林森

（福建省閩武建筑設(shè)計(jì)院有限公司）

探討高層民用建筑防雷及接地設(shè)計(jì)

林森

（福建省閩武建筑設(shè)計(jì)院有限公司）

現(xiàn)代化的高層民用建筑正在向智能化的方向不斷發(fā)展，為了確保居民使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全、供電的穩(wěn)定安全以及智能電子機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，都需要有一個(gè)安全可靠高效率的防雷接地系統(tǒng)來維持。因此，在高層民用建筑的防雷設(shè)計(jì)中，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處于關(guān)鍵位置，是上級(jí)質(zhì)監(jiān)部門中間檢測(cè)以及使用客戶特別在意的方面。但是由于社會(huì)在經(jīng)濟(jì)科技方面不斷的發(fā)展進(jìn)步，過去的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案早已不能符合當(dāng)代人們的要求，所以相關(guān)人員需要對(duì)防雷以及接地設(shè)計(jì)不斷研究改進(jìn)。本文就高層民用建筑在防雷及接地設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了一些探討，并提出了幾點(diǎn)建議。

高層；民用建筑；防雷；接地設(shè)計(jì)

引言

目前，建筑工程設(shè)計(jì)師們?cè)诟邔用裼媒ㄖ览追矫?，通常都是使用接閃桿來解決建筑物在遭受雷電擊中時(shí)的安全問題，往往會(huì)忽略掉在接地設(shè)計(jì)上的研究探索。在雷電災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，單單對(duì)高層民用建筑物采用安裝避雷針的防雷處理方案，正常都是達(dá)不到預(yù)想的防雷效果的。在有關(guān)的調(diào)查資料中表明，在我國每年所發(fā)生的各類型的大小突發(fā)性雷電事故中，由于感應(yīng)性雷電擊中建筑物而造成的事故占到所有雷電擊中事故的80%，有75%以上的雷電擊中事故是由于線路被入侵導(dǎo)致的。所以，對(duì)高層民用建筑物的防雷問題進(jìn)行深刻的探討是很有必要的。

1　對(duì)高層民用建筑防雷的基本認(rèn)識(shí)

1.1高層民用建筑防雷接地的概述

雷電對(duì)于高層民用建筑可以造成巨大的破壞，它可能會(huì)威脅到居民的生命健康財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)建筑物內(nèi)部的電力以及電信等設(shè)備造成不可估量的損壞。由閃電帶來的破壞性不僅僅是在雷電直接攻擊建筑物時(shí)產(chǎn)生的熱會(huì)導(dǎo)致電力喪失基本的供應(yīng)能力，還會(huì)由于雷電流的靜電感應(yīng)以及電磁感應(yīng)使得雷電波具有了入侵功能。高層民用建筑物很容易受到雷擊的傷害，如今高層建筑的智能化越來越普及，更多的電子機(jī)械設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被應(yīng)用于高層民用建筑的管理建設(shè)中來，一旦遭受到雷電的擊中就會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的后果發(fā)生，因此防雷接地系統(tǒng)具不具有安全可靠性是十分重要的。

1.2高層民用建筑的防雷原理和分類

在法拉第的防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提煉出的高層民用建筑防雷原理是由建筑物表面的接閃網(wǎng)帶、地下引線以及接地裝置三部分構(gòu)成，它具有系統(tǒng)性的特征。其目的是為了防止雷電感應(yīng)、防止雷電波的侵入以及進(jìn)行閃電保護(hù)等，需要考慮到分流平衡電勢(shì)且合理的布置接地線路，才會(huì)在高層民用建筑的整體上形成內(nèi)部防雷系統(tǒng)和外部防雷建筑裝置，大大的提升建筑物的防雷效果。高層建筑物的防雷工作通常分三類：①防護(hù)有專用途徑的建筑物；②重點(diǎn)或者人員稠密的大型建筑物；③需要依據(jù)具有情況做好防雷工作的建筑物。

1.3高層民用建筑接地設(shè)計(jì)的概念

接地設(shè)計(jì)是指供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的中性點(diǎn)以及設(shè)備外露的導(dǎo)電部分經(jīng)過導(dǎo)體和大地相連接的過程。細(xì)分的話可以分成使用接地、防雷接地以及防護(hù)接地等三個(gè)部分。因?yàn)楣ぷ魇褂媒拥厥怯捎诠╇娤到y(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需求而連接的，所以通常都會(huì)有電流流過接地電極，但是僅僅是幾安培到幾十安培不等的微小電流。當(dāng)供電系統(tǒng)接地環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)，會(huì)有上千安培的工作電流流過接地電極，此時(shí)該電流會(huì)被繼電保護(hù)裝置在0.1s內(nèi)切除。

防雷接地的設(shè)計(jì)目的是為了降低過電壓帶來的不良影響，通常是通過接閃桿或者接閃帶和大地進(jìn)行連接。防雷接地只有當(dāng)雷電擊中時(shí)才會(huì)出現(xiàn)電流流過，流進(jìn)防雷接地電極的電流雖然經(jīng)過時(shí)間較短，但是一般情況下其幅值會(huì)達(dá)到上百千安培。防護(hù)接地是在設(shè)備的絕緣層發(fā)生損壞帶電時(shí)起到保護(hù)人員的生命安全的作用，一般采取在供電設(shè)備外添加的金屬殼或者鋼筋混凝土桿等方法。防護(hù)接地僅僅是在設(shè)備絕緣層出現(xiàn)問題時(shí)才會(huì)發(fā)生電流流過的現(xiàn)象，它的幅值會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大范圍的變化，因此一定要針對(duì)接地電機(jī)的幅值變化進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定范圍，采用相關(guān)有效的安全方案來確保設(shè)備和人身安全。

圖1　防雷接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2　高層民用建筑物在防雷措施上的不足

2.1高層建筑物防雷外部裝置問題

高層民用建筑的外部防雷裝置主要是為減少直擊雷以及側(cè)擊雷造成的傷害，通常是通過接閃桿、地下引線以及接地裝置來使得建筑物自身不受到雷電的傷害。高層民用建筑物最容易被雷電擊中的部分是表面突出水平的部分，按照相關(guān)的規(guī)定要求采取接閃桿或者接閃帶組成接閃器進(jìn)行防護(hù)的方案，表面上直接暴露的金屬物體都需要和防雷設(shè)備連接起來。針對(duì)側(cè)擊雷的防護(hù)工作，需要在高層民用建筑物30m的部位開始，每隔三層在外墻的窗框上面水平的放置鍍鋅扁鋼作為均壓環(huán)，對(duì)暴露在外金屬結(jié)構(gòu)的門窗以及管道等起到防雷保護(hù)作用。

根據(jù)相關(guān)的強(qiáng)制性規(guī)定，當(dāng)各項(xiàng)安全防護(hù)接地設(shè)備合用同一個(gè)接地裝置時(shí)，接地電阻值必須小于等于1Ω。在實(shí)際的生產(chǎn)建設(shè)過程中，很多的高層民用建筑雖然將其內(nèi)部的基礎(chǔ)性鋼筋網(wǎng)用作于公共的接地設(shè)備，并且各個(gè)防雷設(shè)備都與接地裝置相連接，但是作為公共接地設(shè)備的電阻值達(dá)不到小于1Ω的指標(biāo)。

2.2高層建筑物防雷內(nèi)部設(shè)置缺陷

高層民用建筑物內(nèi)部的防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包含防雷電感應(yīng)、防雷電反擊以及防雷電波侵入這三項(xiàng)必不可少的保護(hù)措施。建筑物內(nèi)采用完善良好的內(nèi)部防雷裝置可以大大降低雷電的流通量以及所產(chǎn)生磁電效應(yīng)帶來的影響，并且能夠做到防止雷電反擊所帶來的二次雷電災(zāi)害和降低雷電磁脈沖所帶來的影響。在高層民用建筑物中忽視安裝電涌保護(hù)器的作用，電涌保護(hù)器可以在供電線路的各部分尤其是交界處消除雷電帶來的過電壓。對(duì)高層民用建筑內(nèi)部的各種進(jìn)出線路不進(jìn)行合理有規(guī)律的埋填鋪設(shè)，大大的提升了建筑物遭受雷電災(zāi)害的可能性，對(duì)于高壓進(jìn)線柜、計(jì)算機(jī)房配電箱以及部分特殊需要額外保護(hù)的裝置更加應(yīng)該對(duì)其增加點(diǎn)涌保護(hù)器。

圖2　TN-S保護(hù)接地系統(tǒng)連接圖

3　高層民用建筑防雷接地設(shè)計(jì)的改進(jìn)

3.1建筑物中采取合理的屏蔽

高層民用建筑物中采取合理的屏蔽設(shè)置是為了保護(hù)建筑物內(nèi)使用的微電子裝置，通過屏蔽設(shè)置可以使得儀器設(shè)備處于無干擾的環(huán)境之中。為了確保不用于防雷接地系統(tǒng)的供電線路不受到防雷接閃的影響，就需要在其外部添加金屬管，增加供電線路的預(yù)防雷電反擊的功能，同時(shí)也使得其可以屏蔽掉各類電磁脈沖。高層民用建筑物內(nèi)的穿線鋼管以及線槽等都需要和各樓層的等電位連接板以及接地母線之間進(jìn)行連接，以增加整體建筑物的屏蔽能力。應(yīng)當(dāng)將先進(jìn)的防雷電波侵入系統(tǒng)投入使用在供電裝置以及配電線路上，將配電盤中引出的線路配上鋼管保護(hù)殼，并且將其和整體建筑物的防雷裝置相連接，還需要在配電盤的電源開關(guān)位置和外殼之間轉(zhuǎn)配上電壓保護(hù)器。

3.2加強(qiáng)建筑物對(duì)人身安全的保護(hù)

建筑物中防雷接地設(shè)計(jì)可以有效的預(yù)防人體、機(jī)械設(shè)備以及各類線路受到雷電擊中的傷害，降低靜電帶來的危害程度、確保建筑內(nèi)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了更好的達(dá)到設(shè)計(jì)目的，需要將供電設(shè)備中一般狀態(tài)下不帶電的金屬環(huán)節(jié)和接地極之間進(jìn)行連接，以此來確保人體不受到雷電擊中的傷害。針對(duì)已經(jīng)完成防雷接地設(shè)計(jì)的供電裝置，當(dāng)它出現(xiàn)外絕緣層被破壞且外殼帶電的情況時(shí)，接地電流將同時(shí)沿著接地極和人體兩條通路流過，只有降低接地極電阻的大小，才能較少流過人體的電流量，使得人體受到的觸電傷害大大減少。因此，在高層民用建筑的防雷接地設(shè)計(jì)方面要要嚴(yán)格控制接地電阻的值。

3.3減少雷電對(duì)供電系統(tǒng)的影響

高層民用建筑物中供電系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)通常都是采用中性點(diǎn)接地的方法，所以中性點(diǎn)和大地之間的電位差基本上等于零。當(dāng)相線發(fā)生碰殼或者接地的情況時(shí)，容易導(dǎo)致中性點(diǎn)的絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)損壞，接地線路中的電流在較短的時(shí)間升幅值發(fā)范圍升高，對(duì)建筑物內(nèi)部的供電系統(tǒng)造成危害甚至存在發(fā)生火災(zāi)的可能，因此需要在接地設(shè)計(jì)中添加中性點(diǎn)的接地線，從而確保繼電裝置的安全可靠性，可以有效的預(yù)防通信系統(tǒng)中雜音的出現(xiàn)，提高建筑物防雷接地系統(tǒng)的抗打擊能力。

4　結(jié)語

因?yàn)楦邔用裼媒ㄖ姆览紫到y(tǒng)直接影響到建筑物以及建筑物內(nèi)部機(jī)械設(shè)備、工作居住人員生命財(cái)產(chǎn)安全的問題，所以建筑設(shè)計(jì)工程師在對(duì)建筑進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)時(shí)必須具有責(zé)任意識(shí)，上級(jí)有關(guān)部門對(duì)項(xiàng)目的施工建設(shè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)管理和監(jiān)督。要大大降低因?yàn)榻ㄖ锏姆览紫到y(tǒng)不完善而導(dǎo)致意外事故發(fā)生的可能性，尤其針對(duì)容易造成火災(zāi)事故或者人員傷亡的高層民用建筑物，其具有的防雷接地系統(tǒng)必須符合相關(guān)的設(shè)計(jì)施工規(guī)定要求。因?yàn)橐坏└邔用裼媒ㄖ览紫到y(tǒng)不保護(hù)作用發(fā)生火災(zāi)事故，很容易導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重的情況出現(xiàn)，所以建筑物中防雷系統(tǒng)是監(jiān)督工作中不可忽略的重點(diǎn)。

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2015-7-8