對建筑物的防雷及等電位聯結的一些設計心得

【摘 要】 汕頭瀕臨南海，天氣潮濕，多雷暴災害，如何做好防雷設計工作，是設計人員的一大艱巨任務。本文結合本人二十年來的實踐經驗，談了幾點設計心得，與大家共同探討，共同進步。

【關鍵詞】 防雷;等電位聯結

Defend building thunder and etc. electric potential coupling of some design insight

Cai Hai-li

(Shantou city jinyuan building design hospital Shantou Guangdong 515041)

【Abstract】Shantou get close to south china sea， the weather be damp， many thunder suddenly and violently disaster， how work well to defend a thunder design work， is design a big Jian huge mission of the personnel.This text combine oneself 20 in the last yearses of practice experience， talk what time design insight， with everyone common study， common progress.

【Key words】Defend thunder;Equal electric potential coupling

隨著社會經濟的高速發展，特別是當人類社會進入電子信息時代后，雷災，防雷等科技名詞和設計已日益引起人們的關注和重視。本人從事電氣專業設計二十年，九十年代初期，你給工程設計防雷，甲方會跟你商量，能不能省啊?搞得你很被動，現在，就算農村建房子，都會讓你先把防雷考慮進去，從這簡單的變化，就可看出人們越來越多的認識到做好建筑物防雷及接地的重要性及迫切性。

隨著信息技術的高速發展，各大城市爭先構建數字化城市，大量的高層建筑拔地而起，其中采用了大量的電子設備，如樓宇自控系統(BA)、消防報警系統(FA)、門禁及保安報警系統(SA)、閉路電視監控系統(CCTV)、綜合布線等等，這些設備的抗干擾能力差、耐壓等級低，最容易受到無孔不入的電磁脈沖(LEMP)的破壞;另一方面由于信號來源路徑增多，系統較以前更容易遭受雷電波的侵入和破壞，雷電的防御工作也已經從防直擊雷擴展到系統的防護。據統計，雷電對電子設備的損壞占設備損壞因素的比例高達26%，防雷過電壓保護已成為具有時代特點的一項迫切要求。因此，作為電氣設計人員，更應該與時俱進，提高專業設計水平，站在時代前列來認識和研究新技術，提高防雷設計水平，做好防雷設計工作，提高人類對雷災害防御的綜合能力。

本人所處城市瀕臨南海，屬沿海城市，且天氣潮濕，屬于多雷暴災害區，如何做好防雷設計工作，是設計人員的一大艱巨任務。現結合本人二十年來的實踐經驗，作為一些設計心得，與大家共同探討，共同進步。

1. 如何確定建筑物防雷等級

如何確定建筑物防雷等級，這是防雷設計的關鍵。首先是要通過計算確定建筑物防雷等級，在《建筑物防雷設計規范》中，根據建筑物的重要性，使用性質，發生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類，如何劃分規范已作出各種規定，在此不再說明。本人認為，對建筑物防雷類別的劃分，除了按規范來定性外，還應由建筑物的預計年雷擊次數N來確定防雷等級。

N=K#8226;Ng#8226;Ae

其中Ng=0.024Td1.3，

N——建筑物年預計雷擊次數(次/a);

K——校正系數，一般情況取1.0;

Ng——建筑物所在地雷擊大地年平均度(次/Km²#8226;a);

Td——年平均雷暴日(d/a);

Ae——與建筑物截收相同雷擊次數等效面積(Km²)。

按公式算出結果與《規范》作比較，由此確定建筑物的防雷等級。按防雷等級，依據《規范》作出相應的防雷設計，在此，提醒設計人員不要憑經驗設計，應通過計算確定建筑物的防雷等級及防雷設計，因為有些建筑物看起來層數不多，高度不大，按第三類防雷等級設計，但是，由于建筑物的等效面積很大，經計算，應屬第二類，所以，一定要先計算來確定建筑物的防雷等級。

2. 接地體的設計

接地體是指埋入土壤或混凝土基礎中作散流作用的導體。接地體要求有足夠小的接地電阻和合理布局。實際應用證明，利用基礎作接地體時，對建筑物地梁的處理是很重要的一個環節。地梁的主筋和基礎主筋應連接起來，并要把各段地梁的鋼筋連成一個環路。這樣才能將各個基礎連成一個接地體。而且地梁的鋼筋形成一個很好的水平接地環，綜合組成一個完整的接地系統。根據GB50057-94第3.3.5條及3.4.3條，利用基礎內鋼筋網作接地體，在周圍地面以下距地不小0.5m，每根引下線所連接的鋼筋表面積總和應符S≥4.24Kc2(二類)或S≥1.89Kc2(三類)其中Kc2=0.44.因此設計應進行校核。施工時應保證按設計圖紙施工。另外，根據IEC規范，強調接地體要環繞建筑物組成一個閉合環路，以接地體長度作為衡量指標。要求由接地體組成的等效圓半徑滿足LRe≤1.當ρ≤700歐姆L=10m，Re>10m， 相應接地體等效周長為63m，即只要地梁L>63m，即可滿足要求。這可作為一個便捷的方式。從本人設計實踐中體會到應強調利用基礎梁底兩主筋且盡可能連成較小網格，以減少跨步電壓反擊危害，降低接地電阻。特別是在一些大跨度的鋼結構廠房，地梁有時間距達20米，這就要求設計時應增加扁鋼埋于土壤中，以降低跨步電壓。一些施工單位為貪圖方便，總是以梁面筋作為接地體。這樣不但連接地電阻達不到要求，而且在受雷擊時會產生反擊，使設備和人員受到傷害，釀成事故。設計人員應在施工圖會審、技術交底時提醒施工單位。

3. 引下線的設計

連接接閃器與接地裝置的金屬導體。根據《規范》第3.3.3條及第3.4.7條，當利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時，可按跨度設引下線。當利用混凝土內鋼筋，鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡。但利用鋼筋作為引下線時應在室內外的適當地點設若干連接板，該連接板可供測量，接人工接地體和作等電位連接用。當僅利用鋼筋作引下線并采用埋于土壤中的人工接地體時，應在每根引下線上于地面不低于0.3米處設接地體連接板。采用埋于土壤中的人工接地體時應設斷接卡，其上端應與連接板或鋼柱焊接。在實踐中，本人認為在設計上引下線應采用鋼柱或混凝土柱內對角鋼筋作為引下線，引下線與自然接地體應焊接。特別是利用鋼結構的鋼柱作引下線時，因鋼柱與基礎的連接大部分是采用螺紋連接，有時采用部分絕緣隔墊，對此應保證電氣連接。在室外適當位置設置連接板作為測試及連接補充人工接地體用。在室內設置接地板以供電氣接地用。在施工過程中，應重點檢查引下線與自然接地體的焊接，引下線與天面避雷帶的焊接，連接板施工時應及時予留并在施工過程中注意保護。

4. 均壓環的設計

利用各層最外圍梁中兩條主筋焊通并與引下線焊通，起均壓及屏蔽作用。此部分在設計及施工中極易被忽視。根據古典電學中的法拉第(Farabay)籠原理，只有這樣，整個建筑物中金屬結構鋼筋連成一體，構成一個大型金屬籠。當雷擊接閃時，該籠起均壓、屏蔽作用。對籠內(即建筑物內)人身，設備不構成危險。而且根據《規范》要求，與引下線相臨的金屬應有一定的距離，以防反擊，但隨著金屬設備、門窗的增多，實際中很難達到要求。所以只能與該籠體連成一體，采用等電位方法解決。特別是在擁有大量電氣電子設備的今天，此措施能簡單而有效保護設備不受雷擊及電磁輻射干擾。所以施工時，應將最外圍梁兩主筋與引下線焊接成環，并應預留扁鐵或螺栓以供鋁合金門窗、金屬欄桿、幕墻構件等連接用。

5. 接閃器的設計

直接接受雷擊的避雷針、避雷帶(線)避雷網，以及用作接閃器的金屬屋面和金屬構件等。本人在設計實踐中體會到:對于辦公室、大型廠房，可采用鍍鋅鋼管或不銹鋼管作避雷帶，具有一定的裝飾作用。對于普通的住宅，則應采用暗裝避雷帶，可利用女兒墻壓頂中兩條不小于10mm的鋼筋作為避雷帶，并在建筑物四角設置避雷小針，供重點保護及測試用，從而降低日常的維護費用。但應注意的是暗裝避雷帶距批蕩面層不應超過10mm，以免雷擊時，擊碎的碎塊太大，墜落時，造成二次傷害。在施工隱蔽驗收中經常發現施工單位對不同標高的避雷帶沒有用12或扁鐵不少于兩處連接，造成整條避雷帶不成環，影響使用效果。

5. 等電位聯結及防雷電波侵入

等電位聯結是在電氣裝置或某一空間內，將所有金屬可導電部分連接起來使其電位相等或相近，從而消除或消減各部分之間電位差，有效地防止人身遭受電擊，電氣火災等事故的發生，此類連接稱為等電位聯結。等電位聯結有總等電位聯結、局部等電位聯結和輔助等電位聯結。

總等電位聯結(MEB):總等電位聯結作用于全建筑物，它在一定程度上可降低建筑物內間接接觸電擊的接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害。它應通過進線配電箱近旁的接地母排(總等電位聯結端子板)將下列可導電部分互相連通:

(1)進線配電箱的PE(PEN)母排;

(2)公用設施的金屬管道，如上、下水、熱力、燃氣等管道;

(3)建筑物金屬結構;

(4)如果設置有人工接地，也包括其接地極引線。

住宅樓做總等電位聯結后，可防止TN系統電源線路中的PE和PEN線傳導引入故障電壓導致電擊事故，同時可減少電位差、電弧、電火花發生的機率，避免接地故障引起的電氣火災事故和人身電擊事故;同時也是防雷安全所必需。因此，在建筑物的每一電源進線處，一般設有總等電位聯結端子板，由總等電位聯結端子板與進入建筑物的金屬管道和金屬結構構件進行連接。

輔助等電位聯結(SEB):指將兩個或幾個可導電部分，進行電氣連通，直接作總等電位聯結，使其故障接觸電壓，降至安全限值電壓以內。

局部等電位聯結(LEB):在一局部范圍內將各可導電部分連通，稱作局部等電位聯結。它可通過局部等電位聯結端子板將下列部分互相連通:

(1)PE母線或PE干線;

(2)公用設施的金屬管道;

(3)建筑物金屬結構;

浴室被國際電工標準列為電擊危險大的特殊場所。在我國浴室內的電擊事故也屢屢發生，造成人身傷害，這是因為人在淋浴時遍體濕透，人體阻抗大大下降，沿金屬管道傳導來的較小電壓即可引起電擊傷亡事故，因此在衛生間作局部等電位聯結可使衛生間處于同一電位，防止出現危險的接觸電壓，有效的保證了人身安全。

對于防雷電波侵入，應采取如下措施:

(1)為防雷電波侵入，對進入建筑物的電纜進出線，應在進出端將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設備接地相連。當電纜轉換為架空線時，應在轉換處裝設避雷器;避雷器、電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

(2)對低壓架空進出線，應在進出處設置避雷器與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到電氣設備的接地裝置上，當多回路架空進出線時，可僅在母線或總配電箱處裝設一組避雷器或其它型式的過電壓保護器，但絕緣子鐵腳、金具仍應接到接地裝置上。

(3)進出建筑物的架空金屬管道，在進出處應就近接到防雷或電氣設備的接地裝置上，其沖擊接地阻不宜大于30Ω。

這樣，就可防止雷電波沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。

以上是本人在民用建筑設計中對防雷及等電位聯結的一些設計心得，不當之處，敬請各位專家批評指正。

參考文獻

[1] 《民用建筑電氣設計規范》(JGJ16-2008)

[2] 蘇邦禮、朱文堅編著《建筑物避雷與接地》華南理工大學 1988年12月

[3] 《等電位聯結安裝》(02D501-2)

[4] 《建筑物防雷設計規范》GB50057-94

[5] 建筑電氣設計手冊編寫組 建筑電氣設計手冊 中國建筑工業出版社

[文章編號]1619-2737(2010)05-24-104

[作者簡介]蔡海麗(1966.8.4-)，女 ，汕頭市金園建筑設計院。