淺談高層智能建筑物的雷電防護

摘要：隨著建筑物高度的不斷提高和電子、微電子集成化設備的廣泛應用，對現代建筑物的雷電防護提出了更高、更嚴格的要求。本文從現代建筑物高層化、智能化的特點出發，結合對現代防雷、接地技術的理解，從外部防雷、內部防雷和雷電波侵入等方面探討高層智能建筑物的雷電防護措施。

關鍵詞：高層智能建筑物；防雷；接地；電位；雷電波

一、引言

雷電災害是最嚴重的自然災害之一，全世界每年因雷電災害造成的人員傷亡、財產損失不計其數。在雷電發生的過程中，遭受雷擊的建筑物，其內部供電系統的電氣設備或構筑物會引起雷電過電壓，進而產生電壓幅值高達1億伏、電流幅值高達幾十萬安培的雷電沖擊波，對高層智能建筑物的電氣和電子系統危害極大。因此做好高層智能建筑的防雷接地尤為重要。

二、雷擊的主要方式及其危害：

1、直擊雷

閃擊直接擊于建筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產生電效應、熱效應和機械力的雷電。它的破壞力十分巨大，可導致放電通道內的物體發生火災、建筑物損壞、電氣電子系統摧毀。

2、雷電感應過電壓

閃擊在設備、線路或其他物體附件發生，或閃電只在雷云之間發生放電，在附近的導體上由于靜電感應或電磁感應所產生的過電壓。它可能使金屬部件之間產生火花放電，附近的導體產生很高的電位或電動勢。據資料顯示，微電子設備遭雷擊損壞，80%以上都是由雷電感應過電壓引起的。

3、雷電波侵入

由于雷電對布放在建筑物外的供電線纜或金屬管道的作用，雷電波（即閃電電涌）沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。雷電波侵入造成的雷電事故很多，在低壓系統這類事故約占總雷害事故的70%。

4、地電位反擊

建筑物的外部防雷系統（如避雷針、避雷網等）遭受直接雷擊，在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上產生非常高的瞬時電壓，對周圍與他們靠得近而又沒與它們連接的金屬物體、設備、線路、人體之間產生巨大的電位差，這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。

地電位反擊可感生出幾KV至數百KV的反擊電壓，不僅足以損壞電器和設備，也可能造成人身傷害或火災爆炸事故。

三、高層智能建筑物的防雷類別

按照《建筑物防雷設計規范（GB50057-2010）》對建筑物的防雷類別定義，高層智能建筑物應按第二（或三）類防雷建筑物的防護要求進行雷電防護的設計和施工。

四、高層智能建筑物的外部防雷

高層智能建筑物的外部防雷主要防直擊雷和側擊雷，其作用是將直擊雷的雷電流迅速泄入大地（或阻止直擊雷的產生），由接閃器、引下線和接地裝置組成。

1、接閃器

高層建筑物宜采用接閃網、接閃帶或接閃桿，或由其混合組成的接閃器。接閃網、接閃帶應按《建筑物防雷設計規范（GB50057-2010）》的規定，沿屋面、、女兒墻等易受雷擊的部位敷設，在整個屋面組成：第二類不大于10m×10m或12m×8m的網格，第三類不大于20m×20m或24m×16m的網格；屋面上的金屬物體需與接閃器連接，接閃器之間應互相連接。

接閃器的選用，不僅應該考慮傳統的接閃裝置，還應該考慮“可改變雷電主放電通道”的接閃裝置：提前放電避雷針、消雷器、天幕直擊雷防護裝置等，以減少被保護物遭受直接雷擊的可能性。

2、引下線

用于將雷電流從接閃器傳導至接地裝置的導體。專設引下線不應少于兩根，并沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距沿周長計算：第二類不大于18m，第三類不大于25m。

利用建筑物的鋼筋作為引下線時，構件內有箍筋連接的或成網狀的鋼筋，其相互之間的連接，應采用土建施工綁扎法：螺絲扣連接、對焊連接、搭焊連接。構件之間必須連接成電氣通路。

3、接地裝置

外部防雷的接地裝置應圍繞建筑物敷設成環形接地體，每根引下線的沖擊電阻：第二類不應大于10Ω，第三類不應大于30Ω。外部防雷應和防雷電感應、內部防雷、電氣和電子系統等接地共用接地裝置，并應與所有進入建筑物的金屬管線做等電位連接；其共用接地電阻值必須滿足接入設備中要求的最小值。

接地裝置的連接宜采用搭接焊接，其搭接長度不應小于扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍，焊接部位需進行防腐處理。

4、側擊雷防護

當建筑物高于30m時，應采取相應的防側擊措施：

（1）建筑物內鋼構架和鋼筋混凝土的鋼筋應相互連接。

（2）利用鋼柱或鋼筋混凝土柱子內鋼筋作為防雷裝置引下線。結構圈梁中的鋼筋應每三層連成閉合回路，并同防雷裝置引下線連接。

（3）應將規定高度及以上外墻上的欄桿、門窗、金屬管道等較大金屬物與防雷裝置相連。

（4）外墻內外豎直敷設的金屬管道及金屬物應每三層與局部等電位聯結端子板連接一次，并將其頂端和底端與防雷裝置等電位連接。

五、建筑物的內部防雷

建筑物的內部防雷包括雷電感應過電壓、地電位反擊的防護，主要采取屏蔽、等電位連接等措施。

1、屏蔽

利用各種屏蔽體來阻擋、衰減施加在電子設備上的電磁干擾和過電壓能量。具體做法如下：

（1）所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件都應等電位連接在一起，并與防雷裝置相連。

（2）采用屏蔽電纜時其屏蔽層應至少在兩端并宜在防雷區交界處做等電位連接。

（3）在分開的建筑物之間的連接線路，無屏蔽層的電纜應敷設在具有屏蔽功能、導電貫通的管道內，管道兩端分別連到建筑物的等電位連接帶上；具有屏蔽層的電纜，屏蔽層的兩端應連到建筑物的等電位連接帶上。

（4）應將穿入由金屬物、金屬框架或鋼筋混凝土鋼筋等自然構件構成的格柵性大空間屏蔽的導電金屬物，就近與其做等電位連接。

2、等電位連接

穿過各防雷區界面或在一個防雷區內部的金屬物和系統均應在界面處作等電位聯結，等電位連接的要求如下：

（1）所有進入建筑物的外來導電物均應在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區的界面處做等電位連接，并將等電位連接裝置與環形接地體就近連接；環形接地體屏蔽構件上，宜每隔5m連接一次。

（2）所有電梯軌道、電纜橋架等大尺寸的內部導電物，其等電位連接應以最短路徑連到等電位連接裝置，各導電物之間宜多次互相連接。

（3）電子系統的所有外露導電物應以S型星形（或M型網形）結構與建筑物的等電位連接網絡做功能性等電位連接。

六、雷電波侵入的防護

1、室外配電、通信線路宜全線采用電纜直接埋地敷設，在入戶處應將電纜的金屬外皮、鋼管、兩端的屏蔽層接到等電位連接帶或防雷電感應的接地裝置上，在入戶處的總配電箱內裝設適配的電涌保護器。

2、當全線采用電纜困難時，可采用架空線，并應使用一段鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小于15m。

3、從配電箱引至屋頂的配電線路應穿鋼管，鋼管的一端應與配電箱和PE線相連；另一端應與用電設備外殼、保護罩相連，并應就近與屋頂防雷裝置相連。在箱內開關的電源側裝應設II級試驗的電涌保護器。

4、金屬管道，在進出建筑物處，應等電位連接到等電位連接帶或防雷電感應的接地裝置上。

七、結束語

高層智能建筑是集智能型計算機、通信、自控、多媒體、智能電氣、消防等于一身的高層建筑綜合體，對雷電的綜合防護要求更高、更細。在其雷電防護的設計、施工中，不僅要做好直擊雷、側擊雷的防護，更要做好雷電感應過電壓、地電位反擊和雷電波侵入的防護。

參考文獻：

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[5]民用建筑電氣設計規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2008年.

作者簡介：齊金龍（1976.05--）；性別：男，籍貫：陜西省臨潼區，學歷：專科，畢業于鄭州航空工業管理學院；現有職稱：電氣工程師。