民用建筑防雷技術分析與探討

段鵬飛

(太原王孝雄建筑設計院，山西太原 030024)

0 引言

雷電危害常以直擊雷、雷閃電感應、雷擊電磁脈沖等危害形式出現在建筑中，對建筑及其內部的人員和電氣設備造成傷害。因此，在民用建筑的防雷工程設計及施工安裝過程中，要注意對建筑物的外部和其內部的防雷裝置進行仔細的劃分。目前，在建筑物施工領域，已有了一套成熟的防雷綜合系統措施，該防雷綜合系統措施通常分為:外部防雷裝置，內部防雷裝置和防雷擊電磁脈沖(LEMP)系統。下面，筆者就根據自己多年來的電氣設計及施工經驗，就民用建筑防雷的設計與施工關鍵環節予以粗淺的論述。

1 綜合防雷技術

目前建筑物施工領域普遍應用的綜合防雷系統組成如圖1所示。

圖1 綜合防雷系統圖解

1.1 外部防雷裝置

外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防止建筑物或設施(含室外獨立電子設備)遭受直擊雷和側擊雷的危害，其技術措施可分為接閃器、引下線、接地裝置等。

接閃器是指直接接受雷電閃擊的金屬構件，安裝在建筑物頂部，是整個外部防雷裝置的頂端，其基本形式有避雷針、避雷帶和避雷網等。接閃器的作用是利用其高出被保護物的突出部位將附近的雷云放電誘導過來，通過引下線注入大地，從而使建筑物免受雷擊危害。金屬屋面在滿足一定的厚度要求和施工要求的情況下也可作為接閃器，但其不適用于第一類防雷建筑物。民用建筑防雷措施中應根據防雷等級設計不同尺寸的避雷帶，避雷網和引下線的根數，其設計依據為GB 50057-2010建筑物防雷設計規范。

引下線是指連接接閃器與接地裝置的金屬導體，其主要作用是引導接閃器所獲得雷擊電流，經接地裝置后與大地相通，保護建筑物免受雷擊危害。

接地裝置主要由接地體和接地線兩部分組成，其作用是實現電氣系統與大地相連接的目的。用金屬將電氣設備的某一部分與地做良好的連接，稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體就稱為接地體(或接地極)。根據用途的不同，接地體又分為自然接地體和人工接地體。通常，把直接與大地接觸的建筑物的鋼筋混凝土基礎、各種金屬管道和金屬構件等作為接地使用，統稱為自然接地體;人工接地體是指純粹的接地體，它是獨立于任何自然接地體以外的人工埋設于地下的接地體。接地線則是指連接設備的接地部位與接地體的金屬導線。

1.2 內部防雷裝置

內部防雷裝置由防雷等電位聯結以及與外部防雷裝置的間隔距離組成，其基本作用是減小或者消除來自雷電電磁效應的影響，減小輸入高電壓，將導體間的電勢差降低到最低限度，有效保護室內的設備和人體免遭雷電危害。其中，等電位聯結是指將分開的裝置、諸導電物體用導體或電涌保護器連接起來，以減小雷電流在它們之間產生的電位差。

在建筑物防雷設計中，第一類防雷建筑和部分二類防雷建筑中應采取內部防雷措施。根據GB 50057-2010建筑物防雷設計規范可知:在建筑物的地下室或地面層處作防雷等電位聯結，連接所有建筑物金屬體、金屬裝置、建筑內各系統、進出建筑物的金屬管線;外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統之間，尚應滿足間隔距離的要求。

1.3 防雷擊電磁脈沖(LEMP)系統

防雷擊電磁脈沖系統由屏蔽措施和電涌保護器組成。其中，屏蔽措施又分為建筑物自身屏蔽和線路屏蔽。建筑物屏蔽主要是減小雷電造成的電磁效應對室內設備的影響;線路屏蔽則主要是轉移來自雷電閃擊或感應的過電壓。在屏蔽措施后，加設電涌保護器的作用是箝制與分流來自線路的過電壓與過電流。

對內部預見可能有重要的電子系統的建筑物進行防雷設計的時候，必須考慮預防雷擊電磁脈沖(LEMP)。由于設計初期無法確定電子系統的規模和詳細位置，因此常規的做法是將建筑物內的鋼筋網片、各種金屬構件、金屬管道、配電系統的接地裝置以及防雷接地裝置共同組成一個接地系統，在適當位置設置等電位聯結端子板，并將它們與端子板做一一可靠的等電位聯結。建筑物的自然屏蔽和建筑物內的金屬物以及設備之間的等電位聯結是很重要的關鍵環節。

在進行接地設計時，嚴禁將電子信息系統單獨設置接地裝置。電子信息系統接地應與配電系統接地，防雷系統接地等共用接地裝置，采用聯合接地方式。電子信息系統在設計中除了設置必要的等電位聯結措施以外，還應采取屏蔽處理，地面鋪設防靜電活動地板，活動地板下專設等電位聯結基準網。當電子系統為300 kHz以下的模擬線路時，采用“S”形等電位，在300 kHz以上用“M”形等電位聯結網絡。

2 防雷施工環節

防雷系統作為一個綜合性系統，在施工時必須注意整體性與個體性的統一。

2.1 外部防雷裝置施工

2.1.1 屋面避雷針、避雷網、避雷帶的施工要求

1)屋面的避雷針、避雷帶、避雷網除了要保持相互連接外，它們都需與引下線之間也保持可靠連接。連接方式一般均采用搭接焊，圓鋼搭接長度不小于其直徑的6倍，扁鋼搭接長度不小于其寬度的2倍。2)避雷帶、避雷網適用于對建筑物的屋脊、屋檐(坡屋頂)或屋頂邊緣及女兒墻上(平屋頂)等部位進行保護。避雷帶應盡量靠近女兒墻的外沿處安裝，當女兒墻比較寬的時候，要考慮采用雙避雷帶方式，女兒墻陽角拐彎處避雷帶一般應設置成圓弧形狀。3)避雷帶、避雷網的安裝固定都是通過支持卡子完成，支持卡子的間距一般為1 m左右，轉角處間距以不大于0.5 m為宜，轉角處的彎曲半徑不小于圓鋼直徑或扁鋼寬度的6倍，卡子高度不應小于150 mm。

2.1.2 防雷引下線的施工要求

1)防雷引下線應優先利用建筑中柱內的外側主筋作為引下線，作為引下線的主筋需保證上部與接閃器，下部與基礎接地網作可靠焊接。2)引下線的位置和數量應嚴格按照設計圖紙的要求進行，不得擅自減少引下線數量和降低焊接要求。3)建筑物防雷引下線上應根據設計要求設置接地電阻測試點，測試點的高度一般設置在距離室外地坪0.5 m處且便于測試的部位。4)對于后期改造的既有建筑物的防雷工程，防雷引下線應明裝，并應盡量沿建筑物外墻敷設，避免彎曲，采用最短途徑接地，并且要能滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩定的要求。

2.1.3 接地裝置的施工要求

1)新建建筑應盡量采用基礎鋼筋接地網作為接地裝置，充分利用基礎底板下縱橫交錯的主筋，根據設計要求進行相應搭焊，并與柱內作為引下線主筋可靠焊接。即采用自然接地體作為接地電阻。

2)當自然接地體的接地電阻值經過測試無法滿足設計要求時，尚需設置人工接地體。人工接地體的位置、數量應按設計要求設置。當采用垂直埋入地下的鋼管或者角鋼作為人工接地體時，接地體的長度和埋設間距均有嚴格規定，需遵照設計圖紙執行并進行測試驗證，直到滿足接地電阻值要求。

3)接地裝置的安裝應配合建筑工程的施工進行。接地體的制作安裝，應與基礎土方開挖同步，保證接地體溝開挖成功后即可實施掩埋，使接地裝置施工完整。

4)施工中要注意接閃器、引下線、接地裝置三者的施工順序。最佳施工順序為接地裝置、引下線、接閃器。否則，會把防雷設施變成引雷設施，提高雷擊危害的概率。

5)防雷接地裝置的材料除了利用建筑物自身鋼構件外，其他增設的設備材料均要求采用熱鍍鋅金屬材料。對于所有防雷接地裝置的焊接點均要求涂刷防銹漆兩道和鉛油一道進行防銹防腐處理，以保證防雷接地裝置的耐久性和可靠性。

6)接地電阻在進行測量的時候常常會受氣候或土壤的潮濕度等因素影響，不同的測試環境，測試結果往往會產生一定的偏差。施工中要求所有的關于電阻值的測試結果均要小于或者等于設計規定值，才能滿足要求。

2.2 內部防雷施工注意事項

1)所需保護電氣設備的電線應穿于金屬管內，以實現可靠的屏蔽;

2)上述線路的主干線的垂直部分應設置在建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應的范圍。在管線較長或橋架等設施較長的路線上，還需要兩端接地;

3)注意電源線、天線和屋頂高處的彩燈等線路的引入做法，防止雷電波侵入。

2.3 防LEMP系統施工注意事項

1)電涌保護器應安裝在海拔高度不超2 000 m，且無顯著搖動和沖擊振動的場合，垂直安裝時傾斜度應滿足不超過5°。2)電涌保護器的連接線的截面積:第一級應大于10 mm2(多股銅線)，第二級應大于16 mm2(多股銅線)。3)在安裝接線時，包括相線、中性線、保護線間的連接長度應越短越好，不宜大于0.5 m;引線應盡量短而直，避免彎路，總長度不超過0.5 m，以減少引線電瞬態高頻電壓降。

3 結語

防雷工程作為一項系統工程，在民用建筑中具有十分重要的意義。因此，在設計與施工過程中，必須綜合考慮，統籌兼顧，將外部防雷裝置、內部防雷裝置和防雷擊電磁脈沖(LEMP)系統作為整體來統一考慮加強防雷措施，并嚴格按照規范進行設計和施工，以保證防雷系統能夠穩定運行，切實保護建筑物和內部人員及設備的安全。

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