浅谈建筑防雷设计与图纸审核

陈波

摘要：随着国内房地产的快速发展，建筑的高度越来越高，在对防雷设计时考虑不周造成雷击事故也在不断增加，本文根据多年工作经验对一些避免防雷设计进行探讨。

关健词：建筑；防雷设计；图纸审核；

引言

雷电是夏季暴雨中常见的一种自然现象，雷电防护的对象是建筑物。改革开放以来随着经济的快速发展，我国各式各样的建筑物的建设越来越高，许多先进的电气设备和信息系统的应用非常广，雷击的对象也发生了很大的变化。由于电气设备和信息设备产生的电磁效应打雷时会对设备造成干扰与破坏，成了雷击的主要原因。如何减少和杜绝雷击事件的发生呢！我们要从建筑设计中找到原因，从这几年的建筑图纸审核结果看还是存在着许多问题，设计者往往采用针与带的组合来保护建筑物及天面上的设施，忽视了用主钢筋(作为引下线和“法拉第笼”)来防护直击雷和对信息系统的屏蔽；在实际检测工作中也进一步证实，造成建筑物防雷先天不足的主要因素是设计者往往只重视了建筑物自身防雷的设计，即防直(侧)击雷的设计，对建筑物内部设备的防雷尤其是对信息系统的屏蔽防护方面考虑不够全面；尤其是建筑业比较旺盛的这几年，一些雷电灾害的分析结果看，产生雷害的主要原因是无防雷设计或设计不当，最多的是设计者仅对建筑物作了防直击雷处理，而没有考虑防感应雷措施。据统计，在每年所发生的雷击事故中，感应雷击事故占所有雷击事故的90%，85%以上的雷灾事故是从低压架空线路、架空信息线路侵入的高电位造成的。所以，探讨和研究建筑物防感应雷的图纸设计是非常必要的。

一、建筑物工程的防雷设计缺陷

在对新建筑物工程的防雷设计时，防雷设计考虑不够周全，或对部分建筑物没有进行防雷设计，数据不完整、错乱。特别是电子文档的图纸，由于某个工程中，几栋建筑物结构相似而非完全相同，但防雷设计直接通过拷贝复制完全一样，如此导致其中一栋或几栋建筑物易遭受雷击。仅从建筑物的高度考虑，认为较低的建筑物不需要防雷设计，而没有根据气象、地理、环境等条件，雷击选择规律和建筑物的用途性质、面积大小以及年预计雷击次数等因素来考虑建筑物是否需要防雷设计。

设计者注重建筑物防雷的设计即防直（侧）击雷的设计，对建筑物内部设备的防雷尤其是对信息系统的LEMP防雷方面考虑不够全面：对一般建筑住宅用避雷带或用带与针的组合来保护，而对综合性高层建筑物也是采用针与带的组合来保护建筑物及天面上的设施，忽视了用主钢筋作为引下线和“法拉第笼”来保护直击雷和屏蔽LEMP侵入。

二、建筑物防雷设计不当危害很大

1.避雷针安装不当会加大雷电的危害

有人认为建筑物安装了避雷针后，建筑物及建筑物内的电器设备和人便不会遭受雷击，这种认识是不正确的。避雷针是金属体，它是把雷电引向自身来保护其他对象免遭直接雷击的，也就是说避雷针的保护是靠“引火烧身”来实现的。但在这“引火烧身”的过程中会产生感应雷、增加雷击概率和地电位反击。这就需要在防雷图纸设计时根据《建筑物防雷设计规范》计算好避雷针的安装位置、安装高度、引下线位置等。

2.引下线数量设置不当会起不到防雷作用

假如有1幢二类防雷建筑物，楼天面及四周利用建筑物结构钢筋形成一个格栅屏蔽网。如果附近100m处发生雷击(I为150kA；T为10/350μs)时，我们分别以15根引下线和5根引下线来分析屏蔽网内网外的雷电电磁感应强度的大小及在屏蔽网内信息系统距墙的安全距离。当设有15根引下线时，根据关磁场强度衰减计算方法可以计算出屏蔽网外电磁感应强度B=2.988Gs >2.4Gs， 屏蔽网内的电磁感应强度B =0.46Gs<2.4Gs，屏蔽网内设备距墙的安全距离为1.62m。计算结果表明，在没有屏蔽网的区域，无论电子设备如何放置，都会受电磁感应干扰而损坏。而在屏蔽网内的区域只要把电子设备放置距墙1.62m之外就不会受到电磁感应的影响。

当只有5根引下线时，由通电直导线的磁场分布计算公式可以计算出距引下线距离为1m处的雷电电磁感应强度B=60Gs。因为只有当B<2.4Gs时，电子等信息系统才不会损坏，由此可计算出信息系统距引下线的安全距离为25m。结果表明：当建筑物引下线为5根时，无论把电子信息设备放到建筑物内部任何地方都会遭受电磁感应损害。

3.缺少感应雷的防护措施会引发严重雷害

我们知道，当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。由于雷电电流迅速变化，在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。当建筑物进出各保护区的电缆、金属管道、电线、电话线、闭路电视线等未安装过电压保护装置或未进行良好接地，雷电感应引起的电磁能量就不能及时泄入地下，就会产生放电火花，破坏电器设备，甚至引起火灾、爆炸或造成触电事故。

三、防雷图纸设计要重视防护效果的分析

1.防雷图纸设计要重视对建筑物防护效果的分析

防雷图纸设计前首先要根据建筑物的防雷分类方法，对建筑物防雷的分类做出正确判断，再根据有关防雷设计规范的具体要求，对接闪器的用材规格、设置位置、安装方法、保护范围，对引下线的用材、位置、间距，以及对接地装置的规格尺寸、埋设深度、接地电阻、接地体间距和是否共用接地等做出分析和规定，然后再对防雷设计方案进行论证分析，看直击雷防护措施是否到位，侧击雷防护措施是否完善，防感应雷及电磁脉冲措施是否合理。

2.防雷图纸设计要重视对建筑物内设备防护效果的分析

根据防雷设计规范对建筑物内防感应雷及电磁脉冲措施做出分析和规划，对接地形式、屏蔽措施、等电位连接、电涌保护器的设置级数、屏蔽层的安全距离、接地电阻的阻值提出建议和具体要求，然后对此做出防护效果分析。

3.防雷图纸设计要重视对建筑物内人员安全效果的分析

随着人们生活水平的提高，放置室内的电器设施越来越多。设备外露金属导体因雷击发生时，在不同的导体上会产生电位差，当人体靠近时很容易对人员产生伤害。所以，要严格按照规范要求，对室内插座、金属门窗、进出线路、出入管道和电器设备的等电位联结做出规划和效果分析。

四、建筑物防雷图纸设计应把握的问题

1.屏蔽和综合布线

感应雷击看起来很神秘，似乎无孔不入，阻止它的有效手段就是屏蔽。要利用钢筋混凝土结构内的顶板、地板、墙面、梁柱以及建筑物墙体中的钢筋并金属门窗，通通联结起来使它们构成一个六面体的网笼，即法拉第笼式避雷网，使其达到屏蔽的目的。此外，所有的线路都要穿金属管保护或选用双层屏蔽电缆及同轴电缆，并将金属管和屏蔽层两端可靠接地。由于雷电流是由建筑物外墙四周柱子内的钢筋接地的，因而外墙处的电流密度大，其周围的磁场强，所以建筑物内的所有电子设备的交流电源线、通信线、数据传输线的主干线不应该在靠近外墙处敷设，最好作优化设计并架设在大楼的中心部位。

2.等电位联结和共用接地装置

在防雷装置的设置上人们往往比较注意外部防雷装置和内部的电涌保护，容易忽视等电位连接和共用接地在雷电防护的重要作用。根据IEC标准，建筑物内的各个电器系统通常只能共用一个接地系统。采用独立接地，虽然可使各系统之间不会造成互相干扰，但是当发生雷击的时候，各系统的接地就会出现不同的电位，产生电位差，使电子设备因这瞬间的高位差而被击穿。而等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。所以应把建筑物内及附近的所有金属管道、电缆金属屏蔽层、电力系统接地线、防雷接地线以及金属地板框架、设施管路、金属门窗等统一用电气连接的方法连接起来，使整座建筑物空间成为一个良好的等电位体，并以最短的线路连到最近的等电位连接带上。采用等电位连接和共用接地系统后，可使讯号接地不形成闭合回路，共模型态的杂讯不易产生，同时可消除静电和电场的干扰，不易受磁场干扰。

结语

防雷图纸审核是一项细致而又复杂的工作，需要审核人员必须熟悉防雷设计规范，严格按防雷审核图纸的步骤和要点进行审查，就能达到发现问题和解决问题的效果。还要不断学习探索、不断积累、总结经验，才能有助于提高防雷设计图纸审核的水平。要做好建筑物防雷审核工作，首先要对新建建筑物使用性质、防雷要求要有较清楚的认识，然后认真从建筑物直击雷防护、等电位连接、屏蔽、规范的综合布线、安装电涌保护器、完善合理的接地系统等环节入手，认真审查该建筑的有关防雷设计图纸、设计说明资料，制作出准确、适当、专业性强的技术评价与审查要求，及时发现设计中存在的缺陷和不合理之处，使所有新建建筑物拥有规范完善的防雷设计。

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范（GB50057-94 2000年版）.中国计划出版社出版，2010，2.