简论防雷高层电气设计中防雷技术

摘要：加强高层电气设计中的防雷技术的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对高层电气设计中的防雷技术进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：高层建筑；电气设计；防雷

1 高层建筑的特点及对防雷的要求

高层建筑具有如下特点：1）保安要求高———这类建筑内居住着大批人员并拥有众多的贵重设备，所以必须保证高度安全。2）内部配套设备多———内部配套的设施相当多。比如空调机房、制冷机房、生活及消防水泵房、汽车库及变电所等。3）人员密度高———这类建筑内居住着大批人员，尤其是文化娱乐、商业场所的人员密度更高。4）装修标准及工程造价高。以上特点决定了该类建筑的防雷装置设计必须满足以下两方面的要求:一是要保证建筑物安全可靠。高层建筑造价高，人员集中，建筑物的安全直接关系到财产和人员的安全。在进行高层建筑的防雷装置设计时，必须做到安全、可靠，使其在建筑物遭受雷击时能充分发挥作用，保证建筑物的安全。二是防雷装置应力求简单，便于施工。高层建筑必然采用钢筋混凝土结构或钢结构，应充分利用建筑物本身的金属物作为防雷装置的一部分，并考虑经济、安全可靠、电磁屏蔽、美观、维护简单及施工方便等因素，来设计建筑物的防雷装置。

2 高层建筑防雷接地合理设计

2.1 接闪带和接闪网。屋顶的接闪带、接闪网应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。一般来说，高层建筑物的屋顶防直击雷，可沿屋顶周边外墙外表面或屋檐边垂直面上或其外处布设接闪带，屋顶中间设置接闪网，同时经过伸缩缝时应有补偿连接装置。屋面接闪网网格尺寸应严格按照建筑物防雷等级设置；如若暗敷，应注意埋设的深度，按照经验，一般为天面水平层下30~50mm，宜做在防水层上保温层下，埋设太深则无较好接闪效果。但对于斜屋面盖瓦的高层住宅，其接闪器布置和安装时就要注意屋檐、檐脚、屋角等靠建筑物顶处的接闪带是不允许暗敷的；一般来说，高层建筑也不能利用屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器。虽然“新设计规范”没有明确提出高层建筑不能暗敷接闪器，但《建筑物防雷装置检测技术规范》（GB/T21431-2008）第

5.2.2.8 条中明确指出“高层建筑物不应利用建筑物女儿墙内钢筋作为接闪器”。

2.2 接闪杆。据“新设计规范”第 5.2.2 条和第 5.2.3 条，安装在高层建筑顶的接闪杆宜采用热镀锌圆钢或钢管，接闪端宜做成半球状，其弯曲半径为 4.8~12.7mm。由于时刻会受到自然界空气、风力、雨雪、太阳辐射、接闪电流后的电磁力等各种危害影响，接闪杆应重点考虑风力、冰雪、雷击能量

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等对其荷载的影响，选用防腐抗氧化、高物理强度、耐高能量的材料，保证构件安装连接牢固，减少装置能量损耗，并定期对其安全性能进行检测，使其长期有效发挥作用。建筑物顶接闪杆在引雷防护的同时，伴随着很多负面效应（二次效应），主要包括：产生感应雷、增加雷击概率、地电位反击等，使得周围的电子设备和人员极易受到损害。所以高层建筑物，尤其是对现代智能信息系统的高楼，应尽量少用接闪杆，多采用接闪带、接闪网等作为接闪器。形状不规则或难以安装接闪带的高层建筑，可利用接闪杆进行保护。
2.3 金属屋面。现代高层建筑为了美观，外墙较多采用金属或玻璃幕墙。幕墙上封口位于女儿墙外侧，属于屋顶周边，非常容易受到雷击，且幕墙与女儿墙之间的封顶金属板（多为铝制盖板）是良好的导电体，一般面积较大，故可利用作为接闪器。高层建筑要利用屋顶金属板作为接闪器，须满足：板间的连接应是持久的电气贯通；金属板无绝缘被覆层（氧化保护膜与保护油漆不属于覆盖层）。参照国际防雷技术标准（IECl024-1.1993）和日本、美国等国的防雷标准，再加上国内外对高层金属幕墙的实施经验，高层建筑顶作为接闪器的铝板厚度应为2.5~3mm 比较适宜。

3 全方位、系统的雷电防护设计方案

建筑物雷电防护是一个全方位、系统的工程，需建立科学的防护体系，其基本原则和方法是提供合理的雷电流泄放通道，进行分流、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地。根据雷电的侵入途径，在进行雷电防护设计时将直击雷防护、感应雷防护和雷击电磁脉冲防护综合在一起，全方位考虑，层层设防。
3.1 分流。通过引下线将接闪器上的雷电流泄放到大地，分流的效果直接取决于引下线数量的多少。引下线越多，每根引下线通过的雷电流就越小，其感应范围就越小。当建筑物高于 30m 时，从30m 起每隔不大于 6m 沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连。这样可以减小引下线的电感，同时还可以降低反击电压。进入建筑物的电源线路、天馈线路和各种信号线路应在不同的防雷区界面处，以及终端设备的前端根据 IEC 1312 雷击电磁脉冲防护标准和 GB50343-2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范等的要求，分别安装上电源类、天馈类和各种信号类电涌保护器（SPD），然后将这些电涌保护器的接地端与符合规范要求的接地体连接。
3.2 均衡电位。均衡电位指建筑物内的各部位均能构成同一电位（等电位）。将建筑物各部位的结构钢筋和建筑物内各种设备的金属外壳及金属管道都连成统一的导电体，建筑物内部就不会产生电位差，保证建筑物内部不会产生反击和危害人身安全的接触电压或跨步电压，这是现代建筑防感应过电压的有效手段。
3.3 屏蔽。屏蔽的主要目的是对建筑物内的各种通信设备、电子计算机、精密仪器和各种微电子等设备的防护。建筑物内的这些设备不仅在防雷装置接闪时受到电磁干扰，而且易受雷电波的电磁辐射，甚至其他波源发出来的电磁波也会对其产生影响。因此，尽量利用钢筋混凝土结构的顶板、地板、墙面和窗、梁、柱等，使其构成一个六面体的网笼，有效地屏蔽掉各种电磁脉冲侵害。
3 . 4 加强建筑物雷击风险评估。建筑物雷电防护等级应该按照建筑物雷击风险评估报告来确定,结合雷电防护等级来进一步确定电源线路的过电压保护。电涌保护器的安装和参数设置务必应该符合相关规范的要求,2～4级的SPD(电压电涌保护器)应该安装在低压供电线路上,这样一来,就能够可靠保护高层智能建筑内部的通讯设备和计算机网络设备,不至于在电压袭击时出现“盲点”。同时,节日灯之类的室外用电设备也应该安装电源SPD,避免电源系统中涌入雷电产生的过电压,而这些过电压很容易通过线路进入。
结束语：从常见的高层建筑普遍情况出发进行探讨，高层尤其是超高层建筑，在做好顶部直击雷防护的同时，应充分利用建筑物侧面金属构件和防雷接闪器，从才能达到良好的整体防护效果。由于高层建筑结构形式多种多样，新型建筑材料不断涌现，技术规范不断更新，接闪器布设和安装的要求也将发生转变。只有紧密结合工程实际，严格按照规范要求，充分考虑建筑物所处雷电环境，精确计算、详尽分析，对于规范没有细化到位的地方加以科学考虑，采取特殊措施解决特殊问题，才能让建筑物的接闪器有效发挥防护作用，确保建筑物、人员和设备的防雷安全。
参考文献
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