高层建(构)筑物雷电综合防护措施探讨

王洪晓 王雷 史立华

【摘 要】高层建(构)筑物的雷电防护考虑因素多，涉及内容广，根据《建筑物的防雷设计规范》、《民用建筑电气设计规范》、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》等与高层建筑有关的防雷规范内容，就防雷工作中遇到的一些问题进行了阐述与分析，提出了具体而有效的防护措施。

【关键词】高层建（构）筑物；雷电；综合防护

[中图分类号] TU976+.55[文献标识码] C[文章编号] T2011-12(03)-1208

1 高层建（构）筑物的特点

高层建（构）筑物通常是指50m以上的民用建筑，或地处旷野、建筑群边缘、高度在20m以上的建（构）筑物。这些建筑物有以下两个特点：高度高，容易遭受直接雷击，特别是当其高度超过100m时，遭受的雷击次数与它的高度成正比；高层建（构）筑物是人员密集的场所，建（构）筑物内配置的设备复杂，特别是广泛采用以电子计算机为核心的电子设备，这些设备元器件密集度高，耐高电压、电磁脉冲干扰的能力差，一旦遭受损坏，不仅造成的直接经济损失大，而且由此产生的社会影响也大。高层建筑的防雷，不仅要做好直击雷的防护，还要做好雷电波的侵入、地电位反击等方面的雷电防护。随着我国国民经济的高速发展，城市中、高层建（构）筑物拔地而起，搞好高层建（构）筑物的防雷，把雷电造成的损失减少到最低限度，就显得尤其重要。

2 高层建（构）筑物防雷等级的划分

“安全可靠，技术先进，经济合理”这是防雷设计的基本原则。高层建（构）筑物的防雷涉及面广，要搞好这一工作，首先是科学的对建（构）筑物进行防雷等级划分。高层建（构）筑物的防雷主要依据以下三个防雷规范：《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版），《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92及《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004，这三个规范根据建筑物的使用性质，遭受雷击后产生的后果，以及遭受雷击的可能次数（对建筑物进行雷击风险评估）来确定雷电的防护等级，从而确定采取相应的防雷措施。其中《建筑物防雷设计规范》将各种建筑物划分为一、二、三类防雷等级，从我国的国情出发，提出了相应的防雷措施，由于它涉及面广（包括易燃易爆场所），而且又以国标的形式发布，是我国各行各业必须遵守的一个基本防雷规范。《民用建筑电气设计规范》根据民用建筑的特点，特别是高层建（构）筑物的特点，对包括防雷在内的电气设计作了明确的规定，为区别前一个规范，把民用建筑的防雷等级划分为三级，其中100m以上的建筑物为一级，50m上的为二级，其他的为三级。对前一个规范中的有关方面内容，特别是对直击雷的防护作了明确的补充规定。这两个规范都是在10多年前制定的。2000年对GB50057-94规范作了补充修改，增加了“防雷击电磁脉冲”的内容，使这个规范较为系统、全面、更适合于当前的需要。但是，根据目前科技发展的情况，特别是以电子计算机为核心的电子信息系统的广泛应用，这个规范也已经不能完全承担对这些设备的安全保护了。《建筑物电子信息系统防雷技术规范》对它作了进一步的补充，特别是对内部防雷系统进行了补充和完善。增加了对电源、信号传输线路过电压电磁脉冲的防护等内容。在等级划分中，除了按信息系统的重要性和使用性质来确定雷电防护等级外，还重点提出了按建筑物电子信息系统所处的环境，包括电子信息系统设备耐冲击过电压的能力进行了综合评估，确定其防护等级。这个规范也是以国标的形式发布，为区别前面的规范防护等级，它将防护等级分为A、B、C、D四个级别。这个规范在直击雷的防护方面主要执行GB50057-94的规范，对于三类防护等级以外的建筑物，按三类要求进行防护，在其他方面按本规范中确定的等级采取相应措施。高层建（构）筑物中普遍采用的设备，包括通信、网络、监控、安全防范、消防报警、控制等均属于电子信息系统范畴。因此，高层建（构）筑物的防雷，应依据上述三个规范的内容进行综合考虑。

3 直击雷的防护

直击雷包括直击雷和侧击雷两种形式。

3.1 直击雷的防护

高层建（构）筑物直击雷的防护主要采用避雷带（网）作为接闪器，即在建（构）筑物顶部四周易遭受雷击的部位按防护等级安装相应尺寸的避雷带（网）。但由于建（构）筑物上往往还有一些非金属设施，如各种用电器、空调散热器、冷却塔等突出屋面的物体，不在上述接闪器的保护范围之内，需要采用避雷针来进行保护。采用避雷针时，一般与避雷带联合使用。在计算避雷针的高度时，由于屋面的范围有限，因此不能简单地把屋面作为滚球的支撑面，由于计算公式较为繁杂，一般可以采用作图法来计算。

高层建（构）筑物直击雷防护设置及滚球计算半径见表１。

表１ 防护设置及滚球计算半径

防雷等级避雷带（网）尺寸 m 引下线距离 m 滚球计算半径m

一＜10×10≤1830

二≤15×15 ≤2045

三≤20×20 ≤2560

建（构）筑物的防雷设计规范中规定的直击雷防护设置及滚球计算半径见表２。

表2防护设置及滚球计算半径（设计规范）

防雷等级避雷带（网）尺寸 m 引下线距离 m 滚球计算半径m

一＜5×5≤12 30

二≤10×10 ≤18 45

三≤20×20 ≤25 60

由表１和表２可见，同一类别和级别的避雷带（网）尺寸、引下线间距、滚球计算半径是有区别的，两者不能混淆。

3.2侧击雷的防护

一、二级高层建（构）筑物的高度已经超过适用的滚球计算半径，容易遭受来自侧面，甚至自上而下的雷电袭击，因此对一、二级防雷建筑物，侧击雷的防护十分重要。由于高层建（构）筑物基本上属钢筋混凝土结构，可以充分利用柱子内的钢筋作为防雷引下线。按规范要求，每隔３层楼应将竖向的金属管道、梁内的钢筋与柱子内作为引下线的钢筋作一次等电位连接。30m以上部分的钢构架、外墙金属门窗、金属栏杆等都要与柱子内的作为引下线的钢筋作等电位连接。

4 地网与共同接地系统

建（构）筑物内有多种接地线，常见的有：防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防静电接地、设备保护接地等。每种接地线对接地电阻都有一定的要求。为防止地电位反击，每个接地地网必须留有足够的安全距离，对于高层建筑，由于很难找到能满足安全距离的多个地网的场地，因此往往采用联合接地的方式，即共用一个地网。地网的电阻值按上述地网中最小的电阻值确定。按规范要求，在钢筋混凝土结构的高层建筑中应充分利用建筑物基础形成的自然接地体地网，当自然接地体的接地电阻达不到设计要求时，在建筑物四周再增加环形人工辅助地网。在施工图中往往在地基基础四周留出一定长度的镀锌扁钢，供连接辅助地网使用。

5 雷电波侵入防护措施

雷击时，周边空气产生的强烈电磁场以波的形式沿着金属管道和金属线路侵入室内，因此要求进入高层建（构）筑物的金属管道就近与接地装置连接。进入建筑物的电力，通信线路尽量利用屏蔽电缆或穿金属管道埋地进入室内。电缆屏蔽层、金属管道两端作接地处理。对于建（构）筑物室外的节日灯、航空障碍灯、广告牌等设施的电源线路也应穿金属管道或使用屏蔽电缆，并作接地处理。大型金属构件如电梯轨道等也应与接地线作等电位连接。

6 其他防雷措施

大部分的高层建（构）筑电力系统采用高压线路直接引入，在室内进行变压供电。楼内广泛采用多种电子设备。如计算机网络系统、消防自动报警和连动控制系统、安全防范系统、有线电视和广播系统、以程控交换机为核心的通信系统、建筑设备的监控系统等，对这些设备的过电压防护应采取以下措施。

6.1变压器防雷

在变压器的高低压侧分别安装阀型电源避雷器，防止雷电波沿电力线路侵入。

6.2电源线路的过电压保护

根据建（构）筑物雷击风险评估和信息系统设备的重要性，确定雷电的防护等级。在低压供电线路上安装２～４级过电压电涌保护器（SPD），电涌保护器的参数和安装要符合规范要求，电涌保护器间要尽量做到能量配合，当遭过电压袭击时不出现“盲点”，以便对设备能进行可靠保护。对室外用电设备，如节日灯等，必须在这些用电设备的开关内侧安装电源SPD，防止雷电产生的过电压通过线路进入电源系统。

6.3进出线路过电压防护

对于通信设备、监控、有线电视等进出建（构）筑物的通信、监控线路过电压防护。按规范要求，在设备的配线架、进出建（构）筑物的线路、设备的端口上安装１～３级与设备适配的信号电涌保护器。

7 结束语

高层建（构）筑物的雷电防护必须是全方位的，应根据建（构）筑物自身的情况、性质、环境，以及室内的设备等综合考虑，层层把关，搞好防雷工程的设计和施工。

参考文献

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