建筑物防雷接地系統(tǒng)常見問題分析與對策

袁金水

摘 要：結(jié)合工程實例，對建筑物防雷接地系統(tǒng)存在的常見問題進(jìn)行了分析和研究，并針對屋頂避雷帶、水暖系統(tǒng)等接地問題提出了合理的解決對策，供相關(guān)單位參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑物防雷接地系統(tǒng)；避雷帶；太陽能熱水器；淋浴室

中圖分類號：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.137

雷電是大氣中的一種放電現(xiàn)象，會影響建筑中電氣設(shè)備的正常運行。一旦建筑物遭受雷擊，則建筑中設(shè)施和人員的安全都將受到嚴(yán)重的威脅。因此，防雷接地系統(tǒng)對于整個建筑的安全而言至關(guān)重要，良好的建筑防雷接地設(shè)計是提高建筑物安全性的關(guān)鍵。

1 建筑物實例概況

某建筑物的總高度為17.95 m，防雷設(shè)計等級為三級，屋頂為斜坡屋頂，沿屋脊和屋頂四周裝有避雷帶。避雷帶由Φ8 mm的圓鋼焊接而成，接地電阻要求為≤10 Ω。整個建筑物要求進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)，淋浴室要求進(jìn)行局部等電位聯(lián)結(jié)。建筑物陽面裝有太陽能熱水器組，通過進(jìn)、出水管與各層淋浴室連接。進(jìn)、出水管為鍍鋅鋼管，太陽能熱水器的內(nèi)膽和管線連接部件均為金屬部件。

2 建筑物存在的問題及其解決措施

2.1 避雷帶鋼筋搭接不合格

該建筑物屋頂避雷帶鋼筋的搭接不合格——部分區(qū)域的搭接長度不足，部分區(qū)域未進(jìn)行雙面焊，部分區(qū)域的焊接不飽滿。

2.1.1 問題分析

避雷帶是建筑物防雷工程外部防雷設(shè)施中的重要組成部分。如果避雷帶搭接不合格，則會導(dǎo)致避雷帶連接處的接觸電阻過大。在遭受雷電直擊時，極大的雷電流無法很好地通過避雷帶經(jīng)引下線和接地裝置泄流至大地，會在極短的時間內(nèi)積聚大量的熱量，使金屬融化、飛濺，引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故，進(jìn)而破壞建筑物。

2.1.2 解決措施

在避雷帶鋼筋搭接長度小于圓鋼直徑6倍的區(qū)域，取一段直徑為8 mm的圓鋼緊貼連接處補焊。圓鋼長度按照搭接長度確定，最終要使搭接總長度大于圓鋼直徑的6倍，或?qū)⒑附硬缓细竦膱A鋼拆除后，重新按規(guī)范要求焊接；未進(jìn)行雙面焊接的區(qū)域，應(yīng)按要求進(jìn)行雙面焊接；焊接不飽滿的區(qū)域，應(yīng)按要求補焊。

2.2 太陽能熱水器組防雷接地

太陽能熱水器組安裝在向陽坡面，與坡面平行，水箱與屋脊避雷帶在同一高度，溢水管為Φ20 mm的鍍鋅鋼管，高出避雷帶約2 m，通過Φ8 mm的圓鋼與避雷帶相連。

2.2.1 問題分析

屋頂太陽能的溢水管普遍比避雷帶高，其不僅無法受到避雷帶的保護(hù)，還存在引雷的危險。雖然施工方依據(jù)規(guī)范中的部分條款連接了溢水管與避雷帶，但由于缺乏對規(guī)范的全面、準(zhǔn)確理解，忽略了其他問題。

2.2.1.1 管壁厚度達(dá)不到規(guī)范要求

真空管式太陽能熱水器的水箱外殼厚度為0.6～0.8 mm，與避雷帶處于同一高度；太陽能熱水器的溢水管壁厚3 mm，高出避雷帶約2 m。一旦發(fā)生雷擊，溢水管、太陽能熱水器、避雷帶都有被雷擊的可能性。GB 50057—2010中規(guī)定，避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，并滿足下列數(shù)值：針長1～2 m，圓鋼長16 mm，鋼管長25 mm，鋼管、鋼罐的壁厚≥2.5 mm；一旦鋼管、鋼罐被雷擊穿，且其介質(zhì)對周圍環(huán)境造成危險時，其壁厚應(yīng)>4 mm。由此可見，該建筑物的溢水管和太陽能熱水器的管壁厚度均達(dá)不到規(guī)范要求，無法直接承受直擊雷，需要安裝避雷帶加以保護(hù)。

2.2.1.2 高電位幅值

建筑物遭受雷擊時的電流很大，通常為50 kA，最大可達(dá)200～230 kA，雷擊處的瞬時電位可達(dá)500 kV。而太陽能熱水器的內(nèi)膽，進(jìn)、出水管，連接部件均為金屬材質(zhì)，極可能將雷擊處的高電位引入淋浴室。淋浴室接觸電壓的限值為25 V，而淋浴室的局部等電位聯(lián)結(jié)設(shè)計主要是用來防范感應(yīng)雷沿金屬管線的侵入和剩余電流沿金屬管線的侵入。因此，淋浴室設(shè)置的局部等電位聯(lián)結(jié)無法有效避免通過太陽能熱水器進(jìn)、出水管引入的高電位電流所造成的危害。

2.2.1.3 雷電流

太陽能熱水器普遍具有電加熱功能和數(shù)字顯示控制功能。發(fā)生雷擊時，部分雷電流將通過熱水器的管線、電源線和信號線直接侵入用戶室內(nèi)，燒毀熱水器和家用電器，還可能引發(fā)爆炸、火災(zāi)、人員傷亡等事故。由此可見，太陽能熱水器已成為住宅防雷中的安全隱患。目前，太陽能熱水器的防雷接地尚無標(biāo)準(zhǔn)可參考，主要借鑒GB 50057—2010中的要求和依靠建筑物的防雷接地系統(tǒng)。因此，在考慮太陽能防雷之前，要先確認(rèn)建筑物防雷接地系統(tǒng)的情況，然后再制訂科學(xué)的防雷措施。

2.2.2 解決措施

筆者認(rèn)為，可從以下3方面改進(jìn)太陽能熱水器防雷接地系統(tǒng)：①避免太陽能熱水器及其溢水管受到雷電直擊。應(yīng)將太陽能熱水器的溢水管更換為PVC管，以消除引雷的危險；降低太陽能熱水器的安裝高度，提高屋脊避雷帶的安裝高度，從而使太陽能熱水器處于避雷帶的有效保護(hù)范圍內(nèi)。②限制侵入淋浴室高電位的幅值。應(yīng)將熱水器與頂層淋浴室間的進(jìn)、出水管更換成PPR管，從而降低引入淋浴室的高電位幅值；通過熱水器中的水引入淋浴室的電位遠(yuǎn)比通過金屬進(jìn)、出水管引入的電位小，可采取淋浴間內(nèi)的局部等電位措施補充電位，從而降低淋浴室遭受電擊的概率。③防止雷電流的侵入。應(yīng)按照規(guī)范要求可靠連接太陽能熱水器的金屬部分、屋頂避雷設(shè)施，采用穿金屬管敷設(shè)的方式安裝熱水器的電加熱管和水位水溫傳感器線路，并在兩端做好屏蔽接地處理；在熱水器電源所在線路上加裝浪涌保護(hù)裝置（Surge Protective Device，SPD），建議用戶不要在雷雨天使用太陽能熱水器，更不可用其洗澡，并拔出太陽能熱水器的插頭。

2.3 淋浴室內(nèi)的局部等電位聯(lián)結(jié)

目前，多數(shù)淋浴室內(nèi)局部等電位聯(lián)結(jié)不規(guī)范，主要體現(xiàn)在局部等電位聯(lián)結(jié)線的規(guī)格、型號不正確，采暖管、太陽能熱水器的進(jìn)、出水管未與局部等電位端子箱連接等方面。

2.3.1 問題分析

淋浴室的局部等電位聯(lián)結(jié)是建筑物防雷工程中非常重要的措施之一，其目的是拉近人體可能觸及的任意兩個帶電部分間的電位差，達(dá)到有剩余電流或感應(yīng)雷電流沿金屬管線侵入時保護(hù)人身安全的目的。

2.3.2 解決措施

應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集中的要求，將淋浴室內(nèi)太陽能熱水器的進(jìn)、出水管，采暖管與給排水管一同與建筑物鋼筋網(wǎng)進(jìn)行局部等電位聯(lián)結(jié)，從而消除金屬部件間的電位差；所有的局部等電位聯(lián)結(jié)線均采用BVR-1×4 mm2，原先給排水管與局部等電位端子排間的局部等電位聯(lián)結(jié)線應(yīng)由BVR-1×2.5 mm2更換為BVR-1×4 mm2，以降低連接部分的電阻；局部等電位聯(lián)結(jié)線與金屬管的連接做法應(yīng)按照《等電位聯(lián)結(jié)安裝》中的要求進(jìn)行，并確保連接處的接觸電阻足夠小。

3 工程實例總結(jié)

3.1 要與電氣等其他專業(yè)密切配合

在安裝水暖時，如果水暖專業(yè)能與電氣專業(yè)密切配合，并充分考慮防雷接地問題，就能盡量避免建筑物遭受雷擊時出現(xiàn)的高電位電流流入淋浴室等對電氣安全要求較高的場所；如果存在無法避免流入的高電位雷電流，則要詳細(xì)論證，制訂科學(xué)的防雷措施。

3.2 要深刻理解標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

只有加強(qiáng)對電氣基本概念的理解和運用，深刻理解規(guī)范中的理論和方法，才能避免片面地引用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況發(fā)生。對于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中沒有明確規(guī)定的，也應(yīng)依據(jù)規(guī)范中蘊涵的思路和方法，并參照類似問題處理。

3.3 要關(guān)注“均壓”問題

監(jiān)理工程師要堅決糾正施工人員的不良施工習(xí)慣，嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)開展監(jiān)理工作，從而確保建筑物防雷接地的最終實際效果，達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果。

3.4 要重視太陽能熱水器的防雷接地

太陽能熱水器的大量使用和安裝特點使其成為住宅防雷的新隱患，其防雷保護(hù)也成為了不容忽視的新問題，目前尚無標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范可參考，需要相關(guān)部門予以重視。

3.5 要重視等電位聯(lián)結(jié)

等電位聯(lián)結(jié)是有效保證電氣安全的措施之一。目前，等電位聯(lián)結(jié)在我國受重視的程度越來越高，政府相繼頒布了設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對等電位聯(lián)結(jié)作了強(qiáng)制性規(guī)定。

4 結(jié)束語

綜上所述，施工設(shè)計人員應(yīng)重視建筑工程防雷接地系統(tǒng)的施工過程，詳細(xì)分析防雷接地工程存在的問題，在提高建筑物防雷接地系統(tǒng)設(shè)計能力的基礎(chǔ)上，科學(xué)地制訂防雷接地方案，嚴(yán)格按照規(guī)定施工。只有這樣，才能使居民放心居住，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕