民用建筑电气防雷设计常见问题分析

摘要：针对民用建筑电气设计中常见问题，结合笔者的设计经验，本文从供配电系统、变配电所设置、低压配电、线路选择及敷设、消防系统、防雷接地等六个方面对电气设计中的一些常见问题进行分析和探讨，以供电气设计人员参考。

关键词：民用建筑；电气设计；常见问题；分析；探讨

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

长久以来，雷电灾害作为最严重的自然灾害之一，一直威胁着人们的生命和财产安全。尤其是在21世纪，社会已经全面进入了信息时代，雷电灾害的影响也越发显得突出。我国每年因为防雷措施不完善而导致的人员伤害以及通讯系统、计算机系统等设施的损坏不计其数。

一、防雷接地的基本概况

我国现行规范采用基础接地体后，提高电气装置的安全可靠性及防雷是非常重要的问题。国外的相关资料中表明，接地体由建筑物结构基础构成，其一般为0.1-1Ω接地电阻，比人工接地体电阻要小很多。现对建筑结构基础的接地电阻以理性的推算：首先可以把庞大的基础看作半球状的等效电极，置换成半球状接地极（具有相等表面积把土壤与基础接触的表面积），设其半径为r，基础所在土壤电阻率为P，则通过公式A=2πr2计算出基础表面积，理想的接地电阻为

P==

一般来说此值都小于1Ω。但是从理论上讲，高层建筑基础均需作防水处理，由于都有地下室，防水卷材一般都是将箱形基础包裹起来，是与大地绝缘的，因此在设计中解决这个可以有效减小接地电阻值。由雷电流的散流途径长，在高层防雷设计中，电位梯度从接闪器通过引下线到接地装置非常大。因此，降低电位梯度，均衡电位，也是需要重视的问题，因此对于均压环及竖向管线的等电位连接在设计及施工中变得特别重要。

图1附近雷击时的环境情况

二、防雷与接地措施问题

（一）、建筑物防雷引下线布局不合理

在进行建筑物的防雷设计时，往往注重引下线的间距和数量，而忽视了其合理的布置，在许多屋角为直角的转弯处没有设置防雷引下线。当屋角受到雷击时，因屋角没有设置防雷引下线，致使巨大的雷电流得不到及时泄流，从而导致屋角破损。因此，在进行建筑物防雷引下线设计时，除应注意符合规范中规定的间距、数量外，还必须注意其引下线的布置合理性，从而达到防雷效果。

（二）、防雷措施表达不准确

依据GB50057―2010第4．1．1条的规定，各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置，并应采取防闪电电涌侵入的措施。许多设计者在设计说明中仍说明本设计采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。防雷电波侵入的说法与规范中的术语不符，表达不准确，应以GB50057―2010中的术语为准，准确表达各种防雷措施。

三、雷电防护设计以及措施

随着经济的发展，伴随新技术和新材料的运用，现代建筑的设计逐渐趋于大型化、多样化和复杂化。大量的建筑体本身是高层或者超高层，其外部轮廓形式多变，维护结构的材料也多种多样。其内部需实现的功能也非常多，有很多的系统为其服务，如高低压配电系统、计算机系统、电话系统、监控系统、自动控制系统等。这些系统大量采用计算机、交换机、摄像机、路由器、控制器等精密电子设备，若保护不善，极易遭受雷电的破坏。因此需制定一个比较全面的防雷设计方案，保护好建筑物、内部人员和各系统的安全。

（一）、直击雷的防护

直击雷的防护由三部分组成:接闪器、引下线和接地体。目前建筑物的接闪器主要采用在屋面设置避雷带，避雷带需在屋角、屋脊、屋檐和女儿墙等易受雷击的地方敷设，并在屋面上组成满足防护等级要求的网格。部分地方不适宜设置避雷带的，可局部采用避雷针，但所有的避雷针应和避雷带相互连接。在实际设计时有几个地方需要注意:(1)建筑物中庭的玻璃顶需采取防雷措施，否则一旦遭受雷击则伤害极大。若周边有塔楼，需根据滚球法复核其是否处在塔楼的保护中。若周边没有高出建筑物，则需在玻璃顶四周设置避雷针进行保护;(2)高层建筑的屋面四周在敷设避雷带时需采用明敷。若采用暗敷，当遭受雷击或表面水泥块受到雷电的作用时，会掉落引起人员伤害;(3)要仔细研读各专业图纸，将屋面上的装饰性构筑物、屋面设备的金属外壳等纳入防雷系统，不应有遗漏;(4)高层建筑需按规范要求设置均压环。当采用大面积玻璃幕墙的时候，需特别注明其金属框架的电气连通以及和均压环的可靠连通。

（二）、侧击雷防护

当超过其滚球半径hr的建筑物高度时，应采取下列等电位和防侧击雷措施于建筑物超出hr及以上部分。比其滚球半径60m要高，如果是高90m的井塔，就需要进行保护防侧击雷。采取以下措施实践中防侧击雷：

1、将建筑物内柱、梁、墙，基础的主钢筋互相连接；

2、将比较大的金属物如金属门窗，60m及以上部分，墙上的栏杆等通过金属门窗预备钢板或直接与防雷引下接地装置相连；

3、设置若干接地端子板与引下线相连，在建筑物标高60m的外墙上，然后组成防侧击雷的均压环用扁钢相连。

图2确定建筑物上任两接闪器在所需断面上的保护范围

（三）、低压电源系统的防护

根据分区防雷、分级保护的原则，一般低压线路应采用三级防雷措施，可在低压电源总进线处安装第一级防雷器。由于此处离室外距离较近，作为第一级防护，要求防雷器能够承受较大的通流量，将较多的雷电流从此位置引入大地。在楼层分配电箱内设置第二级防雷器。由于此处接近后端用电设备，因此要求第二级防雷器具有较好的电压限制能力，能将雷电波引起的过电压限制在线路和设备能承受的水平。对于通讯机房等重要电子设备的电源，我们还需要加装第三级防雷器来进一步降低过电压水平，来确保对精密电子设备的保护。

（四）、卫星电视系统的防护

现代建筑尤其是星级酒店都会装有卫星电视系统。其卫星信号接收器通常都位于屋面等高处，除自身容易遭受雷击外，还极易成为雷电波入侵的入口。我们需将信号传送的同轴电缆在进入屋面机房前，将其金属保护层与避雷系统引下线保持两点以上的可靠连接。进入机房后，应做好等电位连接和接地工作。并在电缆与设备连接部分加装专用防雷器。

（五）、防雷设计和施工的配合

防雷设计有其特殊性，很多时候设计做得较合理，但效果却不好。这是因为防雷措施在很多方面都是和土建施工紧密结合在一起的，尤其是引下线和接地体部分。如果施工过程不到位，是很难达到设计效果的。在施工中常见的问题有:(1)现代建筑结构复杂，常存在结构转换层。施工中没有注意到，造成上部主筋和下部主筋错接;(2)引下线在跨越伸缩缝时没有补偿，可能会造成断裂;(3)认为屋面避雷带影响美观，擅自移位或不满足设计要求的，可用其它材料代替;(4)没有从接地体中做出引出线，造成后期进户管线无法接地;(5)幕墙与建筑主体防雷系统的连接点不满足要求。这就需要设计人员经常到现场指导施工，把设计和现场施工紧密结合起来，使防雷效果最终达到预期的目标。

（六）、计算机网络的防护

计算机网络的信息传输主要采用两种线路，一种是外部数据接入的光纤，一种是内部数据交换的双绞线。光纤在引入时，其外部保护层极有可能引入雷电流，造成光端机的损坏。因此，在光纤进入机房时要做好其外层的接地工作。内部的双绞线在雷雨天也会感应出很高的过电压。尤其是现代建筑，无论是在垂直高度上还是平面长度上距离都很大，这个较长的线路上更容易感应出过电压。根据国家相关规定，在设计时，长度为3m-50m的一端需加装防雷器;大于50m的两端均需加装防雷器。数据线防雷器的防雷效果受到信号损耗的制约。在安装防雷装置时不能影响网络的正常工作，所以在选择防雷器时需统筹考虑网络速率、网络结构、综合布线等。这样才能既达到防雷效果，又不影响网络的正常性能。

结束语

本文对民用建筑电气防雷设计中易出现的问题进行了分析，并提出了解决方案，供其他设计人员在进行该类建筑物的防雷设计时参考。

参考文献

[1]李蔚．建筑电气施工图设计审查常见问题分析［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

[2]黄声锦，蔡河章.建筑物防雷装置设计常见的问题分析[J].福建建筑，2012(02)