淺談建筑電氣的防雷接地功能及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王麗佳

（大連新大地建筑設(shè)計(jì)研究有限公司第一分公司 116021）

一、建筑防雷接地相關(guān)概念

防雷裝置：包括外部雷電防護(hù)裝置和內(nèi)部雷電防護(hù)裝置。其中內(nèi)部雷電防護(hù)裝置又可分為等電位連接系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、電涌保護(hù)器等幾個(gè)部分，它的主要作用是避免雷電流在產(chǎn)生的電磁效應(yīng)影響與破壞需防空間內(nèi)的布置。而外部雷電防護(hù)裝置主要作用是防直擊雷，它可以分為引下線、接閃器和接地裝置等。避雷引下線：避雷引下線是將避雷針接受的雷電流引向地下裝置的導(dǎo)線體。防雷裝置的引下線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。

等電位連接：是指用電涌保護(hù)器或等電位連接導(dǎo)體將分離的導(dǎo)電物體與裝置相連，其目的是防止雷電流在兩者之間作用產(chǎn)生電位差。

雷擊電磁脈沖：它是一種由干擾源的直接雷擊和附近的間接雷擊而引起的電磁效應(yīng)。該現(xiàn)象大部分是由于雷電流或磁輻射干擾以及被雷電擊中裝置的電位上升而通過連接導(dǎo)體的干擾。

接地：目前最常用的防雷接地方式根據(jù)保護(hù)對(duì)象的不同分為兩種，第一種接地是為了保護(hù)設(shè)備的主要功能而進(jìn)行的接地，顧名思義，我們將這接地方式為功能性接地，另一種就是為了保護(hù)人或者設(shè)備不受到雷電的損壞而進(jìn)行的接地保護(hù)，這種接地方式我們稱之為保護(hù)性接地。

二、高層建筑防雷接地的重要性

雷電是大氣中的放電現(xiàn)象。雷電產(chǎn)生于雷雨云之中,是發(fā)生雷電的先決條件,氣象學(xué)中,雷雨云叫積雨云。雷電所產(chǎn)生的強(qiáng)大閃電電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波效應(yīng)、瞬變靜電場(chǎng)和強(qiáng)烈的電磁輻射等物理機(jī)械效應(yīng),給人類生活帶來種種危害。

高層建筑利用梁、柱、地基梁、樁基等結(jié)構(gòu)鋼筋,作為防直擊(側(cè)擊)雷的做法十分常見,利用建筑物樁基礎(chǔ)和地下層建筑物的混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋或混凝土中的金屬結(jié)構(gòu)作為接地體時(shí),稱為自然接地體,為了均衡電位,降低電位梯度。要對(duì)高層建筑物 30米及以上部分,每隔三層設(shè)均壓環(huán),也就是將引下線與水平層內(nèi)的圈梁的外側(cè)鋼筋焊接成閉合通路。由此,天面避雷網(wǎng)(針、帶、線),引下線,均壓環(huán)及地基基礎(chǔ)的鋼筋及金屬構(gòu)件形成一個(gè)法拉第籠,這樣建筑內(nèi)各接點(diǎn)形成等電位,而且雷電流也有良好的散流途徑。

三、建筑防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

防雷接地在建筑接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是極為重要的，一般把建筑物的防雷保護(hù)分為三級(jí)：一類、二類和三類，民用建筑大多采用二類防雷保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于建筑內(nèi)存在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑采用一類防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。建筑的防雷接地系統(tǒng)一般是由引下線、接閃器、均壓環(huán)以及接地體等裝置組成。其中接閃器可以使用避雷帶、避雷針或者針帶組合接閃器。其中避雷帶要沿房角、房脊、房檐等溶液受到雷擊的地方敷設(shè)。建筑表面外露的金屬構(gòu)件和管道要與避雷帶相連接。建筑上的接閃器要同下線焊接相連通。對(duì)于高層建筑物的引下線要盡量利用鋼筋混凝柱的鋼筋作為引下線。選為當(dāng)做引下線的柱內(nèi)兩根主鋼筋的直徑一般不小于12mm，其兩者的連接一般使用焊接法或者綁扎法均可。對(duì)于建筑物周圍引下線的下部適當(dāng)位置要設(shè)置幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，可以把人工接地體同等電位的連接板連接。對(duì)外引連接板同引下線的連接要使用焊接。引下線上端要同建筑的避雷裝置焊接，下端要同接地體焊接。對(duì)于引下線的這種設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)很多，雷電流的泄漏點(diǎn)多、省材料、施工方便以及不損壞建筑物外觀。

在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中接地體的設(shè)計(jì)是另一個(gè)難點(diǎn)。接地體一般是利用樁基內(nèi)部鋼筋作為自然接地體，此種設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是施工方便、工程投資少、接地效果好，設(shè)計(jì)過程應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：利用外圈樁基和基礎(chǔ)梁內(nèi)鋼筋組成的閉環(huán)，如果沒有基礎(chǔ)地梁鋼筋時(shí)，一般用40mmx4mm的鍍鋅扁鋼當(dāng)做連接體，使建筑的外沿敷設(shè)成閉合、環(huán)狀、水平的接地體。盡量把所有樁基都和閉環(huán)連接：對(duì)于作接地裝置鋼筋的直徑如只有一根時(shí)要大于 10ram，一般可以利用基礎(chǔ)粱的底部?jī)蓚€(gè)直徑大于12mm的鋼筋當(dāng)接地體：當(dāng)使用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋當(dāng)接地體時(shí)，其周圍地面的深度要大于0．5m。

四、建筑電氣的防雷

1、外部防雷

外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防護(hù)直擊雷，它是防雷技術(shù)的主要組成部分。外部防雷主要采用避雷針(避雷網(wǎng)、避雷線和避雷帶)和接地裝置(接地線、地極)加以保護(hù)。防雷接閃器是專門用來接收直接雷擊電流的金屬物。建筑物的房頂尤其是房頂上較突出的部位(如房角、房脊、女兒墻與房檐等)最易遭受雷擊，設(shè)置在房頂上的設(shè)備與器具是雷擊的主要對(duì)象。智能建筑多屬于一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)按一級(jí)防雷建筑物的保護(hù)措施設(shè)計(jì)。為了有效防止雷擊，應(yīng)采用針網(wǎng)或針帶組合接閃器，在房頂最高點(diǎn)和其他次高點(diǎn)多處設(shè)置避雷針。避雷網(wǎng)覆蓋于房頂，并延伸到女兒墻上，使房頂、墻均在避雷帶保護(hù)范圍之內(nèi)。該網(wǎng)格與大樓柱內(nèi)鋼筋作電氣連接，利用柱內(nèi) 2根以上鋼筋作引下線，柱內(nèi)鋼筋與建筑物基礎(chǔ)鋼筋這個(gè)自然接地體連接。另外，圈梁鋼筋、樓層鋼筋、外墻面所有金屬構(gòu)件也應(yīng)與引下線連接，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。這樣，不僅可以有效防止雷擊損壞樓內(nèi)設(shè)備，而且還能防止外來的電磁干擾。

2、建筑物內(nèi)部防雷

內(nèi)部防雷包括防雷電感應(yīng),防反擊以及防雷電波侵入。良好的內(nèi)部防雷能減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng),并能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害和雷電磁脈沖所造成的危害。內(nèi)部防雷主要采取等電位連接、屏蔽等措施。

（1）等電位聯(lián)結(jié)

等電位是用連接導(dǎo)線或過電壓保護(hù)器將處在需要防雷空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來的導(dǎo)體物、電氣和電訊裝置等連接起來。為保證建筑物內(nèi)部不產(chǎn)生反擊和危險(xiǎn)的接觸電壓、跨步電壓, 應(yīng)當(dāng)使建筑物地面、墻板和金屬管、線路等都處于同一電位, 為此鋼筋混凝土建筑物應(yīng)在各層的適當(dāng)位置預(yù)埋與房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)防雷導(dǎo)體相連的等電位連接板,以便與接地主干線相連。

高層建筑物內(nèi)各種金屬導(dǎo)體和管道如金屬門窗、設(shè)備的金屬外殼等作等電位連接; 電源線、信號(hào)線通過電涌保護(hù)器實(shí)現(xiàn)等電位連接; 建筑物各處的均壓環(huán)、起到一定電磁屏蔽作用的鋼筋網(wǎng)、各處的電氣以及防雷等電位連接導(dǎo)體形成總等電位連接, 最后與聯(lián)合接地系統(tǒng)相連, 形成一個(gè)理想的“ 法拉第籠”。

（2）合理的屏蔽

建筑物中做屏蔽的主要目的是對(duì)微電子設(shè)備的防護(hù)。對(duì)有大量微電子設(shè)備房間要采取屏蔽措施, 使儀器處于無干擾的環(huán)境中。屏蔽的有效性不僅與房間加裝的屏蔽網(wǎng)和儀器金屬外殼— 屏蔽體本身有關(guān),還與微電子設(shè)備的電源線和信號(hào)線接口的防過電壓、等電位聯(lián)結(jié)和接地等措施有關(guān)。

為了保證非防雷系統(tǒng)的電氣線路在防雷裝置接閃時(shí)不受影響, 應(yīng)采用金屬管布線, 這樣防止雷電反擊的能力強(qiáng), 對(duì)防各種電磁脈沖也具有較好的屏蔽能力。電氣線路的主干線一般集中于高層建筑物的中心部位( 其雷電電磁場(chǎng)強(qiáng)度最弱) , 避免靠近做為引下線柱筋的位置, 縮小干擾的范圍。穿線鋼管和線槽等都應(yīng)與各樓層的等電位連接板和接地母線相聯(lián)結(jié), 達(dá)到良好的屏蔽效果。

用電設(shè)備、配電設(shè)備、配電線路應(yīng)采用防雷電波侵入低壓系統(tǒng)的措施, 從配電盤引出的線路應(yīng)穿鋼管, 鋼管的一端應(yīng)與配電盤外殼相連, 另一端應(yīng)與用電設(shè)備外殼、保護(hù)罩相連, 并應(yīng)就近與屋頂防雷裝置相連。當(dāng)鋼管因連接設(shè)備而中間斷開時(shí)應(yīng)設(shè)跨接線, 在配電盤內(nèi), 應(yīng)在開關(guān)電源側(cè)與外殼之間裝過電壓保護(hù)器。

綜上所述，接地是一個(gè)傳統(tǒng)而應(yīng)用廣泛的電氣安全措施，為了保證接地系統(tǒng)的高效正常運(yùn)行，對(duì)于一些經(jīng)常出現(xiàn)的故障如接地線與接地體的選擇和安裝、接地電弧性短路等問題要特別注意，對(duì)于存在爆炸危險(xiǎn)性的場(chǎng)所接地安裝要更加嚴(yán)格，操作要更加規(guī)范，保證不出現(xiàn)意外。

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