1 對建筑其他系統的影響

方案一采用獨立接地，因為防雷系統與其他系統具有兩個不同接地系統，即具有不同地電位。眾所周知，雷電放電過程中防雷系統將具有非常高的電位，而當這個電位足夠高時，（由于防雷系統敷設于建筑物上，無法保證其有足夠的安全間距）它將對周圍具有不同地電位的系統進行反擊，形成電弧。這有可能造成對人員和設備的傷害，甚至火災。

方案二采用共用接地網，建筑的所有設施都將處于一個相同的電位，在雷電放電過程中，雷電將沿最短的路徑流入大地，而不對其他系統產生較大影響。

2.3.2 安全性

在雷擊瞬間在接地極附近的地面將產生電位的變化Ue，而在這個區域活動的人兩腿之間將產生一個電位差，即跨步電壓US，如圖2所示。

圖2 不同接地方案的地面電位變化

方案一采用獨立接地，地面電位變化會比較陡，因而跨步電壓將比較大，有可能對人產生危險。

方案二采用共用接地系統，由于具有多個接地極以及沿建筑物敷設的接地環網，地面電位變化將更加平坦，從而降低了跨步電壓，也減少了人員危險（參考規范條文BS6651第16.2條）。

2.4 小結

綜上所述，方案二優于方案一（表2）。

表2 獨立接地和共用接地比較

3 引下線

防雷系統的引下線設置的兩種方案:單獨利用接地導體明敷于建筑外墻接至接地系統或者利用結構鋼筋接至接地系統（參考規范條文IEC 62305-3第5.3.5條，BS EN 62305-3第5.3.5條）。根據世界各地大量的實踐經驗，英國規范推薦利用結構鋼筋作為防雷系統的一部分 （參考規范條文 BS 6651第16.6.3條）。

3.1 方案一:利用接地導體明敷于建筑外墻

利用兩根接地導體明敷于建筑外墻，將接閃器與底樓的接地系統連接在一起。

3.2 方案二:利用結構鋼筋

在建筑外部4個角以及在建筑長邊中部的兩個點，共6處設置引下線。每個引下線均利用結構柱中2根Φ14的鋼筋，通長可靠連接，并連接至接地網。設置如圖3所示。

圖3 引下線布置圖

3.3 引下線方案比較

3.3.1 建筑效果

方案一需在建筑立面上敷設2根連接導體，該方式將對建筑的立面產生不好的效果。

方案二由于利用的是結構鋼筋，是完全隱藏的，因此，對建筑立面沒有任何影響。

3.3.2 使用壽命與維護費用

方案一的引下線一直暴露在室外空氣中，同樣將長期承受風吹日曬，時間長了不免會有一些損壞，需要定期維護。

方案二的引下線采用結構鋼筋，由于有混凝土的保護，壽命跟建筑物的壽命相同，可以完全免于維護。

3.3.3 安全性

方案一僅有兩根明敷引下線，該方案僅提供了2個引下通路，雷電流引下相對集中，引下線上將產生較高的電位，具有一定的反擊危險。

方案二共設置了6處引下線，同時每處引下線均有2根Φ14鋼筋作為引下線 （參考規范條文:IEC 62305-3第5.6條，BS EN 62305-3第5.6條），同時結構內部眾多相互接觸的鋼筋也為雷電流提供了輔助分流通路 （參考規范條文BS 6651第16.6.3條）。該方案雷電流引下非常均勻，引下線的電位也相對較低，反擊危險也相應降低。

3.4 小結

綜上所述，方案二優于方案一（表3）。

表3 引下線方案比較

4 總結

由于海外項目的技術標準要求與國內的規范要求有所不同。在項目審批的溝通過程中，就要求設計人員以IEC，英標，美標等國際規范為依據，據理力爭；同時，由于在不發達國家有些項目監理的技術背景相差較大，就要求設計人員在進行方案比較時應做到更加通俗易懂。本文就以IEC和英標為依據，通過對防雷系統的接閃器、接地系統、引下線三部分進行不同方案比較，闡明了最適合該項目的防雷系統。

[1]BS EN 62305-3:2006.Protection against lightning——Part 3:Physical damage to structures and life hazard[S].London，2006.

[2]IEC 62305-3:2006.Protection against lightning——Part 3:Physical damage to structures and life hazard[S].Geneva，2006.

[3]BS 6651:1999.Code of practice for protection of structures against lightning[S].London，1999.