高层建筑防雷接地设施的方法初探

摘要: 建筑物的防雷接地问题是设计、施工和监理中的一项重要内容。在防雷系统的施工中,将外部防雷装置与内部防雷装置组成统一的防雷接地系统,能提高建筑物的安全性。现本人仅对该方面谈点自己的解决方法。

关键词:高层建筑, 防雷接地, 雷电过电压

Abstract: the building lightningproof grounding problem is the design, construction and supervision of an important content. Lightning protection system in the construction, external lightning protection device and internal lightning protection device component unified lightningproof grounding system, can improve the safety of the building. Now I only to the aspects to discuss some of their own solution.

Keywords: high buildings, lightningproof grounding, lightning overvoltage

中图分类号： S761.5文献标识码：A文章编号：

引 言

本人曾接触过多栋高层建筑,通过对建筑的电气设计施工图,特别是对防雷系统部分的系统分析,同时在工程施工过程中,与市防雷减灾办有关人员对雷电发生机理和对雷电波引导消除的相互探讨,在现场与施工技术人员对接地装置的设置方式的分析,使本人对防雷装置的减灾作用,特别是针对高层建筑,如何合理的布置防雷接地系统,使其在功能上、布置合理性上、施工难度上、投资最小化上得到改善,感受颇深。

1 雷电过电压

雷电过电压是由于电力系统内设备或构筑物遭受来自大气中的雷击和雷电感应而引起的过电压。其产生的雷电冲击波的电压幅值可高达1 亿V ,电流幅值高达几十万安培,对供电系统、构筑物,以及人们的生命财产危害极大,必须采用有效措施加以防范。

1. 1 雷电过电压的概念

雷电过电压有以下3 种基本形式:

1) 直接雷击(直击雷) ,即雷电直接击中电气设备、线路或构筑物,其过电压引起的强大电流通过这些物体放电入地,从而产生破坏性极大的热效应和机械效应,相伴的还有电子效应和闪络放电;

2) 雷电感应即雷电对设备、线路和其他物体的静电感应或电磁感应所引起的过电压;

3) 雷电波侵入,即雷电沿着线路侵入变配电所和用户的过电压波,雷电流波形见图1 。

由图1 可以看出,开始雷电流急剧增加,雷电陡度δ= d i/ d t ,在1μs～4μs 内δ很快达到最大值,以后随着雷电流逐渐衰减,δ随之下降,造成雷电流的剧烈变化。

1. 2 接地电阻

在高层建筑的设计和施工中,为了防止雷击事故的发生,必须要采取相应的防护措施,一般来说,雷电流通过时,单根引下线的全部电压降为:

Uf j = i ×Rch + L 0 ×L ×d i/ d t 。

其中, Uf j为电压降,kV ; i 为雷电流,kA ; Rch为接地装置的冲出电阻; L 0 为单位长度电感,约1. 5 μs/ m; L 为引下线长度,m;d i/ d t 为雷电流陡度,kA/μs。

从该公式我们可以得出以下几个结论:在防雷接地装置中,接地电阻阻值越小,则瞬间冲击接地电压降就越小,高层建筑物遭烟雾探测器、瓦斯报警器等设备连接到可视对讲系统的保全型室内机上以后,可视对讲系统就升级为一个安全技术防范网络,它可以与住宅小区物业管理中心或小区警卫进行有线或无线通讯,从而起到防盗、防灾、防煤气泄漏等安全保护作用,为屋主的生命财产安全提供最大程度的保障,提高住宅的整体管理和服务水平,创造安全的社区居住环境,因此逐步成为小康住宅不可缺少的配套设备。

受雷击的危险性就越小。所以在高层建筑的设计和施工中,做好防雷接地装置设施,将接地电阻降低到一定值,就能很好的起到防雷的作用。

2 防雷接地系统的组成

2. 1 高层建筑的外部防雷接地系统

1) 接地网。在设计和装设接地装置时,首先应充分利用自然接地体,这样做具有经济、实用、便于施工、节约材料的特点。我市的高层建筑物地下部分一般为1 层地下室,基坑较深,基础多为人工挖孔桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩等桩基础。但不能认为自然接地体埋的越深,接地电阻值就越小,应通过地质勘探报告了解周围的土质情况来确定。

2) 引下线。引下线的作用将避雷带与自然接地体连接在一起,使雷电流构成通路。在高层建筑的设计施工中,通常利用其构造柱或剪力墙中主筋(不应少于2 根,截面不应小于

3) 避雷带和避雷网。避雷带和避雷网普遍用来保护高层建筑物免受直击雷和感应雷。避雷带由避雷线和支持卡子组成,避雷带应设置在建筑物易受雷击的屋檐、女儿墙等处,其作用是引雷效应,雷电流通过引下线向大地泻流,避免高层建筑物遭受雷击。避雷线安装应注意的问题:

a. 避雷线应顺直,不应有高低起伏现象;

b. 避雷线弯曲处不得小于90°,弯曲半径不得小于圆钢直径的10 倍;

c. 避雷线采用镀锌圆钢,直径不应小于8 mm;

d. 镀锌圆钢焊接长度为其直径的6 倍,并双面焊接;

e. 如遇变形缝处应做煨弯补偿处理。

支持卡子安装应注意的问题:

a. 支持卡子采用40 mm ×4 mm 镀锌扁钢,卡子埋深不应小于80 mm;

b. 卡子顶部一般应距建筑物屋檐、女儿墙等表面100 mm;

c. 卡子水平间距不应大于100 mm ,各间距应一致,转角处两边的卡子距转角中心不应大于250 mm;

d. 所有支持卡子应横平竖直,固定牢固。

4) 均压环。在高层建筑的设计和施工中,除了防止雷电的直击外还应防止侧向雷击。超过30 m 高的建筑物,应在30 m 及其以上每隔6 m 围绕建筑物外廓框架梁内将钢筋通长焊接,同时加入一40 mm ×4 mm 镀锌扁钢,做均压不与引下线连接。保证建筑物结构圈梁各点的电位相同,防止出现电位差。高层建筑物外侧的钢门窗、铝合金门窗、玻璃幕墙、栏杆和分体式空调机外挂机的金属外壳及其金属支架等都应与均压环连接,或引防雷圆钢或扁钢至各个接地点,预留一个或两个明露螺栓,供建筑物使用者以后使用。

2. 2 高层建筑物的内部防雷接地装置

高层建筑还应采用内部防雷措施――笼式避雷网即法拉第笼。它是利用建筑物构造柱、剪力墙内的竖向钢筋迅速分流并疏导雷电流,与板内水平钢筋形成笼网状,在一定程度上屏蔽雷电流产生的电磁感应,还可以达到良好的均压环及等电位作用。因此对机房的设计、施工应采取笼式避雷网,对外界的电磁干扰可起到屏蔽作用。基本要求为:

1) 机房内的避雷器、总配线架、设备的金属外壳等均应接在总接地母排上,使弱电系统各回路间相互感应而产生的干扰降低;

2) 机房内总接地装置不应与工频交流接地装置互通,应单独设置接地装置,接地电阻应小于1 Ω ,以提高弱电系统传输信号的质量。

3 结语

目前随着智能建筑物的出现,对防雷接地系统的设计,施工及监理提出了更高的要求。要确保弱电系统传输信号的稳定性、设备的抗干扰性,必须加强内部防雷与外部防雷,以提高整体防雷的效果。

1) 大型建筑的防雷接地系统应全面,以确保建筑物的安全性,它应由外部防雷系统和内部防雷系统结合组成;

2) 利用基础底板水平钢筋搭接成接地网,与桩基钢筋连接形成闭合环路,组成可靠的自然接地体,这样做具有经济、实用、可降低接地电阻、均衡电位的特点。在防雷接地系统的设计和施工中应充分利用自然接地体,尽量不设置人工接地极;

3) 当高层建筑的接地电阻阻值符合设计要求时,可不设置断接卡子,尤其是公共设施(如大厦、饭馆等) 外装修较为豪华,不设置断接卡子可减去对外装修面的影响,提高外装修质量;

4) 除烟囱、水塔等特殊用途的建筑物外,尽量不设置避雷针,减少产生电位差的内部因素。可将屋面凸出的金属管道等与避雷带连接,连成建筑物的等电位体;

5) 在弱电机房的设计、施工时除采取笼式避雷网外,还应在结构设计时保证机房的顶板、底板、墙体内钢筋网格大小一致,同时在机房内设置专用母排,供各种设备的金属外壳接地。

参考文献:

[1 ] J GJ / T 16292 ,民用建筑电气设计规范[ S] .

[2 ] GB 5030322002 ,建筑电气工程施工质量验收规范[ S] .

[3 ] GB 50057294 ,建筑物防雷设计规范[ S] .

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。