探討高層民用建筑防雷及接地設計

林森

（福建省閩武建筑設計院有限公司）

探討高層民用建筑防雷及接地設計

林森

（福建省閩武建筑設計院有限公司）

現代化的高層民用建筑正在向智能化的方向不斷發展，為了確保居民使用者的生命財產安全、供電的穩定安全以及智能電子機械設備的正常運轉，都需要有一個安全可靠高效率的防雷接地系統來維持。因此，在高層民用建筑的防雷設計中，接地系統的設計處于關鍵位置，是上級質監部門中間檢測以及使用客戶特別在意的方面。但是由于社會在經濟科技方面不斷的發展進步，過去的接地系統設計方案早已不能符合當代人們的要求，所以相關人員需要對防雷以及接地設計不斷研究改進。本文就高層民用建筑在防雷及接地設計方面進行了一些探討，并提出了幾點建議。

高層；民用建筑；防雷；接地設計

引言

目前，建筑工程設計師們在高層民用建筑防雷方面，通常都是使用接閃桿來解決建筑物在遭受雷電擊中時的安全問題，往往會忽略掉在接地設計上的研究探索。在雷電災害頻發的地區，單單對高層民用建筑物采用安裝避雷針的防雷處理方案，正常都是達不到預想的防雷效果的。在有關的調查資料中表明，在我國每年所發生的各類型的大小突發性雷電事故中，由于感應性雷電擊中建筑物而造成的事故占到所有雷電擊中事故的80%，有75%以上的雷電擊中事故是由于線路被入侵導致的。所以，對高層民用建筑物的防雷問題進行深刻的探討是很有必要的。

1　對高層民用建筑防雷的基本認識

1.1高層民用建筑防雷接地的概述

雷電對于高層民用建筑可以造成巨大的破壞，它可能會威脅到居民的生命健康財產安全，對建筑物內部的電力以及電信等設備造成不可估量的損壞。由閃電帶來的破壞性不僅僅是在雷電直接攻擊建筑物時產生的熱會導致電力喪失基本的供應能力，還會由于雷電流的靜電感應以及電磁感應使得雷電波具有了入侵功能。高層民用建筑物很容易受到雷擊的傷害，如今高層建筑的智能化越來越普及，更多的電子機械設備和計算機網絡系統被應用于高層民用建筑的管理建設中來，一旦遭受到雷電的擊中就會導致不可預測的后果發生，因此防雷接地系統具不具有安全可靠性是十分重要的。

1.2高層民用建筑的防雷原理和分類

在法拉第的防雷系統的基礎上提煉出的高層民用建筑防雷原理是由建筑物表面的接閃網帶、地下引線以及接地裝置三部分構成，它具有系統性的特征。其目的是為了防止雷電感應、防止雷電波的侵入以及進行閃電保護等，需要考慮到分流平衡電勢且合理的布置接地線路，才會在高層民用建筑的整體上形成內部防雷系統和外部防雷建筑裝置，大大的提升建筑物的防雷效果。高層建筑物的防雷工作通常分三類：①防護有專用途徑的建筑物；②重點或者人員稠密的大型建筑物；③需要依據具有情況做好防雷工作的建筑物。

1.3高層民用建筑接地設計的概念

接地設計是指供電系統和電氣設備的中性點以及設備外露的導電部分經過導體和大地相連接的過程。細分的話可以分成使用接地、防雷接地以及防護接地等三個部分。因為工作使用接地是由于供電系統運轉需求而連接的，所以通常都會有電流流過接地電極，但是僅僅是幾安培到幾十安培不等的微小電流。當供電系統接地環節出現問題時，會有上千安培的工作電流流過接地電極，此時該電流會被繼電保護裝置在0.1s內切除。

防雷接地的設計目的是為了降低過電壓帶來的不良影響，通常是通過接閃桿或者接閃帶和大地進行連接。防雷接地只有當雷電擊中時才會出現電流流過，流進防雷接地電極的電流雖然經過時間較短，但是一般情況下其幅值會達到上百千安培。防護接地是在設備的絕緣層發生損壞帶電時起到保護人員的生命安全的作用，一般采取在供電設備外添加的金屬殼或者鋼筋混凝土桿等方法。防護接地僅僅是在設備絕緣層出現問題時才會發生電流流過的現象，它的幅值會在很短時間內發生很大范圍的變化，因此一定要針對接地電機的幅值變化進行嚴格規定范圍，采用相關有效的安全方案來確保設備和人身安全。

圖1　防雷接地系統結構設計圖

2　高層民用建筑物在防雷措施上的不足

2.1高層建筑物防雷外部裝置問題

高層民用建筑的外部防雷裝置主要是為減少直擊雷以及側擊雷造成的傷害，通常是通過接閃桿、地下引線以及接地裝置來使得建筑物自身不受到雷電的傷害。高層民用建筑物最容易被雷電擊中的部分是表面突出水平的部分，按照相關的規定要求采取接閃桿或者接閃帶組成接閃器進行防護的方案，表面上直接暴露的金屬物體都需要和防雷設備連接起來。針對側擊雷的防護工作，需要在高層民用建筑物30m的部位開始，每隔三層在外墻的窗框上面水平的放置鍍鋅扁鋼作為均壓環，對暴露在外金屬結構的門窗以及管道等起到防雷保護作用。

根據相關的強制性規定，當各項安全防護接地設備合用同一個接地裝置時，接地電阻值必須小于等于1Ω。在實際的生產建設過程中，很多的高層民用建筑雖然將其內部的基礎性鋼筋網用作于公共的接地設備，并且各個防雷設備都與接地裝置相連接，但是作為公共接地設備的電阻值達不到小于1Ω的指標。

2.2高層建筑物防雷內部設置缺陷

高層民用建筑物內部的防雷接地設計應當包含防雷電感應、防雷電反擊以及防雷電波侵入這三項必不可少的保護措施。建筑物內采用完善良好的內部防雷裝置可以大大降低雷電的流通量以及所產生磁電效應帶來的影響，并且能夠做到防止雷電反擊所帶來的二次雷電災害和降低雷電磁脈沖所帶來的影響。在高層民用建筑物中忽視安裝電涌保護器的作用，電涌保護器可以在供電線路的各部分尤其是交界處消除雷電帶來的過電壓。對高層民用建筑內部的各種進出線路不進行合理有規律的埋填鋪設，大大的提升了建筑物遭受雷電災害的可能性，對于高壓進線柜、計算機房配電箱以及部分特殊需要額外保護的裝置更加應該對其增加點涌保護器。

圖2　TN-S保護接地系統連接圖

3　高層民用建筑防雷接地設計的改進

3.1建筑物中采取合理的屏蔽

高層民用建筑物中采取合理的屏蔽設置是為了保護建筑物內使用的微電子裝置，通過屏蔽設置可以使得儀器設備處于無干擾的環境之中。為了確保不用于防雷接地系統的供電線路不受到防雷接閃的影響，就需要在其外部添加金屬管，增加供電線路的預防雷電反擊的功能，同時也使得其可以屏蔽掉各類電磁脈沖。高層民用建筑物內的穿線鋼管以及線槽等都需要和各樓層的等電位連接板以及接地母線之間進行連接，以增加整體建筑物的屏蔽能力。應當將先進的防雷電波侵入系統投入使用在供電裝置以及配電線路上，將配電盤中引出的線路配上鋼管保護殼，并且將其和整體建筑物的防雷裝置相連接，還需要在配電盤的電源開關位置和外殼之間轉配上電壓保護器。

3.2加強建筑物對人身安全的保護

建筑物中防雷接地設計可以有效的預防人體、機械設備以及各類線路受到雷電擊中的傷害，降低靜電帶來的危害程度、確保建筑內供電系統的正常運轉。為了更好的達到設計目的，需要將供電設備中一般狀態下不帶電的金屬環節和接地極之間進行連接，以此來確保人體不受到雷電擊中的傷害。針對已經完成防雷接地設計的供電裝置，當它出現外絕緣層被破壞且外殼帶電的情況時，接地電流將同時沿著接地極和人體兩條通路流過，只有降低接地極電阻的大小，才能較少流過人體的電流量，使得人體受到的觸電傷害大大減少。因此，在高層民用建筑的防雷接地設計方面要要嚴格控制接地電阻的值。

3.3減少雷電對供電系統的影響

高層民用建筑物中供電系統的接地設計通常都是采用中性點接地的方法，所以中性點和大地之間的電位差基本上等于零。當相線發生碰殼或者接地的情況時，容易導致中性點的絕緣系統出現損壞，接地線路中的電流在較短的時間升幅值發范圍升高，對建筑物內部的供電系統造成危害甚至存在發生火災的可能，因此需要在接地設計中添加中性點的接地線，從而確保繼電裝置的安全可靠性，可以有效的預防通信系統中雜音的出現，提高建筑物防雷接地系統的抗打擊能力。

4　結語

因為高層民用建筑的防雷系統直接影響到建筑物以及建筑物內部機械設備、工作居住人員生命財產安全的問題，所以建筑設計工程師在對建筑進行防雷接地設計時必須具有責任意識，上級有關部門對項目的施工建設應當加強管理和監督。要大大降低因為建筑物的防雷系統不完善而導致意外事故發生的可能性，尤其針對容易造成火災事故或者人員傷亡的高層民用建筑物，其具有的防雷接地系統必須符合相關的設計施工規定要求。因為一旦高層民用建筑防雷系統不保護作用發生火災事故，很容易導致重大人員傷亡和財產損失嚴重的情況出現，所以建筑物中防雷系統是監督工作中不可忽略的重點。

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2015-7-8