高层建筑物防雷技术分析

关键词：防雷技术；高层建筑；接地技术 

　　1 高层建筑物特点分析 

　　在中国，自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。高层建筑结构的主要类型主要有框架、框剪、剪力墙、框筒、钢结构等。高层建筑物的特点是人员比较多而且大多数不熟悉电气，室内充满着强、弱电设备，而且大多数经常被人们所接触；较之其他建筑物相比，空间小，且电气线路比较复杂。高层建筑物的主要损害来源于雷电造成的雷电感应及雷电波侵入，因此，不仅仅要保障电气设备、通信设备的安全，对高层建筑物内的人员，建立一个雷电安全的空间也很重要。 

　　1.1 高层建筑物的种类 

　　防雷建筑物分类中建筑物按其火灾和爆炸的危险性、人身伤亡的危险性、政治经济价值分为三类。不同类别的建筑物有不同的防雷要求。 

　　第一类防雷建筑物。指制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量危险物质，遇电火花会引起爆炸，从而造成巨大破坏或人身伤亡的建筑物。 

　　第二类防雷建筑物。指对国家政治或国民经济有重要意义的建筑物以及制造，使用和贮存爆炸危险物质，但电火花不易引起爆炸，或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。 

　　第三类防雷建筑物。指需要防雷的除第一类、第二类防雷建筑物以外需要防雷的建筑物。 

　　1.2 高层建筑物的雷电种类 

　　高层建筑物的雷电种类主要包括：直、侧击雷，雷电感应和雷电侵入波。针对雷电的不同形式我们主要采用接闪、分流、屏蔽、均压、等电位、接地等技术措施。 

　　2 高层建筑物的防雷系统 

　　建筑物的防雷系统分外部防雷和内部防雷两部分。 

　　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。 

　　2.1 建筑物内部防雷 

　　内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防闪电电涌侵入和防生命危险。良好的内部防雷能减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电磁脉冲所造成的危害。内部防雷主要采取等电位联结、屏蔽等措施。 

　　2.1.1 等电位联接 

　　等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压，应当使建筑物地面，墙板和金属管线路等处于同一电位，为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内部防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。由于电力、电讯线路不能直接接到地线上，电涌保护器（SPD）实现了电气等功能，达到安全防雷的目的。 

　　建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于两处直接连接的接地干线或总电位箱引出，等电位联结干线或局部等电位箱间的连接形成环形网络，环形网络应就近与等电位联结干线或局部等电位箱连接，支线间不应串联连接，总等电位联结一般设在地下室或靠近地平面处，将进出建筑物的金属管道、建筑物钢筋接地网、所有强弱电电源线、信号线的接地线进行联结。 

　　高层建筑物内各种金属导体和管道，如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接；电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接；建筑物各处的等电位连接环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接，最后与联合接地系统相连，形成一个理想的“法拉第笼”。 

　　2.1.2 合理的屏蔽 

　　建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。对有大量微电子设备房间要采取屏蔽措施，使仪器处于无干扰的环境中，为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，应采用金属管布线，这样防止雷电反击的能力强，对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位连接板和接地母线相联接，达到良好的屏蔽效果。用电设备、配电设备、配电线路应采用防雷电波侵入低压系统的措施，从配电盘引出的线路应穿钢管，钢管的一端应与配电盘外壳相连，另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应在线路进入室内的配电盘内，在开关电源侧与外壳之间装过电压保雷装置相连。 

　　2.2 高层建筑物针对雷电种类的差异防护 

　　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。以一个建筑物为例，它有防雷、等电位联接及共用接地系统组成，一般采用屋面接闪针（带）、利用建筑物柱内钢筋作为引下线及基础钢筋作为接地装置连接成一个整体，构成了一个笼形避雷网，这样做较好地取得了均压和屏蔽防雷效果。 

　　2.2.1 侧击雷防护 

　　根据建筑物的建筑高度还要考虑防护侧击雷，均压环是高层建筑物为防止侧击雷而设计的环绕建筑物周边的水平避雷带。在建筑设计中当高层超过滚球半径时（一类30米，二类45米，三类60米），每隔6米设一均压环。均压环可利用圈梁内两条主筋焊接成闭合圈，此闭合圈必须与所有的引下线连接。要求每隔6米设一均压环，其目的是便于将6米高度内上下两层的金属门、窗与均压环连接。 

　　2.2.2 雷电感应防护 

　　雷电感应防护有电源防雷，信号系统防雷，等电位联接和金属屏蔽及重复接地。电源防雷是根据楼房建设的要求，配电系统电源防雷应采用一体化防护，由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。信号系统防雷与电源防雷一样，通讯网络的防雷主要采用通讯避雷器防雷。目前，计算机远程联网常采用的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等，通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。通常根据通讯线路的类型、通讯频带、线路电平等选择通讯避雷器，将通讯避雷器串联在通讯线路上。等电位连接是减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。防止雷电反击将机房内的主机金属外壳，UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金、金属窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其他已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间尽量附加多次相互连接。金属屏蔽及重复接地是在做好以上措施基础上，还应采用有效屏蔽，重复接地等办法，避免架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备，尽可能埋地缆进入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电位差。 

　　2.2.3 防止雷电侵入波 

　　为了防止雷电侵入波沿低电压线路进入室内，低压线路最好采用地下铠甲电缆供电，并将电缆的金属外皮接地；采用无铠甲电缆时，最好穿钢管进入室内，钢管两端应做好接地，利用圆管的集肤效应来衰减雷电波入侵是目前防雷的主要手段之一；采用架空线供电时，在进户外装设一组低压阀型避雷器或2～3mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚一起接地。接地装置可以与电气设备的接地装置并用。接地电阻不得大于5～30Ω。阀型避雷器装在被保护物的引入端。其上端接在线路上，下端接地。正常时，避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响系统的运行，当因雷击，有高压冲击波沿线路袭来时，避雷器间隙击穿而接地，从而强行切断冲击波，这时进入被保护物的电压仅为雷电流通过避雷器及其引线和接地装置产生的残压。雷电流通过以后避雷器间隙又恢复绝缘状态，以便系统正常运行。 

　　3 结束语 

　　对高层建筑物来讲，严格按照规范要求，充分考虑建筑物所处雷电环境，精确计算、详尽分析，对于规范没有细化到位的地方加以科学考虑，采取特殊措施解决特殊问题，才能让建筑物防雷措施发挥防护作用，确保建筑物、人员和设备的防雷安全。