高层建筑物防雷接地性能检测方法探索

【摘 要】本文通过分析传统三极测量法测对地电阻在高层建筑物防雷检测中的不利因素，并对现代高层建筑物的防雷接地性能检测原理和结构特点进行分析，得出一种更可行，有效的防雷接地性能检测方法。该方法相比于传统三极法具有科学、准确、有效，且便于操作的特点，对广大防雷检测工作者具有参考意义。

【关键词】高层建筑物；防雷接地性能；检测方法；等电位连接

【Abstract】In this paper， we analyze the disadvantage factors of the traditional three electrode method for measuring the ground resistance in lightning detection of tall buildings. And analyse on modern high-rise buildings for the principle of lightning protection and grounding performance and structure characteristics， get out one method，which is more effective in lightning protection grounding performance testing. Compared with the traditional three electrode method， this method has the advantages of scientific， accurate， effective and easy to operate. For the majority of lightning detection workers are of reference significance.

【Key words】High-rise building； Lightning protection and grounding performance； Testing method； Equipotential bonding

0 引言

在我国，通常将高度为24-100m的建筑物称为高层建筑物，而超过100m的称之为超高层建筑物[1]。近年来，随着社会的发展以及城市中建筑用地的逐年减少，城市新建建筑物的高度愈来愈高，地面高度超过100 m的建筑物已经屡见不鲜，也有高度超过400 m的超高建筑物。这些钢筋混凝土和钢结构的建筑物，显著改变了雷云先导电场的分布，引发雷击的次数大大增加，因此对于高层建筑物的防雷要求也大大提高[2]。对防雷检测工作来说，能否准确判断建筑物中各检测点防雷接地性能的好坏，至关重要。

1 名词解释

接地电阻：是指接地电流经接地体注入大地时，在土壤中以电流场形式向远方扩散时所遇到的电阻，专用于表征接地装置接地性能的好坏，其值包括土壤电阻以及接地体与土壤之间的接触电阻。

对地电阻值：是指接地电流从被测点通过防雷装置注入大地，并在土壤中以电流场形式向远方扩散时所遇到的电阻，其数值等于被测点与接地装置之间连接导体的电阻值、期间各连接点的过渡电阻值以及接地装置的接地电阻值三者之和。

接地性能检测点：根据GB50057-2010的规定，包括接闪器及突出屋面金属物体，引下线，接地装置，建筑物内部的电子信号设备、大尺寸导电物、SPD以及起等电位连接和屏蔽作用的金属体。

2 常规三极检测法测高层建筑物防雷接地性能误差分析

在通常的防雷检测工作中，为了确定各检测点防雷接地性能的好坏，使用三极法测量其对地电阻值是最为常见的测试方法[3]。但当采用三极测量法检测高层建筑物屋面金属装置接地性能时，由于加长的测试导线须从高空接到地面的接地电阻测试仪上，在空中会形成很大的闭合回路。当附近有电磁场时，就会在测量回路中产生干扰电流，闭合回路面积越大，干扰电流越大。同时，过长的导线在空气中摆动有可能会对磁感线做切割运动，所产生的感应电动势会对测量结果产生较大的影响。而且，由于楼层过高，E极所加测试导线过长，导致回路中引入的线阻过大，可能造成测试电流过小，从而使最终测量值产生较大误差，影响检测人员的判断。传统的放线测量法不仅不便于操作，费时费力，同时对操作者人身安全也存在较大的安全隐患，因此我们需要寻找一种更可行的方法使高层建筑物的防雷接地性能检测更科学、准确、有效，且便于操作。

3 建筑物的防雷检测原理

在建筑物防雷接地性能检测中，虽然接地电阻是表征接地装置接地性能是否良好主要的量化指标，但对地电阻值却不是用于表征各检测点防雷接地性能好坏的唯一参数。由于现代建筑物其内部的防雷接地、工作接地、保护接地均共用接地装置，若建筑物内各检测点的接地性能良好，则它们之间的电气连接性能也将是良好的。因此，在防雷检测工作中，我们并不需要使用仪器确定所有检测点的对地电阻值，我们只需在合适位置确定一接地性能良好的检测点，然后通过测量它与其它检测点之间的电气连接性能，即可判定其它检测点的接地性能是否良好。

4 现代高层建筑物的结构特点

对于现代高层建筑物来说，大多数采用钢筋混凝土或全金属框架结构。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，同时利用建筑物的墙、柱、梁钢筋在电气上贯通，构成“法拉第笼”，以达到良好的电磁屏蔽效果[1]。所有电梯轨道、起重机、金属地板、金属门框架、设施管道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物，其等电位连接都以最短路径连接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或等电位连接网络，且各导电物之间还会附加多次互相连接[4]。可以说，整栋建筑物内的主要金属都是电气贯通的。

5 高层建筑物的防雷接地性能检测方法

根据高层建筑物防雷检测的原理及结构特点，在对其屋面和内部的检测点进行防雷接地性能检测时，我们可以将等电位连接检测法与接地电阻测试法相结合来进行测量。

首先，我们需要在合适范围内确定一个接地性能良好的检测点作为基准点。这里我们可以通过接地电阻测试仪来确定。然后以该基准点为基准，使用等电位连接测试仪（或微欧计等），测量其与周围各检测点之间的过渡电阻值。在实际工作中，根据被测对象所处位置的不同，为提高准确性和工作效率，宜尽量选择横截面积大且上下贯通电气连接良好的导体作为基准点，下列各处宜作为等电位连接测试的基准点：建筑物物总等电位端子或接地测试口、强弱电竖井内的接地干线、电源配电柜的PE排、电梯的轨道、引下线等，如图1所示。为有利于后续检测的开展，检测点的选择范围不宜过大且宜优先选择各局部等电位端子点。若检测点与基准点的等电位连接检测结果证明其电气连接性能良好，则可将该检测点作为新的基准点来对其周围检测点进行等电位连接测量，这样有利于减小测量长度和误差，提高检测效率。

高层建筑物防雷的检测内容应符合规范GB50057-2010及GB/T 21431-2008的规定。在对其检测点进行等电位连接测试时，测试用电源可采用空载电压为4～24V的直流或交流电源，测试电流不应小于0.2A[5]。需要特别强调的是：在对电子系统进行等电位连接测试时，为保证测试不影响电子系统的正常工作，等电位测试仪的端口输出电压不宜高于50 V。

6 检测结果判断

现代高层建筑物中，电气连接所用金属材料多为铜和铁。铁金属一般被使用于建筑物的外部防雷装置，而有的等电位连接为达到良好的效果则一般采用电阻率更低的铜金属材料。根据《02D501-2图集 ――等电位联结安装》中的规定以及多年的防雷检测经验：

当基准点为强弱电竖井内的接地干线、电梯的轨道等上下贯通的金属体时，基准点与测试点所处范围可选定在建筑物同层或上下邻层，两者之间连接导体一般在100 m内，假设该导体材料为电阻率更高的铁金属，已知钢铁金属在常温下的电阻率ρ为0.97×10-7Ω.m，横截面积取值16 mm2（防雷等电位连接导体截面最小值）[6]，则根据公式：若所测得电阻值过大，则应着重检查线路中各连接点的接触是否良好，并在接触不良点处增设跨接线。

7 结束语

上文针对传统三极法检测的缺陷和现代高层建筑物的特性提出了将等电位连接检测与接地电阻检测相结合的方法。通过测量检测点与接地良好的媒介金属的电气连接情况即可准确判断出其接地性能是否良好。该方法的运用和推广，有助于防雷检测工作者在高层建筑物防雷检测工作中准确判断各检测点的防雷接地性能是否良好，提高工作效率，对防雷检测工作的开展具有参考意义。

致谢辞

本文得到云南省雷电中心高工熊长铮老师的指导，特此感谢！

【参考文献】

[1]JGJ3-2002建筑行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》[S].中国建筑科学研究院.

[2]虞昊.现代防雷技术基础[M].2版.北京：清华大学出版社，2006：220-222.

[3]GB/T17949.1-2000国家标准《接地电阻测量导则》[S].

[4]GB50057-2010国家标准《建筑物防雷设计规范》[S].中国机械工业联合会.

[5]GB50343-2008国家标准《建筑物防雷检测技术规范》[S].

[6]《02D501-2图集――等电位联结安装》[S].中国建筑标准设计研究所，1998-1-4.