建筑防雷接地技术探析

时间:2022-06-24 04:09:06

建筑防雷接地技术探析

摘要:雷电不仅对工农业生产常造成年重复性的灾害,也常给建筑物,尤其是现代建筑内的弱电设备和计算机控制系统造成损伤,其主要影响因素是建筑防雷接地措施不科学造成的。针对这些问题,本文从接闪系统接地、等电位连接和引下线分流接地及构建大区域接地网等方面对建筑防雷接地技术进行了探讨。

关键词:建筑;防雷接地;技术

中图分类号: TU198 文献标识码: A

引言

在现代楼宇中,无论是民用建筑还是企事业、政府办公楼及金融大厦、移动通信大厦都离不开现代电气设备、通信设备及计算机网络系统,尤其是高层建筑和智能建筑中装设了大量电子设备、通信网络系统、楼宇自动化系统(如火灾报警及消防联动系统、保安监控系统)、卫星接收电视系统及布线系统等。由于装设了现代化设备和控制系统等,增加了建筑服务,提高了企事业生产能力和政府办事效率,提升了人民群众居住生活的质量。但同时,也因这些现代设备是弱电设备,正常工作电压低,抗干扰能力差及设备元件耐压水平低,极易被输电线路和网络线路过电压、雷击电磁脉冲、地电位抬升等物理因子干扰或击穿损坏,造成控制系统紊乱或瘫痪,给企事业生产和人民群众生活安全来来消极的影响或灾难。从理论和实际经验告诉我们,造成这种干扰或损坏的主要因素大多数是因接地装置系统不科学,尤其是各弱电设备接地与建筑防雷接地间不科学造成的。因此,实现安全可靠的多功能建筑,做好综合防雷接地系统是十分重要的。

1.建筑楼房防雷接地系统分析

在整个建筑接地系统中,根据接地的目的性可分为保护接地和工作接地,保护接地又可分为防雷保护接地、安全保护接地、屏蔽保护接地和输电线路、网络线路上浪涌电压电流的保护接地。工作接地可分为计算机逻辑地和交流工作地。保护性接地,接地电阻值一般在10Ω~20Ω左右就很理想了。工作接地,接地电阻值一般要求在R≤4Ω(特殊仪器设备除外)。单从各系统接地作用而论,独立接地是最理想的,但在实际中,无论是楼体内还是楼群间,各地网间的绝缘距离是无法达到要求的,所以,现代科学设计追捧是共网共地共享的理念。这种形式的接地,不仅保证了各接地系统日常的正常工作状态和性能,而当线路有过电压过电流(安装有SPD)或雷电流泄放时,地网瞬间可实现等电位,减小了网络设备间的电位差,达到安全保护作用。在共网共地设计中,接地电阻值应按设备工作需求最小值标准考虑设计。

2.建筑楼房防雷接地技术的应用

在建筑楼房中,无论是安全地、交流工作地,还是计算机逻辑地都要承担双重任务,一是要保障日常工作接地作用的需求,二是还要满足防雷接地的要求。因此,建筑防雷接地系统实质是一项与其它接地“联姻”相互兼容实现多功能的综合接地系统。此文中将从接闪系统接地、等电位连接和引下线分流接地及地网结构系统等方面进行探讨。

2.1接闪系统接地

接闪器是由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网及金属屋面、金属构件等组成〔1〔。设计合理的接闪器在其有效半( H=9.4I2/3)内,雷击拦截效率可达95%或以上,主要设置在LPZ0A空域,作用是保护建筑物和LPZ0B区的设备。在日常建筑防雷工程设计中,接闪器接地有一点式、两点式和多点式接地方式,如独立避雷针(接闪杆)就是一点接地泄放雷电流的,接闪线常是两点接地方式的的,而接闪带和接闪网常是多点接地方式的。所以,在建筑楼房接闪器的设计上,无论楼房顶是平面结构形式的还是起脊式结构的,在接闪器的选择上最好利用接闪带和接闪网,尽量避免安装较高的避雷针。这样,不仅可降低楼房雷击次数,也因多点接地利于接闪分流,大大降低雷击电磁脉冲辐射强度,利于保护LPZ1区内的设备。对于高层建筑还要做好防侧击雷的接闪接地设计,宜从30米处起每隔不大于6m沿建筑四周紧贴墙体安设一圈直径不小于12mm2热镀锌圆钢,(或热镀锌扁钢,其截面积不小于100 mm2,厚度不小于4mm)并就近与引下线或圈梁钢筋连接,达到电气通路。高层建筑的玻璃幕墙、金属门窗及所有的金属构件都要就近接地。这样,便构成了建筑物既可防直击雷又可防侧击雷的接闪系统。接闪带和接闪网最好应选用热镀锌圆钢材(热镀锌扁钢也可以),其规格要符合《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010版)的要求。在接闪器与接地的连接件焊接时,技术要求是搭接焊实,其搭接长度是圆钢直径的6倍、扁钢宽度的2倍以上,保证焊实三面,并做好防腐处理,确保电气通路。

2.2等电位连接和引下线分流接地

防雷接闪系统只能保护建筑物免遭直击雷的破坏,对感应雷、雷击电磁脉冲辐射和泄流产生的电感压降对建筑楼房内的弱电设备和信息网络系统的干扰或破坏的保护是无能为力的,而采用科学的等电位连接、引下线分流和屏蔽接地技术措施,就可较好的解决。等电位连接和引下线分流系统是联结接闪系统与地网装置系统实现均压均流电气通路的关键系统。接闪分流和等电位连接的目的,一是要使雷电流均匀快速泄放入地,二是要降低泄流通道电感压降,减少地电位的抬升,三是要减少雷电流泄放产生的电磁脉冲辐射强度。因此,等电位连接和引下线分流接地技术是确保弱电设备和信息网络系统安全的关键。在分流和等电位连接技术上,主要从三个方面进行考虑设计和施工:一是建筑楼房主体,二是建筑中的各类金属管道,三是输电线路和通信网络线路。

2.2.1建筑楼房主体等电位连接和引下线分流接地

目前,利用建筑楼房柱内主钢筋作为防雷引下线是最常见的一种方式。利用建筑楼房柱内主钢筋作为防雷引下线设计要点:一是钢材料应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求;二是有合理引下线的数量和间距;三是确保连接不错位。按《JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范》规定,当钢筋直径Ф≥16mm时,应利用两根钢筋作为一组引下线;当钢筋直径Ф为10mm≤Ф<16mm时,应利用四根钢筋作为一组引下线;引下线间距规范规定一类建筑按18m,二类建筑按20m,三类建筑按25m. 当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时可按跨度设计引下线〔2〔。在实际设计运用中,从技术审核要求讲,引下线接地间隔最大间距不能超过规范的要求,但其间距完全可小于规范的要求。所以,对于民用建筑楼房部分的桩柱内的钢筋最好都要利用一组设为引下线,高层建筑和智能建筑的桩基主钢筋最好都设为引下线。作为引下线的钢筋注意上下楼层焊接不要错位,应该做好标记,直到顶层。焊接技术要求同上接闪器一样。在等电位的连接上,充分利用建筑各层圈梁中的一组主钢筋焊结成环状并与就近的各引下线连接接地。在楼房进线处设总等电位端子箱(MEB),要求距地面0.3m高并就近接地。在弱电配电间、淋浴间、计算机控制室、强电井和需要安装设备的房间等均预设局部等电位端子箱(LEB),距楼板地面0.3m高,并与构造柱中主筋或圈梁主筋就近接地,以备弱电设备和计算机网络系统接地享用。

2.2.2建筑中的各类金属管道接地

当雷击建筑物时,有相当比例的的雷电流是经出入建筑物的各类金属管道和线路等泄入大地的。所以,做好出入建筑中的各类金属管道接地也是很重要的。首先将进入建筑物的供水金属管道(包括消防水管路)、供暖管道、输电线路和通信线路穿用的金属管(或铠装电缆金属外皮)及金属煤气管道等与在楼房进线处设的总等电位端子箱(MEB)连结,达到电气通路;对建筑物中的各类管道、电梯轨道及屏蔽桥架要与建筑预留的局部等电位端子箱(LEB)就近连结并成电气通路。

2.2.3输电线路和通信网络线路的接地

输电线路和通信网络线路的接地,主要从三个方面采取措施,一是将穿导线埋地的钢管(或铠装电缆金属外皮)与楼房进线处设的总等电位端子箱(MEB)连结,达到电气通路;二是在输电线路和通信网络线路出入楼房处安装电涌保护器(SPD),并与总等电位端子箱(MEB)连结,达到电气通路;三是在出入设备间及计算机房的电源线路和通信网络线路上安装电涌保护器(SPD)并与建筑预留的局部等电位端子箱(LEB)就近连结,成电气通路。值得注意的是 ,连接各级SPD的接地线径要符合规范要求,长度要小于0.5m。要将输电线路的中性线在总配电盘处重复接地,使供电系统为TN-C-S型式。

2.3接地装置

在防雷体系中,接地装置是指接地体和接地线的总合,用于传导雷电流并将其流散入大地。接地体是埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体 。接地装置是综合防雷装置系统中最为关键的部分,散流效率与其结构型式和所处土壤电阻率相关。在建筑楼宇中,防雷接地装置的设计,常以建筑物基础水泥地梁钢架、承台钢筋或桩基主筋作为接地体,并将他们相互连接构成等电位地网。若接地电阻达不到设计要求时,可绕建筑物四周地平面下0.8m深处进行外延敷设接地体,可采用50×50×5mm规格,长度为2.5m左右热镀锌角钢夯实地中,间隔距设5m,并用50×5mm的镀锌扁连接,焊接成环形辐射状的接地网,直到接地电阻值达到设计要求为止。建筑内的交流工作地、安全保护接地、直流工作地和防雷接地的引下线都统一焊接在地网上,实现电气通路共地共享。

另外,在现代建筑楼群中,由于楼房彼此间距小,小区院内现代服务性设施多,如监控摄像头等设施都需要防雷保护接地。为解决地网间相互干扰反击现象,本文主张把各建筑物的接地装置都相互连接一起形成一个大区域的地网 ,这更利于减小地网间电位差 ,实现等电位,提升整体防雷效率。

3.结束语

防雷安全接地技术在整个建筑设计和施工中是很重要的。要得到高效优质的建筑防雷装置系统,设计部门一要根据建筑物的使用性和甲方业务的要求,二要积极争求气象防雷管理部门和专业设计和施工的电信业务部门的意见,这样,更利于提高建筑防雷设计水平。

参考文献

[1]中华人民共和国机械工业联合会。建筑物防雷设计规范[S]。北京:中国计划出版社,2011。

[2]中国建筑东北设计研究院。JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范[S]。北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3]中元国际工程设计研究院。 03D501-3利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装[S]。北京:中国人民大学出版社,2010。

作者简介:

于尚友(1958―),男,大专学历。本溪市气象局业务科技处,工程师,从事防雷工作

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