高層建筑雷電防護工程設計要點

伍瑞林 周寶琴 周 揚

(廣州市防雷設施檢測所，廣東 廣州 510000)

1 高層建筑雷電防護工程設計問題與標準

1.1 常見設計問題分析

據我國相關資料研究，在高層建筑雷電防護工程設計過程中常會因為防雷裝置設計的不規范和不完善，或過分注重建筑物外部LS設計而忽略其內部的LEM設計，使其雷電防護工程在設計階段就存在著缺陷，留下安全隱患。而在防雷裝置設計過程中最容易出現以下三類問題:一是避雷針安裝不當，會引起強烈的感應雷和地電位反擊，還會增加雷擊概率。二是引下線數量設置不當，在無屏蔽網區域或引下線為5根時，，無論如何放置電子設備，建筑物都會受到電磁感應的干擾而損壞;最終導致防雷設計失效。三是設計過程中缺少感應雷的防護措施，雷電電流迅速變化引起強烈的電磁感應，所產生電磁能量在接地防護裝置不完善時難以泄入地下，而產生放電火花，不但會破壞建筑物內電器設備，甚至會引起火災、爆炸、觸電等事故。

1.2 設計標準化處理

對于上述設計問題，在新標準中并沒有明確限制建筑物樓層高度，而雷電防護工程設計主要通過以下三個部分來應對與防范相關的問題。一是關于建筑物雷電防護模式的設計攔截模式主要有滾球法(RSM)、保護角法(PAM)和網格法(MM)，而根據電氣－幾何模型，傳統滾球法(RSM)有較好的理論基礎和大量的實踐證明，是現行模式中最好的一種。二是選用源于傳輸線路和高層建筑的國際大電網組織(CIGRE)雷電流參數，有利于進行科學準確的雷電防護工程設計。三是在安裝設計防護裝置，以保證雷電防護系統的穩定性與有效性。

2 高層建筑雷電防護工程設計總體結構及七大要素分析

2.1 高層建筑雷電防護工程設計總體結構分析

一般在進行雷電防護工程設計時，要深入探究雷電防護工程的整體設計系統。為了更好地解決高層建筑雷電防護工程設計中存在的問題，可建立高層建筑綜合防雷系統的防雷運作區域(LPZ)防雷擊電磁脈沖(LEMP)，按照IEC標準將保護空間劃分為不同的防雷區域(LZ)。

2.2 高層建筑雷電防護工程設計的七大要素分析

根據以上雷電防護系統結構設計及原理分析，這里筆者歸結出高層建筑雷電防護工程設計的七項重要因素，下面進行具體的探討。

2.2.1 接閃功能與接閃器設計。高層建筑物接閃功能應具備裝設獨立或架空接閃器(如避雷帶、針、網)、耐流耐壓能力、連續接閃效果造價以及美學統一性等條件。高層防雷建筑物應裝設獨立架空避雷線(網)或避雷針，通過滾球法來計算確定避雷針保護范圍。在設計時要注意根據《建筑物防雷設計規范》規定，在建筑物的天面，選用合適網格尺寸的避雷網，用導體聯結成一個網狀的雷電保護裝置構成避雷網。當高層建筑物內具有較多的弱電子設備時，屋面上安裝較小的避雷網格形成最大的電磁屏蔽。

2.2.2 分流影響與引下線設計。雷電的分流效果直接受到引下線數量和粗細的影響，數量越多，則雷電流越小，其感應范圍也相應縮小，且相互間距離不小于規范規定。對于高層建筑物，應根據《建筑物防雷設計規范》規定，選擇合適的引下線間距，間距越小且電位分布較均勻，對雷電感應的屏蔽越好;當引下線過長時，在建筑物中間部位增設均壓環，可起到較好的減小電感電壓降、分流以及降反擊電壓的作用。若高層建筑物內具有較多弱電子設備時，按照建筑物的柱距沿其外圍，每隔6m設置引下線，焊接每層圈梁鋼筋，使引下線與各樓層的等電位聯結母線相連，可減少室內金屬物體間的電位差，避免發生反擊。

2.2.3 均衡電位與等電位連接、電涌保護器安裝。在防雷電工程設計時，為了保證高層建筑物內無電壓反擊，可按照《建筑物防雷設計規范》相關規定，在高層建筑物各部分空間不同的LEM的嚴重程度和指明各區交界處等位置預留等電位連接板，與房屋防雷裝置相連，使結構鋼筋與各種金屬管線都能連接成統一的等電位導電體，不僅能有效防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備，同時也可以裝上限制瞬態過電壓和分走電涌電流。對于高層建筑而言，可根據防雷需要和電子系統類型不同，通過構建不同的等位連接網，來有效防止防雷擊電磁脈沖和電壓反擊。對于不超過300kHz的電子模擬系統可采用S星型結構;對于電子系統為MHz級的數字系統，可采用M型網狀結構。

2.2.4 屏蔽作用與間隔距離、屏蔽設計。為了使高層建筑物內的各電子系統免遭雷電電磁脈沖的破壞，有必要在建筑物、設備和各種線路(管道)設計屏蔽，一般應在對各項系統和設備進行耐壓水平調查后，再將高層建筑內部鋼筋、金屬構架與地板、門窗等互焊成法拉第籠，再連接地網構成初級屏蔽網，再根據圖1.2所示在防雷區內施行多級屏蔽。設計時尤其要注意初級屏蔽網的衰減程度和屏蔽層厚度、網孔密度、屏蔽材料以及雷擊點與屏蔽空間的間隔距離，方能有效防衛雷電的襲擊。

2.2.5 接地效果與接地裝置設計。接地裝置可分為自然接地體和人工接地體。在設計時應利用建筑物的基礎構造鋼筋作為自然接地體;對于人工接地體，宜敷設成環形方式;對獨立的垂直接地體而言，可用周圈式接地裝置，接地體靠近基礎內的鋼筋有利于均衡電位;對木結構和磚混結構建筑物需要獨立引下線，并采用獨立接地方式，以鉆孔深埋接地極的效果為最好。在防雷設計中設置共用接地裝置時，還應在建筑物各樓層設備安裝位置，設置接地預留端子或接地地板，進行總等電位聯結和局部等電位聯結。

3 結語

建筑物防雷是一個全面的系統工程，在建筑物的設計階段應先研究防雷裝置的形式與位置，;同時按其在建筑物中的不同作用，防雷設計應從接閃功能、分流影響、均衡電位、屏蔽作用、接地效果、合理布線和電涌保護這七項要素綜合來考慮，使建筑物達到綜合防雷的目的。

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