高层建筑物防雷探讨

关键词：高层建筑物  防雷  措施

近年来高层建筑如雨后春笋般拔地而起,防雷与接地系统对建筑物的安全使用及电气设备的正常运行有着至关重要的作用,笔者从事防雷工作多年,现结合有关规范和标准要求,谈谈高层建筑防雷与接地系统及其施工中应注意的问题,供同行们参考。

1.建筑物的防雷系统

建筑物的防雷系统分外部防雷和内部防雷两部分。外部防雷保护包括接闪器(避雷针、避雷网或避雷带)、引下线和接地装置等三部分组成;内部防雷保护包括屏蔽隔离、合理布线、过电压保护和等电位联结等。高层建筑通常是利用地梁、承台、桩基等混凝土基础内的钢筋作为接地装置,并利用建筑物混凝土柱内或剪力墙中竖向主筋作为引下线与接闪器连接构成防雷系统。高层建筑的防雷必须将外部防雷和内部防雷作为整体综合考虑,采取措施。

2.雷电危害

雷电是大气中的放电现象。雷电产生于雷雨云之中,是发生雷电的先决条件,气象学中,雷雨云叫积雨云。雷电所产生的强大闪电电流、炽热的高温、猛烈的冲击波效应、瞬变静电场和强烈的电磁辐射等物理机械效应,给人类生活带来种种危害。直击雷,也就是外部防雷。雷电直接击在建(构)筑物和击中人、畜或其它物体。雷电的高电压、强电流所产生的电效应、热效应、冲击波就会造成许多危害,如使人、畜伤亡,建筑物倒塌,森林火灾,油库、火药库爆炸等。直击雷是所有雷电危害中产生的后果最严重的。感应雷,也就是内部防雷。感应和电磁感应,所感应产生的电压、电流对建筑物内的设备危害破坏机会相当高。二次雷可分静电感应和电磁感应。静电一是摩擦生电,二是有带电体侵入产生相反电荷,这就是静电感应。由于雷雨云起先导作用,闪电时强大的脉冲电流使云中电荷与地中和,使大地某部分的静电场剧烈变化,附近金属导体上感应出与先导通道符号相反的电磁。雷雨云放电时,先导通道中的电磁迅速中和,在导体上的感应电荷得到释放,如不就近泄入大地,就会产生很高的电位,容易造成火灾,损坏设备,击伤操作人员等。电磁感应由于雷电流迅速变化,在其周围空气产生瞬间变化的强电磁场,使导体上电磁感应出很高的电动势,这样就产生了感应现象。高层建筑利用梁、柱、地基梁、桩基等结构钢筋,作为防直击(侧击)雷的做法十分常见,利用建筑物桩基础和地下层建筑物的混凝土基础中的钢筋或混凝土中的金属结构作为接地体时,称为自然接地体,也就是将地梁内的主筋和基础主筋焊接起来,并把各段地梁的钢筋焊接成为一个闭合球路,使各个基础连成整体,而且把各段地梁的钢筋形成一个水平接地体,综合组成一个完整的接地系统,这样接地电阻也会相对较小,利于雷电流泄流。为了均衡电位,降低电位梯度。要对高层建筑物30米及以上部分,每隔三层设均压环,也就是将引下线与水平层内的圈梁的外侧钢筋焊接成闭合通路。由此,天面避雷网(针、带、线),引下线,均压环及地基基础的钢筋及金属构件形成一个法拉第笼,这样建筑内各接点形成等电位,而且雷电流也有良好的散流途径。

3.防雷措施

3.1等电位连接

等电位联结是把建筑物内及附近的所有金属管道、机器基础金属物及其他大型的埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的重复接地线、防雷建筑物的接地线统一用电气连接的方法连接起来,使整座建筑物空间成为一个良好的等电位体。等电位的作用是减少需要防雷的空间内各金属物与各系统间的电位差。穿过防雷区交界的金属部件和系统,以及在一个防雷区内部的金属部件和系统都应在防雷区交界处作好等电位连接。采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带处做等电位连接。当外来导电物和电力线,通讯线不同地点进入该建筑物时,则需要设若干等电位连接带,它们应就近连接到共同接地装置(自然接地体)。每幢建筑物内要设总接地端子板,各等电位连接带均从总接地端子板引出。建筑物内部导电物的等电位连接,所有大尺寸的内部导电物,以及电缆桥架的等电位连接应以最短的线路引接到最近的等电位连接带或其他已做了等电位的金属物上。这样,在雷电袭击时,建筑物内部和附近体上是等电位的,因而就不会发生内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。

3.2防雷电波入

侵雷电波侵入也叫高电位引入,是从电源线、信号线、管道等入侵的雷电。雷电常沿着金属道,高变低变线路,信号线路直接入侵建筑物内,危害人身安全和损毁设备。雷电波的侵害造成的损失机率是相当高的。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)的思想要求,当重要的电子设备安装于建筑物内时,应在电源进线处和电子设备供电处根据设备耐过压的能力装设多级避雷器(SPD)。建筑物内配电系统若采用TN-S系统,电子系统设备各类接地系统之间不用加装SPD,而采用直接等电位连接。

3.3屏蔽

当雷电流从建筑物外墙四周的柱子内的钢筋流入接地装置时在其周围形成磁场墙。所以还要把建筑物内的所有电子设备的交流电源线,通讯线,数据传输线的主干线尽量远离外墙敷设,最好放在大楼的中心部位,以减少感应的强度。条件许可时,最好所有线路都穿金属管保护,且将金属管在适当距离做可靠接地。有特殊要求的线路电源侧还应装设隔离变压器,稳频,稳压装置或设备本身加设滤波装置。高层建筑的交流配电系统应采用TN-S或TN-C-S系统。所有的线路,包括竖井中垂直敷设的电力电缆和插接式母线也应有金属外壳屏蔽保护。屏蔽的主要目的是对建筑物内的所有电子设备进行防护。良好的屏蔽不仅使等电位和分流影响迎刃而解,对防雷电电磁脉冲也是最为有效的措施。因此,应尽量利用钢筋混凝土结构内的顶板、地板、墙面和梁柱,使它们构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,使其达到屏蔽的条件。

4.结语

随着高层建筑朝高度智能化与款式时尚多样化发展。在建筑设计时应综合考虑各种防雷因素。以安全、科学为准则,为日后的施工提供方便;并且在施工过程中要协调各方面情况,还要结合具体情况,做到灵活、协调、应变;让建筑物各部件更自然、和谐、美观。希望社会各界,特别是建筑与防雷界共同努力,在这方面做得更完善。

参考文献：

[1]建筑物防雷设计规范

[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范