现代建筑设计中的防雷设计探究

【摘要】为了保护建筑物和建筑物内各向电子网络设备不受雷电损害或使雷击损害降低到最低程度，建筑物防雷设计方案的制定应按照《建筑物防雷设计规范》及相关建筑物防雷施工规范的要求，从整体防雷的角度安全、合理的进行防雷工程设计，并制定相应的建筑物防雷设计方案。本文将对此展开初步探讨，仅供参考。

【关键词】现代建筑；防雷设计；注意事项；具体方案

1 雷电的危害及防雷的必要性

雷电是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电的一种可怕而雄伟壮观的自然现象。自18世纪弗兰克林著名的风筝实验以来，人们致力于雷电及其防护的研究实践已有200多年的历史，对雷电的防护已经取得了很大成绩，积累了丰富的经验。我国大部分地区于二三月份就进入了雷电期。雷电是在积雨云强烈发展阶段，当云层之间、云地之间、云与空气之间的电位差达到一定程度时的放电现象。雷电具有1亿伏的高电压和2万℃至3万℃的温度及强大的冲击波，破坏力极大，经常造成大面积的停电或使广播、电视、通信中断、人身伤亡以及居民房屋、家用电器等财产损失。我国每年也有上万人因雷击事故而造成伤亡，所以必须做好雷电的预防工作。雷电灾害还表现在通过各种途径侵害地面物，除了直接雷击外，还有雷电的静电感应作用，电磁感应作用，放电时产生的强烈电磁脉冲，地电位反击，以及雷电侵入波可能沿各种架空电力线、信号传输线、天线、电缆和金属管线等进入设备。目前，随着城市经济的发展，不仅由直击雷造成的损害相当严重，并且，感应雷、电磁感应、雷电波侵入和地电位反击造成的危害也大幅度增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和电磁脉冲电压却能沿电力线、信号传输线、天线电缆和金属管线潜入室内危及各种电子信息设备的安全。由于雷电灾害对社会的危害程度日益加大，当前，随着高新技术的广泛应用，各种前进的通信、监测、控制、办公自动化和计算机等电子设备正日益普及地配备于各类建筑物中。由于电子和微电子元件的绝缘强度低，过电压耐受能力差，这些电子设备很容易受到雷电的危害，造成工作失效和永久性损坏。为此，完善建筑物的防雷设计，切实做好建筑物内电子设备的防雷保护，就显得尤为重要。

2 防雷设计中容易被忽视的问题

一般来说，在建筑设计部门提供的防雷设计方案中对防雷工程设计的细节问题欠考虑，而防雷工程公司提供的“设计方案”又常被忽视；但由于这些问题被忽视，在建筑物受雷击时往往会产生严重的后果,应引起注意，主要有以下几种：

2.1 高层建筑防侧击雷

当建筑物高度超过滚球半径时，建筑物的侧面易遭受雷电侧击。按GB50057-1994第3.2.4条、第3.3.10条、3.4.10条要求，二类、三类建筑物滚球半径高度以上的室外较大金属物应实施等电位连接。如高层建筑的分体式空调机外挂机﹑室外天线等；这些设备一般是在建筑物竣工后安装的，其安装位置和外形尺寸在建筑设计时难以确定，另外还有外墙上的较大的金属栏杆、门窗以及广告牌金属支架等，为了防侧击雷必须和防雷引下线连接；为此，应从结构梁柱引出园钢接头到安装处位置，供防侧击雷使用。但这些措施在“设计方案”中往往被忽视。

2.2 室外照明设备和航空障碍灯的SPD安装

室外照明设备和航空障碍灯配电箱的防雷保护经常被忽视。从防雷区划分的角度，这些配电箱属于LPZOB区，完全暴露在没有衰减的空间电磁场中，雷电感应产生的过电压、过电流会沿着线路侵入到建筑物的供电系统中。因此，室外照明设备和航空障碍灯配电箱应选择安装通流量较大的SPD。

2.3 屋顶金属构件和电气设备的防雷措施

屋顶安装的广告牌、卫星接收天线、太阳能热水器、小型水塔等金属设施，由于初步设计时难以确定位置，经常在安装位置上没有预留接地端子，有的防雷工程公司在“设计方案”中也没有说明。对此情况，在“专项审核”意见中必须明确要与屋面的避雷带连通，实施等电位连接。

2.4 屋面直击雷防护装置

设计方案中对屋面避雷带设计不符合GB50057-1994有关规定。主要是两种情况：一是当屋面是斜屋面或层高不等的屋面时，没有将避雷带设计成闭合；二是避雷带网格尺寸偏大，不符合规范规定的要求，即一类建筑物≤5m×5m或6m×4m、二类建筑物≤10m×10m或12m×8m、三类建筑物≤20m×20m或24m×16m。

3 建筑物防雷设计具体方案

建筑物防雷设计方案具体措施主要包含：直击雷防护、感应雷防护(电源、信号系统的防雷包含)、等电位处理和接地。

3.1 直击雷防护。由于直击雷(雷电)具有强大的机械效应、热效应和电效应，直击雷击中物体后会造成严重的损害。直击雷防护主要采用避雷针、避雷带进行防雷保护。

3.2 电源防护。统计表明，微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此，做好电源线的防护是整体防雷中不容忽视的一环。对于电源防雷，由于电源线路上出现的雷电流(浪涌电流)最大，电源防雷应进行分级分区防雷保护。首先，总配电的电源进线端并联安装第一级电源防雷器（如LKX-B380/100或LKX-M380/4/ 100电源防雷器）；在各楼层的总配电进线端安装第二级电源防雷器（如LKX-B220/60或LKX-M220/2/60电源防雷器）；在机房配电进线端并联安装第三级电源防雷器（如LKX-B220/40或LKX-M220/2/40电源防雷器），重要电子设备由于其耐压水平低应在其前端安装精细级电源防雷器(如LKX-E220-4PT/10防雷插座)。所有防雷器均应良好接地。

3.3 建筑物防雷设计方案信号防护。雷击时产生巨大的瞬变磁场，在1公里范围内的金属环路，如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击；另外，当电源线或通信线路传输过来雷击电压时，或建筑物的地线系统在泻放雷击时，所产生强大的瞬变电流，对于网络传输线路来说，所感应的过电压已经足以一次性破坏网络。在信号线路上安装信号防雷器，对防感应雷是一种行之有效的办法。对于网络集成系统，可在网络信号线进入到广域网路由器之前安装（LKX）专用信号防雷器；在系统主干交换机、主服务器以及各分交换机、服务器的信号线入口处分别安装雷科星（LKX）RJ45接口的信号防雷器。信号防雷器的选型应综合考虑工作电压、传输速率、接口形式等。所有防雷器均应良好接地。

3.4 等电位连接。集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环，将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接，并接至均压环上，以均衡电位。另外就是防雷地网的制作，地网是避雷针、避雷带、避雷器等设施有效发挥作用的保障。

4 结束语：

总之，为使建筑物防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理，在设计时应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律，以及被保护物的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置，其设计设计必需符合国家现行有关标准和规范的规定。

参考文献：

[1]林道煜；王文生.浅析建筑物的防雷设计与安装.科技风；2011,(20)

[2]尹星，杨勇伟，季敏海.浅谈水泥厂防雷接地设计及施工.河南建材；2011,(06)

[3]张峰，刘春兰.浅谈建筑物防雷装置检测工作.中国高新技术企业；2012,(01)

[4]王翔.对GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》的探讨.现代建筑电气；2012；(01)

[5]王文生，林道煜.建筑物防雷装置存在的问题及对策.科技传播；2011；(24)