談高層建筑電氣設計中的防雷技術

王雷

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

近年來，我國的經濟快速發展，也促進了建筑業的發展。為了保證建筑物的安全，必須加強對建筑物的防雷技術的應用。加強建筑物的防閃電特性，保證其功能的發揮，為使用者營造更好的安全居住條件，從而推動建設行業的持續、穩定發展。

1 雷擊的危害

閃電實際上是一種強烈的電弧，在云層與地面間產生的一種強烈的電弧。在建筑中，由于地面與云間的電弧接觸，常常會給建筑物帶來嚴重的傷害，因此，在建筑中進行防雷，是為了防止閃電對建筑及其室內的人身、電器造成傷害。只有知道了電閃可能給房屋帶來的傷害，我們就可以制定出有針對性的防范措施。

1.1 直擊雷

帶電的云與地上的大樓直接接觸，會在一剎那間釋放出強烈的電流，造成非常大的殺傷力。如果大樓沒有進行避雷針的保護，那么直接的閃電將會對大樓內的所有設施和人員都產生巨大的破壞，嚴重的話，可能會導致大樓被破壞，引發大火[1]。

1.2 閃電電涌侵入

由于雷電對架空線路、電纜線路或金屬管道的作用，雷電波，即閃電電涌，可能沿著這些管線侵入屋內，危機人身安全或損壞設備，對電力系統的重要部件會造成嚴重的破壞，嚴重的還會引起大火。

1.3 感應過電壓

閃電會使暴露在外的鐵管和電纜發生感應。一旦大樓被閃電擊中，強烈的電力通過避雷裝置進入到地面，會在周圍形成強烈的電磁感應，從而對電子產品造成很大的干擾，從而導致數據的損失，乃至整個系統的破壞[2]。

1.4 地電位反擊

當一道閃電劈在具有防雷設施的建筑上時，會使接地網的地電勢在一剎那增加幾百萬伏特，而強烈的閃電具有極強的破壞性，會透過不同的地線而使其受到損壞。

2 高層建筑防雷設計要求

高層建筑是一種很特別、很重要的建筑物，首先其包括4大功能：居住、娛樂、商業和辦公；其次是附屬設備多，由于高層建筑的功能和輔助功能較多，為了保證居住的高水準、舒適，通常需要配備空調機房、制冷機房、生活消防水泵房等電器設備；再次，人口密集，人口較多的高層建筑，尤其是文化娛樂場所；最后，安全管理的要求很高，因為高層住宅中人多，電器設備多，所以必須保證高度的安全。基于以上特點，高層建筑的避雷需要滿足以下兩個方面：①建筑物自身的安全、可靠；高層建筑防雷時必須保證其安全可靠，并能得到最大限度的利用。②普通的高樓大廈采用鋼筋混凝土或鋼結構，能充分利用其作為防雷設施，既能保證安全又經濟[3]。

2.1 防直擊雷

在建筑物屋頂布置接閃帶、接閃網和接閃桿作為接閃器，與屋頂金屬部件和避雷引下導線通過焊接或接合，突出屋頂的金屬和金屬管必須與最近的接閃網進行電氣連接，并保證每10公尺有一個接閃點。防側擊：按建筑物的防雷性等級，在各樓層設置防側擊接閃帶，以滿足規定尺寸的鋼筋與主筋電氣連接，并與外立面的引下線、金屬門窗、構件進行電氣連接；如果是采用玻璃幕墻，那么，玻璃幕墻的金屬柱、外墻石料的埋設和龍骨的上下兩端，都要用埋鐵或埋鐵絲與防側擊接閃帶或導下線進行電氣連接。

2.2 防閃電電涌侵入

為了避免雷電的入侵，所有進出大樓的電線和金屬管線都應采取全線埋設，并在入戶端將金屬外殼、鋼管和金屬導管與接地設備相連接；出入大樓的架空及直接埋地的各類金屬管線，在出入大樓時，必須與防雷接地設備相連接；設置在建筑物內部的變壓器，在高、低壓側的各個相位上設置專門的避雷器；進入戶外的主配電箱、弱電設備配電箱應在防雷區安裝浪涌保護裝置；安裝于建筑物上的節慶燈具和其他電力設施，必須遵守以下規定：沒有金屬外殼或防護網罩的電氣裝置，應當位于接閃器的防護區域，不得設置在遠離避雷網的地方；電纜從開關板上伸出，必須穿過鋼管。該鋼管一端連接到配電盤外部外殼；其另一端連接電力設備外殼和保護罩，并與頂棚的防雷器最近連接。連接裝置時，鋼管在中間斷裂時，應設置跨接。

2.3 防閃電感應

建筑物金屬構件，建筑物內設備，管道，構件，電纜的金屬外殼，框架，以及突出屋頂的放散管、風管等金屬物體，必須接地；金屬屋頂周圍18~24m的引下線必須與地面相連，現澆或預制結構的鋼筋混凝土屋頂，其鋼筋網的交會處必須進行綁扎或焊接，并且每8~24m有引線連接；在平行鋪設的管道、構架和電纜的金屬外殼等間隔不超過100mm時，其交叉部位的間隔不能超過30m；在長金屬件螺栓的接頭，如彎頭、閥門、法蘭等，其過渡電阻超過0.03Ω時，接頭應用金屬絲連接；建筑防雷，電氣系統接地，保護接地，防靜電接地，等電位接地等電位的接地設備必須是公用的。如果建筑物內部系統中的設備很重要，而且所處的雷電磁場環境和施加在設備上的電涌不能達到要求時，必須采用防雷的電磁脈沖。

3 高層建筑電氣設計防雷的具體措施

3.1 外部防雷

（1）接閃桿。接閃桿是由熱鍍鋅制成，接閃桿的接閃端應為半球形，其最小彎曲半徑應為4.8m，最大值為12.7mm。由于在房頂受到太陽輻射、風力、雨雪和天然的氣候等因素的影響，因此，接閃桿的制作要充分考慮電磁力、閃電能量、冰雪、風力等因素的影響，因此，在制作時，應選用耐腐蝕、高強度、高抗氧化的材質，同時還要確保部件的強度和穩定性，以降低設備的能源消耗；同時，定期檢查設備的工作狀況，確保其正常工作。

（2）接閃網與接閃帶。接閃帶，在屋頂屋角、屋脊、屋檐、等易遭雷擊的地方，一般選用φ12號熱鍍鋅圓鋼；接閃網格按照建筑物防雷等級劃分，在屋頂上構成一定尺寸的網狀結構，與屋頂金屬構件和防雷引下線通過焊接或卡接器相結合，通常采用熱鍍鋅圓鋼在絕緣層下面，與接閃帶、防雷引下線相通，形成接閃網，埋得過深的話，容易引起接閃。現代建筑為了整體和美觀，屋頂會采用多種金屬部件進行裝飾，可按規范的要求采用金屬材料作接閃器。

（3）引下線。可采用兩條φ16（或4根φ10）以上的主筋作為引下線，并至少有10根（包括建筑周圍和建筑內部）的柱子，其間隔不能超過18m，并采用箍筋或焊接連接。作為特制防雷引下線，其上端與接閃器、下端均要牢固地與避雷接地設備相連接，在結構施工中要有清晰的標志。引下線的布局要合理，應充分考慮到導線的設置位置、間距、轉角處是否設置、地基的接地是否與屋面的防雷規劃是否相符、是否存在漏標漏設問題、周邊位置是否一致等。

（4）接地裝置。工程應先確定利用建筑物與建筑物、構筑物地基和建筑物外部的金屬本體，用作接地設備；在確定后，可以使用地基的鋼筋作接地。在有地梁的基礎上，可以選用地梁的兩個主筋作為水平接地體，在沒有地梁的情況下，可以使用兩個不低于φ12的地筋；各水平接地體必須有良好的電氣通道，并與通過樁臺樁和樁頭部的鋼筋進行焊接；在施工過程中，金屬門窗、電器等需接地的建筑，應按相鄰原則與地面主干進行連接。在高層建筑電氣防雷接地時，應在電線上涂上醒目的油漆，防止漏焊、錯焊等問題[4]。

3.2 內部防雷

內部防雷主要用于防止接觸電壓、反擊、跨步電壓形成的二次雷害和降低建筑內部的電磁效應及閃電流。其主要技術措施有以下4點。

（1）屏蔽。防護罩主要用于保護各類精密儀器、微電子、電腦、通信設備等。由于這些電子產品容易遭受雷電的電磁輻射，并且在閃光燈閃爍時，很容易受到電磁和其他電磁波的干擾，所以要根據梁、窗、柱、鋼筋混凝土地板、墻壁、天花板等部位設置六面網格，盡量減少電磁脈沖的干擾。

（2）分流。采用引下線，將接閃器采集到的電弧分布在地上，導線的數量會對接地效果產生一定的影響；信號線路、天饋線路、電源線路及終端設備，應在防雷口安裝信號、天饋型和功率型的電涌保護器，并連接到指定的接地裝置；針對建筑物的避雷等級，在各樓層設置防側擊接閃帶，并與引下線連接，降低引線的電感值和回擊電壓。

（3）均衡電位。機房、電梯房、衛生間等薄弱機房，均需安裝等電位接線板；在建筑物的地面或一層的主配電箱內，一般都要設置等電位式的接線柜，并對跨越不同保護區的金屬裝置進行等電位連接，并設置多個接地點。衛生間局部等電位聯結如圖1所示，總等電位聯結端子箱如圖2所示。

圖1 衛生間局部等電位聯結

圖2 總等電位聯結端子箱

（4）電涌保護器。根據設計規范、型號、安裝位置、數量等要求，在建筑物內部安裝電涌保護裝置時，應按消防控制中心、計算機信息系統、監控中心等弱電系統的配電箱、有線電視的布線、總電源的入線處、各種廣告燈箱、節日彩燈、航空障礙燈等用電設備的室內配電箱、衛星天線饋線的兩端等。此外，弱電線路的導線應采用金屬管、線槽或橋架，對線槽、非鍍鋅電纜橋架、螺紋金屬管道等應采用金屬導線連接；建筑物應采用整體接地，強電接地和弱電接地之間的間距為3m，弱電接地間距不小于10m。

4 防雷技術在施工過程中應注意的問題

建筑物的防雷接地設計與施工安裝是一項系統工程，應根據建筑物重要性、特點，所處的地理位置，建筑物內的電器，電子設備的使用情況，發生雷電事故所造成的后果等因素綜合考慮，采取完善的防雷技術與指施[5]。做到安全可靠，技術先進，經濟合理，施工維護方便。

4.1 接閃器

接閃器的形式、位置應符合設計要求。接閃桿的安裝應可靠牢固；接閃帶的安裝應牢固、平正順直，無急彎，接閃帶的固定支架安裝應牢固，能承受49N的垂直拉力；接閃網格連接處應采用搭接焊，焊接處應采用瀝青防腐等處理措施。

4.2 引下線

引下線與接閃器的連接應可靠，應采用焊接或卡夾（接）器連接。引下線與接閃器連接的圓鋼或扁鋼，其截面積不應小于接閃器的截面積；當利用結構鋼筋作為引下線時，鋼筋與鋼筋的連接，可采用土建施工的綁扎法或螺絲扣連接或熔焊連接。

4.3 接地裝置

利用建筑物基礎內鋼筋作自然接地體時鋼筋與鋼筋的鏈接，應采用土建施工的綁扎法或螺絲扣連接或熔焊連接。作為防雷接地與電氣裝置接地共用的自然接地體，電氣裝置的接地線與自然接地體應采用熔焊連接；當設計要求基礎底板鋼筋按柱距形成網格時，縱橫鋼筋應進行跨接．應采用直徑不小于10mm的圓鋼進行焊接或卡夾（接）器連接；當基礎底板的底層鋼筋與上層鋼筋需要跨接時，應采用直徑不小于10mm的圓鋼進行焊接或夾（接）器連接。

5 結語

防雷在現代建筑中是必不可少的，而電器的應用也會提高建筑物遭雷擊的可能性。因此，加強建筑物防雷技術的研究已迫在眉睫，電力設計人員應充分考慮建筑物的雷電環境，嚴格遵循規范，緊密聯系工程實際，詳細分析和精確計算，合理地考慮規范未細化到位的地方，特殊問題要采取特殊措施，這樣才能有效地確保設備、人員和建筑物的防雷安全。