建筑電氣防雷接地設計研究

夏凱豪

北京市市政工程設計研究總院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000

0 引言

防雷接地設計是建筑電氣系統(tǒng)的重要組成，主要用于保護電氣系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，排除雷擊對電氣系統(tǒng)的干擾。建筑電氣防雷接地設計是一項煩瑣、系統(tǒng)的項目，需要深入分析其設計要點，以優(yōu)化建筑電氣的運行環(huán)境。

1 研究背景與意義

近年來，在建筑行業(yè)高速發(fā)展的同時，安全事故數(shù)量也在不斷增加。尤其是雷電引起的安全事故，將直接影響電氣設備的平穩(wěn)運行，而且威脅人員的生命安全，嚴重阻礙了社會經濟的持續(xù)發(fā)展。相關資料顯示，全球每年因雷電造成的財產損失、人員傷亡不計其數(shù)，而我國每年有300多人死于雷擊事故。常見的雷電干擾包括直擊雷、側擊雷、雷電感應等，都會對建筑電氣設備造成攻擊與干擾，影響其平穩(wěn)運行。

在建筑電氣設計中，防雷接地設計工作的合理性與防雷接地的效果有著緊密關聯(lián)。建筑內部的電氣設備都屬于極度敏感的設備，非常容易受雷電的影響而出現(xiàn)損壞與故障。再加上隨著信息化時代的到來，建筑內部的很多電氣設備都屬于信息化、電子化設備，如果遭受雷擊事故，造成的損失與危害將不堪設想。此外，還會造成人員傷亡，不利于建筑行業(yè)的良性持續(xù)發(fā)展。開展建筑電氣防雷接地設計時，需要嚴格遵循相應的標準規(guī)范，基于建筑電氣設備的實際情況形成完整的雷電防護網，以預防雷電破壞與干擾。

2 建筑電氣防雷設計要點

2.1 接閃器的設計

接閃器是建筑電氣防雷的裝置之一，主要用于建筑外部雷電防護。接閃器的主要作用為引流，可以將雷電直接引入大地，防止對建筑內部的電氣設備造成損壞[1]。一般情況下，需要將接閃器設置到建筑物防雷裝置的最高處，根據(jù)建筑物的類型與要求選擇接閃器。在接閃器的設計中，需要注意以下內容。

（1）接閃器需要沿著接閃帶布置，且需要設置在屋脊、女兒墻、屋角上，需要選擇金屬材質的接閃器，并在表面鍍鋅，才能承受雷電的攻擊。（2）接閃器的尺寸為10 mm左右，且與室內的金屬物、圍護結構有效連接。（3）接閃器所在的接閃帶網格的設計規(guī)格需要控制在24 m×16 m內，才能起到良好的防雷保護效果。（4）要做好建筑內部所有電氣設備的檢查工作，不得出現(xiàn)任何遺漏，確保充分發(fā)揮接閃器的作用。（5）在接閃器的安裝中，需要嚴格遵循建筑物的防雷規(guī)范標準，根據(jù)建筑類型進行選擇和安裝。建筑物的金屬屋面用作接閃器時，要求金屬板之間的搭接長度大于100 mm，厚度不得小于0.5 mm，不得被絕緣層覆蓋；可以選用混凝土內部的鋼筋作為接閃器，且必須鍍鋅，有焊接的地方必須均勻涂抹防腐漆[2]。

2.1.1 避雷針的設計

避雷針是架設在建筑物最高處的設備，當帶電雷云距地面還有一定距離時，避雷針會感生出相反的電荷，將雷電引在避雷針上。使用避雷針時，需要將其焊接成鋼管或圓鋼。避雷針長度未達到1 m時，鋼管類型的避雷針直徑需要控制在20 mm左右，圓鋼類型的避雷針直徑需要控制在12 mm左右；避雷針長度在1～2 m時，鋼管類型的直徑為25 mm左右，圓鋼類型的直徑為16 mm左右；如果是煙囪頂部的避雷針，鋼管類型的直徑為40 mm左右，圓鋼類型的直徑為20 mm左右。

2.1.2 避雷網的設計

如果使用避雷網（也叫避雷帶），需要明確其適用范圍。一般情況下，避雷網只適用于建筑物的屋頂邊緣、屋脊、屋檐、女兒墻上，對于長度大于寬度的建筑物，最好選用避雷網組成的接閃裝置。必須根據(jù)防雷類別確定避雷網規(guī)格，以達到相應的防雷目的，具體的規(guī)格要求如表1所示。

表1 不同防雷類別下的避雷網規(guī)格

2.2 引下線的設計

引下線也是建筑電氣防雷的主要裝置，其需要與接閃器相互配合將雷電流引入地面，從而達到防雷的目的。引下線是接閃器導體的延續(xù)，需要架設在建筑物的高處，且與接閃器緊密焊接在一起才能真正發(fā)揮作用。在實際設計中，需要注意以下內容。

（1）引下線的常用布置為人工鋪設與天然設置兩種。在人工鋪設時，需要將引下線分為獨立與多根合并兩種，然后架設桿塔，進行電氣設備的防雷保護；在天然設置時，需要利用建筑物的金屬框架發(fā)揮引下線的作用。（2）要想保護建筑的電氣設備，就需要選擇混凝土中的鋼筋、圓鋼作為引下線。如果選擇鋼筋，需要在其表面鍍鋅；如果選擇圓鋼，其直徑不得小于8 mm[3]。（3）引下線的設置需要沿著建筑物外墻表面進行，盡量選擇短距離接地。如果有特殊要求需要暗敷，盡量選擇圓鋼或扁鋼作為引下線。（4）建筑物內部的鋼柱、鋼梁、消防梯等金屬部件可以作為引下線使用，且所有部件都應緊密相連，形成一個聯(lián)通的電氣通路，然后在金屬部件的表面設置絕緣材料。（5）對于二類、三類的防雷建筑，在鋼筋或鋼構件之間的連接處，必須嚴格遵循相應的標準規(guī)范設置引下線，以保護建筑內部的電氣設備。

2.3 接地網的設計

接地網是建筑電氣防雷設計中的關鍵裝置，需要配合接閃器、引下線使用，其作用是將引下線引下來的雷電流散流到大地中，從而防止對建筑電氣設備、人員造成影響。在實際設計中，需要注意以下內容。

（1）嚴格遵循相應的標準規(guī)范，根據(jù)建筑物類型與要求，確定接地網的形狀、尺寸。如果在設計中出現(xiàn)問題，會導致雷電流對建筑電氣設備、人員造成影響。（2）可以選擇鋼筋混凝土內的鋼筋作為防雷接地裝置。如果鋼筋材料較少，或者無法滿足設計要求，還需要采用人工焊接的方式，將圓鋼、鋼管、扁鋼等作為接地網。（3）如果使用人工焊接方式進行接地網的設置，需要將接地網的場地控制在2.5 m左右，最好控制在5 m左右。深度不得小于0.5 m，且需要安裝在凍土層之下，距離墻面、地基要大于1 m。（4）需要做好防腐蝕工作，以保障建筑電氣設備的安全平穩(wěn)運行，保障人員的生命財產安全。

3 建筑電氣接地設計要點

建筑電氣中的接地設計是指將電氣設備通過接地線與地電位相連，從而保障電氣設備的安全平穩(wěn)運行，以及人員的生命財產安全。在接地設計中，需要注意以下內容。

3.1 做好保護接地設計

保護接地可以防止建筑電氣設備的絕緣層損壞后，其金屬外殼出現(xiàn)漏電。通過設計建筑電氣設備的保護接地，可以保護裸露在外的帶電設備或者導體，從而保護人身安全。

3.2 做好工作接地設計

為了維持電氣設備的正常工作，需要將電氣設備的線路接地。采用工作接地方式，可以將電氣設備的線路安全接地，保障電氣設備的平穩(wěn)運行[4]。

3.3 做好防雷接地設計

在防雷接地設計中，可以將雷電流引到地面，防止對電氣設備造成影響。建筑內的計算機系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、電源線路系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等都需要做好防雷接地設計，并將其構成一個整體。

3.4 做好屏蔽接地設計

屏蔽接地設計主要是在電氣設備、電線電纜的布設中，通過金屬屏蔽層的使用，進行電磁的屏蔽與防護，從而保障電氣系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。在實際設計中，需要將電線電纜穿入金屬導管、塑料導管中，且在電線電纜外面包裹一層鋁箔，其厚度為25 μm，可以有效轉移阻抗，起到屏蔽與防護作用。

3.5 做好電氣設備的電磁兼容設計

電磁兼容設計是指在電氣設備的正常運行中對設備進行電磁保護，防止電磁干擾影響或損壞電氣設備的正常運行。在實際設計中，需要選擇大面積、低阻抗接地方式；需要采用正確的電纜電線敷設方式，然后根據(jù)電纜電線的不同分開敷設，敷設在離地面最近的地方，并做好隔離措施；還要進行屏蔽設施的設置，以最大限度地降低接地阻抗，有效屏蔽電磁干擾。對于傳送模擬信號的線路，需要使用屏蔽電纜，并做好接地保護?？梢圆捎玫入娢贿B接的方式，將所有電氣設備進行有效連接，并配合使用保護控制器。

4 建筑電氣防雷接地設計的注意事項

4.1 符合相關要求

無論是建筑防雷設計中接閃器、避雷針的使用還是接地設計中接地線、屏蔽設施的使用，都需要符合相關規(guī)定，才能充分發(fā)揮其價值，承受雷電的攻擊。

（1）使用的設施設備必須符合國家相關規(guī)范標準，需要基于建筑類型與要求選擇與使用設施設備[5]。（2）防雷設施設備需要設置在建筑易遭受雷擊的地方，如屋脊、屋檐等；接地設施設備必須與電氣設備、電線電纜緊密連接，構成一個互聯(lián)互通的電氣系統(tǒng)。

4.2 進行有效連接

進行有效連接是指將建筑電氣的防雷設施設備、接地設施設備有效連接，構成一個完整的回路，以達到防雷接地的目的。

（1）在建筑電氣防雷設計中，需要將接閃器、引下線、接地裝置有效連接，形成一個互聯(lián)互通的防雷網，將建筑物罩在安全范圍內；需要與建筑物的防盜網有效連接，從而構成一個完整的防雷網，防止窗口處的防盜網遭受雷電攻擊。

（2）在建筑電氣接地設計中，需要將電氣設備、電線電纜與接地設施有效連接，且做好接地處理，以構成一個完整的接地保護網。

4.3 做好防腐工作

無論是防雷設施設備還是接地設施設備，都會受到多種因素的影響加劇損壞。因此，需要做好防腐工作，以延長設備的使用壽命，充分發(fā)揮其價值。

（1）防雷設計中的接閃器、引下線、避雷針等會受到雨、雪、雷電的侵蝕，導致金屬材料損壞，降低防雷導電性能。因此，需要使用鋼材質的防雷裝置，且做好鍍鋅處理，以延長使用壽命；也可以將防雷接地設計中的金屬材料用石墨材料替代，以提高穩(wěn)定性，保障使用安全。

（2）接地設施需要長期埋在地下，也會快速腐蝕。在安裝時，需要做好防腐處理，可以通過鍍鋅或涂抹防銹漆提高接地設施的穩(wěn)定性。

4.4 確保協(xié)調配合

建筑電氣的防雷接地設計是一項系統(tǒng)、復雜的工作，需要各系統(tǒng)相互協(xié)調配合，才能達到標準要求。強電、弱電、消防系統(tǒng)等都需要做好防雷接地處理，并加強彼此之間的相互協(xié)調。在防雷接地設計時，要遵循協(xié)調的原則，以提高防雷接地的水平。

4.5 使用優(yōu)質材料

防雷接地材料的優(yōu)劣將直接影響防雷接地的效果。在實際設計中，要使用優(yōu)質材料，禁止使用不合格材料。

（1）在采購材料時，必須做好充分的市場調研，然后選擇信譽良好的廠商，簽訂采購合同。

（2）材料進場后，必須做好質檢驗收，對所有防雷接地設施的質量、性能、規(guī)格、數(shù)量等做好質檢驗收。

（3）質檢驗收結束后，需要將材料放置在陰涼、干燥、封閉的地方，由專人進行保管，防止材料丟失與損壞，避免影響后續(xù)的防雷接地效果。

5 結束語

綜上所述，雷電不僅會損害建筑內部的電氣設備，還會造成人員財產損失，因此，必須做好建筑電氣的防雷接地設計工作，將雷電災害帶來的影響降到最低。在今后的設計中，可以從接閃器設計、引下線設計、接地網設計三個方面做好建筑電氣防雷設計工作；從保護接地設計、工作接地設計、防雷接地設計、屏蔽接地設計、電磁兼容設計五個方面做好建筑電氣接地設計工作。