童水德
深圳市天华建筑设计有限公司
摘要：随着社会经济的发展，现代住宅建筑物的规模不断扩大，其内部各种电气设备使用日益增多。我国因雷击或单相接地故障造成的损失非常巨大，在进行防雷接地设计时，应考虑住宅建筑的形式，并对不同的防雷接地措施进行技术经济比较。
关键词：住宅楼；防雷接地；设计
1 住宅建筑物外部防雷系统
高层住宅建筑的外部防雷系统主要是防直击雷和防侧击雷，保护住宅建筑物本身不遭受雷击，外部防雷系统装置主要包括接闪器、引下线、接地装置和屏蔽。
1.1 接闪器
接闪器主要由接闪杆、接闪带（线）、接闪网以及金属构件、金属屋面等组成。接闪杆通过将雷电引向自身使保护区内的保护对象免遭直接雷击，为了确保被保护对象免遭直接雷击，接闪杆需要有足够的高度，但是当接闪杆的高度增加后，雷击的概率就会加大，为了平衡接闪杆的高度和雷击概率，应采用接闪网或者接闪带防护直击雷，如果采用接闪杆宜尽量用短针多针保护，这样可以降低雷击概率。目前国内已经出现采用气隙放电、降低阻抗限流等综合技术的接闪杆，这种接闪杆能使雷电流波头平缓、幅值降低，因而可以有效地减少地电位反击和二次雷击感应所造成的危害。
建筑物接闪器设计需关注几个问题：1）高层住宅建筑应考虑屋顶可能出现的电视天线、卫星接收装置、航空障碍灯、节日彩灯等。这些装置均应在接闪器的保护范围内，若有装置在保护范围以外则应在其上部增加接闪带、接闪网或接闪杆。2）建筑物屋顶女儿墙上或屋檐明敷的接闪带、接闪带支架宜向建筑物外倾斜，使接闪带位于住宅建筑物外表面或屋檐边垂直面外，可以防止在雷击中女儿墙或屋檐外边缘时，炸裂的混凝土碎块击中建筑物旁的人或物，以保护建筑物近旁人员的安全和设施的完好。3）对于到屋面的风井和烟道，由于其高度通常比屋面高，属于易遭受雷击的部位，所以在其盖板上应安装接闪器，同时与屋面防雷装置连接，特别是屋顶周围的一些构件（如顶层住宅阳台的顶板，不在女儿墙接闪带的保护范围内）需要敷设接闪带。
1. 2 引下线
引下线是将受雷击建筑物的电流从接闪器传导至接地装置的导体。住宅建筑一般利用钢筋混凝土柱子或剪力墙内的钢筋作为引下线。引下线的数量及布置非常重要，引下线应沿住宅建筑物和内庭院的四周均匀对称布置，其间距不应大于规范的要求，应尽可能增加引下线的数量，适当减小引下线间距。由于高层住宅引下线很长，雷电感应比较大，需要每隔几层设置均压环，并与建筑物结构钢筋和各引下线连接起来，屋内金属物体应与建筑物钢筋作电气连通，以避免发生雷电反击，一般利用住宅建筑物圈梁内两主筋焊接成闭合回路形成均压环。
1. 3 接地装置
接地装置包括接地体和接地线，主要用于传导雷电流并将其流散入大地。接地装置应优先选用建筑物结构基础及地梁内的钢筋，当不满足要求时，应采用钢管、圆钢、铜、角钢或扁钢等做人工接地体。
1. 4 防侧击雷
对于高层住宅建筑，雷电有可能从高层住宅建筑物侧部击中建筑物，在防雷设计时侧击雷的保护通常不设专用接闪器。对于高层住宅建筑，应根据高层住宅建筑的防雷类别，每隔一定距离设置均压环，与防雷引下线焊接，将金属门窗的框架、金属栏杆与均压环联结，以防侧击雷。
2 住宅建筑物内部系统防雷
住宅建筑内部防雷系统的主要作用是防雷电感应及防雷电波侵入。内部防雷既可以减少住宅建筑物内雷电流产生的电磁感应，又能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电电磁脉冲造成的危害。内部防雷系统由等电位连接、安装电涌保护器和屏蔽等组成。
2. 1 等电位联结
等电位联结就是用连接导线将处在防雷空间内的防雷物体、金属物体、外来导体、电气和电信装置连接在一起。等电位联结的目的是减少或消除电位差，使电位处于一个平衡的状态，从而达到降低接触电压的目的。住宅建筑电源中采用的 TN-C-S 系统，当采用等电位联结时，可以将故障状态下的接触电压降到最低。综上可知，在对住宅建筑物进行电气设计时，等电位联结是防止低压配电系统在运行过程中出现故障的重要措施之一。住宅建的等电位联结包括总等电位联结和局部等电位联结。
通常的住宅建筑中，卫生间和浴室是合二为一的，由于浴室属于潮湿环境，易发生触电事故，因此在对浴室的电气设备进行设计时，必须要选择防潮的设备，做好相应的等电位联结。卫生间的局部等电位联结就是将一个局部等电位连接端子与浴室内的各种金属管道、金属构件连接起来。
2. 2 合理选择浪涌保护器
《建筑物防雷设计规范》对 LEMP 防护的重视程度达到了新的高度，根据雷电防护分区的原则选择设置电涌保护器快速泄放电涌电流，有效限制电涌电压，将危害降低到可接受的程度，是建筑物防雷的一个关键措施。
在建筑物低压配电系统中，当需要安装电涌保护器时，其位置选择如下：1）在 LPZ0（A）区与 LPZ1区交界面处穿过的供电及配电线路上应安装符合 I级分类试验的浪涌保护器；2）在 LPZ0（B）区与LPZ1 区交界面处穿过的电源线路上应安装符合 II级分类试验的浪涌保护器；3）当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合 II 级分类试验的电涌保护器。
2. 3 合理的屏蔽措施
对高层住宅建筑中的电气线路和电子设备进行合理屏蔽是防雷电电磁干扰的主要措施。高层住宅建筑的电气主干线一般沿建筑物的电气竖井敷设，敷设时应避免靠近作为引下线主筋的位置。穿线的钢管和金属线槽都应与各楼层的等电位联结板和接地母线相连接。
配电线路、配电设备、用电设备都应采取防雷电波侵入措施，从配电盘引出的线路应穿钢管，钢管的一端与配电盘外壳相连，另一端与用电设备外壳相连，并就近与建筑物钢筋相连。在配电盘内，开关电源侧与外壳之间应设置过电压保护器。
3 某住宅楼防雷接地设计
3. 1 工程概况
该工程建筑高 78. 9m，属于一类高层住宅建筑。地下两层为储藏间，地上二十六层，1、2 层为商业网点，3～26 层均为住宅。结构形式属于框架剪力墙结构。
3. 2 防雷等级的确定及防雷接地设计
根据工程性质及《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）规定，本建筑年预计雷击次数计算公式如下：
根据《建筑物防雷设计规范》和《住宅建筑电气设计规范》，本住宅建筑应划为第三类防雷建筑物［2］。
3.2.1 接闪器
本工程采用接闪带（网）作为接闪器，在屋顶上沿女儿墙、屋脊、屋角等易受雷击的部位设置接闪带，接闪带采用Φ10mm 热镀锌圆钢。接闪带应与引下线可靠焊接，屋面所有金属物体、设备、围栏等均与接闪带可靠连接，屋顶接闪带网格不大于20×20（m）或24×16（m）。屋顶接闪带的具体做法可参考99D501-1，P2-09 及03D501-3，P54，在本建筑的核心筒加装防雷，其做法参见 QX/T106-2009 第 8、9条。设计时要注意高层住宅建筑物上的节日彩灯、航空障碍标志照明灯及其他电气设备均应处在接闪器的保护范围内。
3.2.2 引下线
本工程利用构造柱内的主筋作防雷引下线（当柱内钢筋直径Φ为16mm 及以上时，利用两根主钢筋焊接作为一组，当柱内钢筋直径Φ为10mm 及以上时，可利用四根钢筋焊接作为一组引下线）。引下线上下应分别与接闪带和接地装置可靠焊接，部分引下线距地0. 5m 处做接地测试卡，本建筑接地测试卡共 6 处，接地测试卡具体做法参见03D501-4，P38-40。
3.2.3 防侧击雷
为防侧击雷，自首层起每 3 层、30m 以上每 2 层沿建筑物四周设均压环一周，均压环利用圈梁内的两根主钢筋焊接成电气通路，并与防雷引下线焊接。建筑物内的金属结构和金属物体等与均压环连接，18层及以上外墙上的金属栏杆、金属门窗和太阳能热水器等较大的金属物体利用 Φ10mm 圆钢与均压环焊接，具体做法参见02D501-2，P43、44。自标高为57. 9m以上，建筑物表面上的尖物、边缘、设备及明显突出的物体均应按屋顶的保护措施处理。
3.2.4 接地与等电位联结
本工程利用结构基础及地梁内的钢筋作为接地装置，将建筑物地下部分最外圈地梁内两根主筋可靠通焊成环形，并与基础内钢筋和室外地下接地扁钢搭焊作为接地极，接地电阻应小于 1Ω，否则应增加接地极，本工程防雷接地与电气安全保护接地极弱电系统共用同一接地装置。
本建筑物做总等电位联结，总等电位联结端子箱设于地下室电表间内，把总水管、暖气管等所有进出建筑物的金属体及建筑物的金属构件与总等电位联结端子相连通，总等电位联结做法可参见02D501-2。
下列导电体均应进行总等电位联结：1）电气接地装置和接地干线；2）PE、PEN 干线；3）进入建筑物的金属管道；4）建筑物结构主筋及金属构件。设备房、住宅带浴室的卫生间等处均做局部等电位联结，所有配电设备、动力设备的外壳，电缆金属外皮及穿线钢管，各弱电箱，金属桥架（不少于两处）均应通过接地系统可靠接地，电梯轨道和金属水暖管道两端要用25×4（mm）扁钢或 25（mm）铜导线与接地系统可靠连接。
4 结束语
雷电到目前为止无法控制，雷电造成的危害非常严重，尤其对于高层建筑物。由于高层建筑采用大量的钢筋混凝土结构，防雷接地设计时应把防雷措施与住宅建筑物的结构形式结合起来，利用结构钢筋构成协调的防雷体系，把雷击产生的危害降到最低。
参考文献：
［1］中国机械工业联合会． 建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）［S］． 北京：中国计划出版社，2011．
［2］中国建筑标准设计研究院． 住宅建筑电气设计规范（JGJ 242-2011）［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2011
论文作者:童水德
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/22
标签：防雷论文; 建筑物论文; 电位论文; 住宅论文; 钢筋论文; 雷电论文; 建筑论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;