論高層建筑的電氣防雷與接地
——以某工程為例

朱毅斌

廈門市建設工程質量安全監督站（361000）

論高層建筑的電氣防雷與接地
——以某工程為例

朱毅斌

廈門市建設工程質量安全監督站（361000）

為了使建筑物本身、建筑等電位、電氣和電子設備、玻璃幕墻和鋁合金門窗、智能建筑等系統能安全有效地運行，往往需要多種類別的防雷和接地裝置，如何進行科學、有效、合理地設置以及可靠的連接對于建筑物特別是高層建筑至關重要。是電氣工程師首要考慮的問題，以下本文以某工程為例，對高層建筑的防雷與接地的施工進行探討。希望能供同行以后施工時參考借鑒。

建筑；防雷；接地

0 前言

高層建筑結構復雜、專業齊全，包括電氣、綜合布線、建筑幕墻、電梯、消防報警等系統，這些系統的接地都有其嚴格的要求。由于建設單位往往把這些系統分包給不同的專業隊伍，造成各專業在接地系統施工中脫節甚至遺漏，給建筑物使用留下安全隱患，因此必須重視各專業在接地施工中的協調配合與溝通，并應加強接地系統的測試、驗收工作，確保接地安全可靠。筆者認為如何進行科學、有效、合理地設置及安全可靠的連接對于建筑物特別是高層建筑至關重要。是電氣工程師首要考慮的問題。

1 工程概況

某商業大樓由地下1層、地上27層的主樓及裙樓組成，總建筑高度約90 m。主樓屋面設計為鋼結構塔樓，頂端設有針式接閃器。低壓系統的接地形式采用TN－S系統，變壓器的中性線在變壓器室直接接地，進出線電纜的金屬外皮、鋼管、金屬管道等應就近與避雷裝置用Φ12鍍鋅圓鋼可靠接地。建筑外廓燈、節日彩燈、航空障礙信號燈用電設備線路在配電系統電源側裝設過電壓保護器，有效防止雷電波的入侵。不間斷電源輸出的中性線、金屬電纜橋架及其支架、金屬線槽及安裝高度距地面小于2.4 m的燈具金屬外殼均做可靠接地。本工程設總等電位，即進出建筑的所有金屬構件均作可靠接地，廚房、衛生間等設局部等電位，所有金屬構件均與等電位端子作可靠連接。另外為防側擊雷，主樓從七層及以上各層的建筑外墻的玻璃幕墻、金屬門、窗、較大金屬構件均與主體建筑防雷引下線焊通，防雷引下線利用結構柱內大于Φ16兩根對角主筋。該工程的計算機房、重要數據處理中心、程控電話機房、閉路監控中心以及消防控制中心等均采取有效的抗靜電措施。該工程防雷接地、保護接地、變壓器中性點接地及弱電接地共用同一接地體，共用接地體接地裝置的工頻接地電阻要求不大于1 Ω。

2 雷擊成因、入侵途徑及其危害

首先簡單介紹一下雷電。所謂雷電現象，就是雷云與雷云之間以及雷云和大地之間的一種放電現象。直擊雷和感應雷是雷電波入侵建筑物內電氣設備的兩種形式。直擊雷是雷電直接擊中線路并經過電氣設備入地的雷擊過電流；感應雷是由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓，過電流形成的雷擊。建筑物直擊雷的保護由接閃網(帶)，接閃桿或混合組成的接閃器，立柱基礎的鋼筋網與鋼屋架，屋面板鋼筋等構成一個整體，避雷網通過全部立柱基礎的鋼筋作為接地體，將強大的雷電流引入大地。感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產生的,形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內的電氣設備，尤其低壓電子設備威脅巨大，所以說對建筑物內部設備的防雷保護的重點是防止感應雷入侵。

3 防雷接地裝置結構設置

3.1 有關概念

把電氣設備與接地裝置連接起來,稱為接地。電氣設備的接地是保證人身安全及電氣設備正常工作的重要部分，也是防雷技術最重要的環節。

3.2 防雷接地裝置的結構

無論是防直擊雷或感應雷，最終都是通過接地裝置將雷電流送入大地。所以，沒有完善的接地裝置是無法完成避雷任務的。在防雷工程設計、施工、驗收中,人們往往習慣單方面追求接地電阻的數值，將接地電阻的大小，作為衡量防雷工程質量的最重要指標，認為接地電阻越小，防雷效果越好，被保護的對象就越安全。對避雷系統接地裝置的接地電阻值有一定的要求是無可非議的,因為接地電阻越小，散流越快，落雷物體高電位保持時間就越短，危險越小，以至于跨步電壓、接觸電壓也越小。然而接地網的結構合理性，對于現代高層建筑接地系統來說較接地電阻更應受到重視。

3.3 獨立接地已基本被取代

獨立接地是指需要接地的系統分別獨立地建立接地網，且各接地網之間要求有足夠的距離。這種接地方式在20世紀50和60年代采用較多，原因是各接地系統之間不會造成相互干擾，這一特點在通訊系統中顯得尤其重要。但近年來這種獨立的接地方式除非在特別危險的環境下必須采用外，在絕大多數情況下，均采用共同接地方式。由于在一座建筑或一個建筑群范圍內，分別做幾個互相沒有電氣聯系的地網是相當困難的，尤其在現代的大城市更是如此。因采用獨立接地方式時要求各地網之間至少要有近20 m的距離,同時又要與各種地下金屬管道、電纜金屬屏蔽層和各大金屬構件有足夠的距離。這些要求在實際設計和施工中是難以做到的。即便在新建系統時做到了，在日后的系統維護和改造中也極易受到破壞。以上是獨立接地逐漸被取代的根本原因。

4 建立健全層層防護的建筑防雷接地體系

4.1 建立聯合共用接地系統，形成等電位防雷體系

本工程將建筑物各部分的接地(包括交流工作地，安全保護地，直流工作地，防雷接地)與建筑物法拉第籠形成良好連接，從而避免各接地線之間存在電位差，以消除感應過電壓產生。這里有一點要強調，混凝土澆灌前，各鋼筋之間必須構成電氣連接，構件內有箍筋連接的鋼筋或成網狀的鋼筋，其箍筋與鋼筋、鋼筋與鋼筋應采用土建施工的綁扎法、螺絲、對焊或搭焊連接。主要是作為接地體的樁筋與承臺的連接，利用建筑物柱內鋼筋作為引下線及基礎鋼筋作為接地裝置連接成一個整體，構成了一個籠形避雷網，這樣做較好地取得了均壓和屏蔽防雷效果，在混凝土基礎內鋼筋縱橫交錯，彼此經焊接和綁扎后組成了一個完整的接地系統，具有很高的熱穩定性和疏散電流的能力，因此接地電阻低。將地基圈梁內的主筋和基礎主筋聯結起來并把各段地梁的鋼筋連成一個環路，使整個建筑物地下如同敷設了均壓網，地面電位分布均勻，均壓效果好。事實證明，這種措施是非常必要的。

4.2 現代金屬突出屋面防雷接地處理

屋面的防雷則是外部防雷系統的一部分，即接閃器接閃桿、接閃帶或接閃網。馬尾地區屬高雷暴區南面閩江周邊空曠。本工程屋面設計突出鋼結構塔式造型，頂端設針式接閃器并帶有衰減雷電流陡度和幅值功能的電涌保護器，屋面女兒墻輔以Φ12鍍鋅圓鋼接閃帶，主樓建筑高度為99 m，防雷按二類防雷保護措施設計接閃網格要求不大于10 m× 10 m，裙樓主要是附屬建筑，建筑高度為24 m，防雷按三類防雷保護措施設計接閃網格要求不大于20 m×20 m。由于屋面突出金屬構件極易引起雷擊,為此在建筑物上應防止濫用接閃桿保護，盡量采用接閃帶、接閃網保護。該工程為了追求建筑外觀美感，設計突出鋼結構塔式造型，則頂端必須安裝帶有衰減雷電流陡度和幅值功能的電涌保護器針式接閃器。建筑物在防雷方面不論采用什么形式的防雷系統，首先必須考慮防雷效果，對建筑物內部設備的保護,同時還應考慮施工實現的問題。

4.3 電源供配電系統的防雷與接地

為了避免雷電由交流供電電源線路入侵，根據《建筑物防雷設計規范》(GB 50057－2010)第4.3.8條第4、5、6款的相關要求,本工程按二類防雷設置保護措施，配電的保護接地系統采用三級保護。變配電室的高壓側裝設避雷器作為第一級保護，在低壓側的母線上裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器作為第二級保護，以防止雷電侵入大廈的配電系統，由低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設I級實驗的電涌保護器作為第三級保護，并將配電箱的金屬外殼與建筑的防雷接地系統可靠連接。

4.4 建筑等電位連接和接地

等電位連接是接地故障保護的一項基本措施。它可以在發生接地故障時，顯著地降低電氣裝置外露導電部分的預期接觸電壓，減少保護電器動作不可靠的危險性，消除或降低從建筑物外部竄入電氣裝置外露導電部分上的危險電壓。種種電氣災害，均不是因為電位的高、低而引起的，而是由于存在電位差的原因引起放電。采用等電位連接才能有效地消除或減少電位差，使設備和人身得到安全防護作用。

4.5 智能建筑的防雷接地處理

本工程采用等電位連接接地、旁路接地和隔離相結合的方式抑制雷電過電壓。特別指出:對于二類防雷建筑物應采取防直擊雷，防雷電波侵入以及防雷電感應過電壓的接地措施。本工程交流電源系統采用分級保護辦法，即根據建筑物雷擊電磁脈沖防護等級,在配電線路和建筑物的防雷區的交界處，安裝多極電涌保護器，并采用相應等電位連接。此外在隔離措施上智能建筑弱電設備對雷電產生電磁脈沖十分敏感，要特別注意它們的屏蔽問題。本工程將各專業機房沿墻四周做一圈環形接地體，并作局部等電位連接，設有單點連接的接地基準點。環形接地體與機房屏蔽籠上的結構鋼筋每隔一定距離做多次電氣連接，宜每隔5 m左右連接一次。電子設備間的接口，電纜采用隔離變壓器進行直流隔離。同時信息電纜還可采用光纖電纜和光耦合器進行隔離。另外還應注意的一點，就是信息系統的防直擊雷保護應采取抑制性的方法，以減少和避免直接雷擊，采用共用接地系統時，接地電阻值不應大于1 Ω。

5 結語

總之,現代高層建筑的防雷與接地是統一的，二者缺一不可。只有防雷而無接地，無法迅速泄流放電，反之，建筑或設備將直接遭受強大電流的沖擊。無論是哪種情況,系統都將受到嚴重破壞甚至癱瘓。因此，只有對防雷和接地裝置進行科學、有效、合理地配置，使之融為一體，才能最大限度地發揮其防護效果,從而有效地確保建筑及其各系統的穩定、安全、運行。