建筑防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要點(diǎn)

譚棟梁

摘 要：建筑防雷接地是保證建筑電氣安全的重要措施。為了使防雷接地系統(tǒng)能夠高效、正常地運(yùn)行，根據(jù)建筑實(shí)際情況進(jìn)行合理的防雷接地設(shè)計(jì)至關(guān)重要。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)建筑防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題提出了優(yōu)化措施，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑物；防雷接地系統(tǒng)；等電位聯(lián)結(jié)；浪涌保護(hù)器

中圖分類號(hào)：TU976.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.108

隨著科技的進(jìn)步和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，建筑電氣設(shè)計(jì)要求越來越高，防雷接地設(shè)計(jì)也越來越重要。一旦建筑物遭到雷擊，那么就會(huì)對(duì)建筑物本身和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅。因此，為了保證建筑物、居民和設(shè)備等的安全，在高層建筑防雷設(shè)計(jì)中，必須綜合考慮外部防雷和內(nèi)部防雷，并做好建筑電氣設(shè)計(jì)中的防雷接地設(shè)計(jì)，從而提高居民周圍環(huán)境及建筑物的安全性。只有這樣，才能有效降低雷擊事故的發(fā)生。

1 住宅建筑外部防雷系統(tǒng)

高層住宅建筑的外部防雷系統(tǒng)主要用來保護(hù)住宅建筑本身不遭受雷擊，以防側(cè)擊雷和直擊雷。外部防雷系統(tǒng)裝置主要包括接閃器、引下線、接地裝置和屏蔽裝置。

2 住宅建筑內(nèi)部防雷系統(tǒng)

住宅建筑內(nèi)部防雷系統(tǒng)的主要作用是防雷電感應(yīng)和防雷電波侵入。內(nèi)部防雷系統(tǒng)的安裝既可以降低住宅建筑內(nèi)雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，又可以防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害和雷電電磁脈沖造成的危害。內(nèi)部防雷系統(tǒng)的安裝包括等電位聯(lián)結(jié)、電涌保護(hù)器安裝和屏蔽等環(huán)節(jié)。

2.1 等電位聯(lián)結(jié)

等電位聯(lián)結(jié)是指用連接導(dǎo)線將處于防雷空間內(nèi)的防雷物體、金屬物體、外來導(dǎo)體、電氣和電信裝置連接在一起。等電位聯(lián)結(jié)的目的是減少或消除電位差，使電位處于一個(gè)平衡的狀態(tài)，從而降低接觸電壓。當(dāng)采用等電位聯(lián)結(jié)時(shí)，住宅建筑電源中的TN-CS系統(tǒng)可以將故障狀態(tài)下的接觸電壓降至最低。綜上可知，在對(duì)住宅建筑進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，等電位聯(lián)結(jié)是防止低壓配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的重要措施之一。住宅建筑的等電位聯(lián)結(jié)包括總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)兩種。

在常見的住宅建筑中，衛(wèi)生間和浴室是合二為一的。由于浴室環(huán)境較為潮濕，易發(fā)生觸電事故，因此，在對(duì)浴室的電氣設(shè)備進(jìn)行安裝時(shí)，必須裝設(shè)防潮設(shè)備，并做好相應(yīng)的等電位聯(lián)結(jié)工作。衛(wèi)生間的局部等電位聯(lián)結(jié)就是將一個(gè)局部等電位連接端子與浴室內(nèi)的各種金屬管道、金屬構(gòu)件連接起來。

2.2 合理選擇浪涌保護(hù)器

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)LEMP防護(hù)的重視程度達(dá)到了新的高度。根據(jù)雷電防護(hù)分區(qū)的原則，選擇設(shè)置電涌保護(hù)器來快速泄放電涌電流，有效限制電涌電壓，將危害降低到可接受

的程度，是建筑防雷的一種關(guān)鍵措施。

在建筑低壓配電系統(tǒng)中，當(dāng)需要安裝電涌保護(hù)器時(shí)，其位置選擇如下：①在LPZ0（A）區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處穿過的供電和配電線路上應(yīng)安裝符合I級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器；②在LPZ0（B）區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處穿過的電源線路上應(yīng)安裝符合II級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器；③當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護(hù)不了該配電箱的供電設(shè)備時(shí)，應(yīng)在該級(jí)配電箱安裝符合II級(jí)分類試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。

2.3 合理的屏蔽措施

對(duì)高層住宅建筑中的電氣線路和電子設(shè)備進(jìn)行合理的屏蔽是防雷電電磁干擾的主要措施。高層住宅建筑的電氣主干線一般沿建筑物的電氣豎井敷設(shè)。敷設(shè)時(shí)，應(yīng)避免靠近引下線主筋位置。穿線的鋼管和金屬線槽都應(yīng)與各樓層的等電位聯(lián)結(jié)板和接地母線相連接。

配電線路、配電設(shè)備、用電設(shè)備都應(yīng)采取防雷電波侵入措施，從配電盤引出的線路應(yīng)穿鋼管，鋼管的一端與配電盤外殼相連，另一端與用電設(shè)備外殼相連，并就近與建筑物鋼筋相連。在配電盤內(nèi)，開關(guān)電源側(cè)與外殼之間應(yīng)設(shè)置過電壓保護(hù)器。

3 建筑工程防雷接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 工程概況

以某工程為例，該工程建筑高83.4 m，屬于一類高層住宅建筑；地下2層為儲(chǔ)藏間，地上26層，第1，2層為商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，第3層至第26層均為住宅層；結(jié)構(gòu)形式屬于框架剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2 防雷等級(jí)的確定和防雷接地設(shè)計(jì)

根據(jù)工程性質(zhì)和《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）規(guī)定，本建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式如下。

3.2.1 防雷等級(jí)的確定

3.2.1.1 建筑等效面積Ae

本工程建筑高度H=83.4 m<100 m，其等效面積的計(jì)算公式為：

式（1）中：L為建筑物的長(zhǎng)，取58.2 m；W為建筑物的寬，取17.4 m；H為建筑物的高，取83.4 m。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可得Ae=12.68×10-6 km2。

3.2.1.2 雷擊大地的年平均密度

雷擊大地年平均密度的計(jì)算公式為：

Ng=0.1Td. （2）

式（2）中：Td為年平均雷暴日，d/年。

本工程地處安陽(yáng)市，據(jù)資料顯示，安陽(yáng)市年平均雷暴日Td=28.6 d/年，將該數(shù)值代入式（2），可得Ng=2.86次/（km2·年）。

3.2.1.3 住宅建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

住宅建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算公式為：

N1=KNgAe. （3）

式（3）中：N1為建筑年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，次/年；K為校正系數(shù)，取1.

將相關(guān)數(shù)值代入式（3），可得N1=0.002 9次/年。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》，本住宅建筑應(yīng)劃為第三類防雷建筑物。

3.2.2 防雷接地設(shè)計(jì)

3.2.2.1 接閃器

本工程采用接閃帶（網(wǎng)）作為接閃器，在屋頂上沿女兒墻、屋脊、屋角等易受雷擊的部位設(shè)置接閃帶，接閃帶采用Φ10 mm熱鍍鋅圓鋼。接閃帶應(yīng)與引下線可靠焊接，屋面所有金屬物體、設(shè)備、圍欄等均與接閃帶可靠連接。屋頂接閃帶網(wǎng)格不應(yīng)大于20 m×20 m或24 m×16 m。屋頂接閃帶的具體做法可參考99D501-1和03D501-3。在本建筑的核心筒處加裝防雷裝置，其做法參見QX/T 106—2009第8條和第9條。在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意高層住宅建筑物上的節(jié)日彩燈、航空障礙標(biāo)志照明燈和其他電氣設(shè)備均應(yīng)處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。

3.2.2.2 引下線

本工程將構(gòu)造柱內(nèi)的主筋作為防雷引下線（當(dāng)柱內(nèi)鋼筋直徑Φ≥16 mm時(shí)，將2根主鋼筋焊接作為一組引下線；當(dāng)柱內(nèi)鋼筋直徑為10 mm≤Φ≤16 mm時(shí)，將4根鋼筋焊接作為一組引下線）。引下線上、下應(yīng)分別與接閃帶和接地裝置可靠焊接，在部分引下線距地0.5 m處裝設(shè)接地測(cè)試卡。本建筑接地測(cè)試卡共裝設(shè)有6處，接地測(cè)試卡的具體裝設(shè)方法可參考03D501-4和P38-40。

3.2.2.3 防側(cè)擊雷

為防側(cè)擊雷，自首層起每三層（30 m以上每?jī)蓪樱┭亟ㄖ锼闹茉O(shè)均壓環(huán)一周，均壓環(huán)利用圈梁內(nèi)的兩根主鋼筋焊接成電氣通路，并與防雷引下線焊接。建筑物內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)和金屬物體等與均壓環(huán)連接，18層及以上外墻上的金屬欄桿、金屬門窗和太陽(yáng)能熱水器等較大的金屬物體利用Φ10 mm圓鋼與均壓環(huán)焊接，具體做法參見02D501-2。自標(biāo)高57.9 m以上，建筑物表面的尖物、邊緣、設(shè)備和明顯突出的物體均應(yīng)按屋頂?shù)谋Ｗo(hù)措施處理。

3.2.2.4 接地與等電位聯(lián)結(jié)

本工程將結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和地梁內(nèi)的鋼筋作為接地裝置，將建筑物地下部分最外圈地梁內(nèi)兩根主筋可靠通焊成環(huán)形，并與基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋和室外地下接地扁鋼搭焊作為接地極，接地電阻應(yīng)小于1 Ω，否則應(yīng)增加接地極。本工程防雷接地與電氣安全保護(hù)接地極弱電系統(tǒng)共用同一接地裝置。

對(duì)本建筑物進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)端子箱設(shè)于地下室電表間，將總水管、暖氣管等所有進(jìn)出建筑物的金屬體和建筑物的金屬構(gòu)件與總等電位聯(lián)結(jié)端子相連通?？偟入娢宦?lián)結(jié)可參考02D501-2。

需進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)的導(dǎo)電體包括：電氣接地裝置和接地干線，PE、PEN干線，進(jìn)入建筑物的金屬管道，建筑物結(jié)構(gòu)主筋和金屬構(gòu)件。

設(shè)備房、住宅帶浴室的衛(wèi)生間等處均應(yīng)進(jìn)行局部等電位聯(lián)結(jié)，且所有配電設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備的外殼，電纜金屬外皮和穿線鋼管，各弱電箱，金屬橋架（不少于兩處）均應(yīng)通過接地系統(tǒng)可靠接地，電梯軌道和金屬水暖管道兩端要用25 mm×4 mm扁鋼或25 mm銅導(dǎo)線與接地系統(tǒng)可靠連接。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，在保證建筑電氣的安全方面，防雷接地系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。在進(jìn)行建筑防雷接地設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)特別注意一些經(jīng)常出現(xiàn)的故障，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況嚴(yán)格進(jìn)行接地安裝，并按規(guī)范程序操作，從而保證施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕