住宅樓防雷接地設(shè)計(jì)分析

深圳市天華建筑設(shè)計(jì)有限公司

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代住宅建筑物的規(guī)模不斷擴(kuò)大，其內(nèi)部各種電氣設(shè)備使用日益增多。我國因雷擊或單相接地故障造成的損失非常巨大，在進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮住宅建筑的形式，并對不同的防雷接地措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

關(guān)鍵詞：住宅樓；防雷接地；設(shè)計(jì)

1 住宅建筑物外部防雷系統(tǒng)

高層住宅建筑的外部防雷系統(tǒng)主要是防直擊雷和防側(cè)擊雷，保護(hù)住宅建筑物本身不遭受雷擊，外部防雷系統(tǒng)裝置主要包括接閃器、引下線、接地裝置和屏蔽。

1.1 接閃器

接閃器主要由接閃桿、接閃帶（線）、接閃網(wǎng)以及金屬構(gòu)件、金屬屋面等組成。接閃桿通過將雷電引向自身使保護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)對象免遭直接雷擊，為了確保被保護(hù)對象免遭直接雷擊，接閃桿需要有足夠的高度，但是當(dāng)接閃桿的高度增加后，雷擊的概率就會加大，為了平衡接閃桿的高度和雷擊概率，應(yīng)采用接閃網(wǎng)或者接閃帶防護(hù)直擊雷，如果采用接閃桿宜盡量用短針多針保護(hù)，這樣可以降低雷擊概率。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)采用氣隙放電、降低阻抗限流等綜合技術(shù)的接閃桿，這種接閃桿能使雷電流波頭平緩、幅值降低，因而可以有效地減少地電位反擊和二次雷擊感應(yīng)所造成的危害。

建筑物接閃器設(shè)計(jì)需關(guān)注幾個問題：1）高層住宅建筑應(yīng)考慮屋頂可能出現(xiàn)的電視天線、衛(wèi)星接收裝置、航空障礙燈、節(jié)日彩燈等。這些裝置均應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，若有裝置在保護(hù)范圍以外則應(yīng)在其上部增加接閃帶、接閃網(wǎng)或接閃桿。2）建筑物屋頂女兒墻上或屋檐明敷的接閃帶、接閃帶支架宜向建筑物外傾斜，使接閃帶位于住宅建筑物外表面或屋檐邊垂直面外，可以防止在雷擊中女兒墻或屋檐外邊緣時，炸裂的混凝土碎塊擊中建筑物旁的人或物，以保護(hù)建筑物近旁人員的安全和設(shè)施的完好。3）對于到屋面的風(fēng)井和煙道，由于其高度通常比屋面高，屬于易遭受雷擊的部位，所以在其蓋板上應(yīng)安裝接閃器，同時與屋面防雷裝置連接，特別是屋頂周圍的一些構(gòu)件（如頂層住宅陽臺的頂板，不在女兒墻接閃帶的保護(hù)范圍內(nèi)）需要敷設(shè)接閃帶。

1. 2 引下線

引下線是將受雷擊建筑物的電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的導(dǎo)體。住宅建筑一般利用鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)的鋼筋作為引下線。引下線的數(shù)量及布置非常重要，引下線應(yīng)沿住宅建筑物和內(nèi)庭院的四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于規(guī)范的要求，應(yīng)盡可能增加引下線的數(shù)量，適當(dāng)減小引下線間距。由于高層住宅引下線很長，雷電感應(yīng)比較大，需要每隔幾層設(shè)置均壓環(huán)，并與建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋和各引下線連接起來，屋內(nèi)金屬物體應(yīng)與建筑物鋼筋作電氣連通，以避免發(fā)生雷電反擊，一般利用住宅建筑物圈梁內(nèi)兩主筋焊接成閉合回路形成均壓環(huán)。

1. 3 接地裝置

接地裝置包括接地體和接地線，主要用于傳導(dǎo)雷電流并將其流散入大地。接地裝置應(yīng)優(yōu)先選用建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及地梁內(nèi)的鋼筋，當(dāng)不滿足要求時，應(yīng)采用鋼管、圓鋼、銅、角鋼或扁鋼等做人工接地體。

1. 4 防側(cè)擊雷

對于高層住宅建筑，雷電有可能從高層住宅建筑物側(cè)部擊中建筑物，在防雷設(shè)計(jì)時側(cè)擊雷的保護(hù)通常不設(shè)專用接閃器。對于高層住宅建筑，應(yīng)根據(jù)高層住宅建筑的防雷類別，每隔一定距離設(shè)置均壓環(huán)，與防雷引下線焊接，將金屬門窗的框架、金屬欄桿與均壓環(huán)聯(lián)結(jié)，以防側(cè)擊雷。

2 住宅建筑物內(nèi)部系統(tǒng)防雷

住宅建筑內(nèi)部防雷系統(tǒng)的主要作用是防雷電感應(yīng)及防雷電波侵入。內(nèi)部防雷既可以減少住宅建筑物內(nèi)雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，又能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害和雷電電磁脈沖造成的危害。內(nèi)部防雷系統(tǒng)由等電位連接、安裝電涌保護(hù)器和屏蔽等組成。

2. 1 等電位聯(lián)結(jié)

等電位聯(lián)結(jié)就是用連接導(dǎo)線將處在防雷空間內(nèi)的防雷物體、金屬物體、外來導(dǎo)體、電氣和電信裝置連接在一起。等電位聯(lián)結(jié)的目的是減少或消除電位差，使電位處于一個平衡的狀態(tài)，從而達(dá)到降低接觸電壓的目的。住宅建筑電源中采用的 TN-C-S 系統(tǒng)，當(dāng)采用等電位聯(lián)結(jié)時，可以將故障狀態(tài)下的接觸電壓降到最低。綜上可知，在對住宅建筑物進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時，等電位聯(lián)結(jié)是防止低壓配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的重要措施之一。住宅建的等電位聯(lián)結(jié)包括總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。

通常的住宅建筑中，衛(wèi)生間和浴室是合二為一的，由于浴室屬于潮濕環(huán)境，易發(fā)生觸電事故，因此在對浴室的電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須要選擇防潮的設(shè)備，做好相應(yīng)的等電位聯(lián)結(jié)。衛(wèi)生間的局部等電位聯(lián)結(jié)就是將一個局部等電位連接端子與浴室內(nèi)的各種金屬管道、金屬構(gòu)件連接起來。

2. 2 合理選擇浪涌保護(hù)器

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對 LEMP 防護(hù)的重視程度達(dá)到了新的高度，根據(jù)雷電防護(hù)分區(qū)的原則選擇設(shè)置電涌保護(hù)器快速泄放電涌電流，有效限制電涌電壓，將危害降低到可接受的程度，是建筑物防雷的一個關(guān)鍵措施。

在建筑物低壓配電系統(tǒng)中，當(dāng)需要安裝電涌保護(hù)器時，其位置選擇如下：1）在 LPZ0（A）區(qū)與 LPZ1區(qū)交界面處穿過的供電及配電線路上應(yīng)安裝符合 I級分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器；2）在 LPZ0（B）區(qū)與LPZ1 區(qū)交界面處穿過的電源線路上應(yīng)安裝符合 II級分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器；3）當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護(hù)不了該配電箱供電的設(shè)備時，應(yīng)在該級配電箱安裝符合 II 級分類試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。

2. 3 合理的屏蔽措施

對高層住宅建筑中的電氣線路和電子設(shè)備進(jìn)行合理屏蔽是防雷電電磁干擾的主要措施。高層住宅建筑的電氣主干線一般沿建筑物的電氣豎井敷設(shè)，敷設(shè)時應(yīng)避免靠近作為引下線主筋的位置。穿線的鋼管和金屬線槽都應(yīng)與各樓層的等電位聯(lián)結(jié)板和接地母線相連接。

配電線路、配電設(shè)備、用電設(shè)備都應(yīng)采取防雷電波侵入措施，從配電盤引出的線路應(yīng)穿鋼管，鋼管的一端與配電盤外殼相連，另一端與用電設(shè)備外殼相連，并就近與建筑物鋼筋相連。在配電盤內(nèi)，開關(guān)電源側(cè)與外殼之間應(yīng)設(shè)置過電壓保護(hù)器。

3 某住宅樓防雷接地設(shè)計(jì)

3. 1 工程概況

該工程建筑高 78. 9m，屬于一類高層住宅建筑。地下兩層為儲藏間，地上二十六層，1、2 層為商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，3～26 層均為住宅。結(jié)構(gòu)形式屬于框架剪力墻結(jié)構(gòu)。

3. 2 防雷等級的確定及防雷接地設(shè)計(jì)

根據(jù)工程性質(zhì)及《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）規(guī)定，本建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式如下：

1）建筑物等效面積

本工程建筑高度 H = 83. 4m < 100m，其等效面積應(yīng)按下列公式計(jì)算：

式中，L、W、H 為建筑物的長、寬、高。該建筑的長、寬、高分別為：L = 58.2m，W = 17.4m，H = 83.4m，代入公式可得：

= 12.68×10-6km2

2）雷擊大地的年平均密度

Ng= 0.1Td式中，Td為年平均雷暴日，d/年。

3）住宅建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

住宅建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式：

N1=K

式中，N1為建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，次/年；K為校正系數(shù)，在這里取1；Ng為住宅建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度；為與住宅建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積。將數(shù)值代入可得：

N1= 0.0029

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》，本住宅建筑應(yīng)劃為第三類防雷建筑物[2]。

3.2.1 接閃器

本工程采用接閃帶（網(wǎng)）作為接閃器，在屋頂上沿女兒墻、屋脊、屋角等易受雷擊的部位設(shè)置接閃帶，接閃帶采用Φ10mm 熱鍍鋅圓鋼。接閃