高层建筑雷电防护工程设计要点

伍瑞林 周宝琴 周 扬

(广州市防雷设施检测所，广东 广州 510000)

1 高层建筑雷电防护工程设计问题与标准

1.1 常见设计问题分析

据我国相关资料研究，在高层建筑雷电防护工程设计过程中常会因为防雷装置设计的不规范和不完善，或过分注重建筑物外部LS设计而忽略其内部的LEM设计，使其雷电防护工程在设计阶段就存在着缺陷，留下安全隐患。而在防雷装置设计过程中最容易出现以下三类问题:一是避雷针安装不当，会引起强烈的感应雷和地电位反击，还会增加雷击概率。二是引下线数量设置不当，在无屏蔽网区域或引下线为5根时，，无论如何放置电子设备，建筑物都会受到电磁感应的干扰而损坏;最终导致防雷设计失效。三是设计过程中缺少感应雷的防护措施，雷电电流迅速变化引起强烈的电磁感应，所产生电磁能量在接地防护装置不完善时难以泄入地下，而产生放电火花，不但会破坏建筑物内电器设备，甚至会引起火灾、爆炸、触电等事故。

1.2 设计标准化处理

对于上述设计问题，在新标准中并没有明确限制建筑物楼层高度，而雷电防护工程设计主要通过以下三个部分来应对与防范相关的问题。一是关于建筑物雷电防护模式的设计拦截模式主要有滚球法(RSM)、保护角法(PAM)和网格法(MM)，而根据电气－几何模型，传统滚球法(RSM)有较好的理论基础和大量的实践证明，是现行模式中最好的一种。二是选用源于传输线路和高层建筑的国际大电网组织(CIGRE)雷电流参数，有利于进行科学准确的雷电防护工程设计。三是在安装设计防护装置，以保证雷电防护系统的稳定性与有效性。

2 高层建筑雷电防护工程设计总体结构及七大要素分析

2.1 高层建筑雷电防护工程设计总体结构分析

一般在进行雷电防护工程设计时，要深入探究雷电防护工程的整体设计系统。为了更好地解决高层建筑雷电防护工程设计中存在的问题，可建立高层建筑综合防雷系统的防雷运作区域(LPZ)防雷击电磁脉冲(LEMP)，按照IEC标准将保护空间划分为不同的防雷区域(LZ)。

2.2 高层建筑雷电防护工程设计的七大要素分析

根据以上雷电防护系统结构设计及原理分析，这里笔者归结出高层建筑雷电防护工程设计的七项重要因素，下面进行具体的探讨。

2.2.1 接闪功能与接闪器设计。高层建筑物接闪功能应具备装设独立或架空接闪器(如避雷带、针、网)、耐流耐压能力、连续接闪效果造价以及美学统一性等条件。高层防雷建筑物应装设独立架空避雷线(网)或避雷针，通过滚球法来计算确定避雷针保护范围。在设计时要注意根据《建筑物防雷设计规范》规定，在建筑物的天面，选用合适网格尺寸的避雷网，用导体联结成一个网状的雷电保护装置构成避雷网。当高层建筑物内具有较多的弱电子设备时，屋面上安装较小的避雷网格形成最大的电磁屏蔽。

2.2.2 分流影响与引下线设计。雷电的分流效果直接受到引下线数量和粗细的影响，数量越多，则雷电流越小，其感应范围也相应缩小，且相互间距离不小于规范规定。对于高层建筑物，应根据《建筑物防雷设计规范》规定，选择合适的引下线间距，间距越小且电位分布较均匀，对雷电感应的屏蔽越好;当引下线过长时，在建筑物中间部位增设均压环，可起到较好的减小电感电压降、分流以及降反击电压的作用。若高层建筑物内具有较多弱电子设备时，按照建筑物的柱距沿其外围，每隔6m设置引下线，焊接每层圈梁钢筋，使引下线与各楼层的等电位联结母线相连，可减少室内金属物体间的电位差，避免发生反击。

2.2.3 均衡电位与等电位连接、电涌保护器安装。在防雷电工程设计时，为了保证高层建筑物内无电压反击，可按照《建筑物防雷设计规范》相关规定，在高层建筑物各部分空间不同的LEM的严重程度和指明各区交界处等位置预留等电位连接板，与房屋防雷装置相连，使结构钢筋与各种金属管线都能连接成统一的等电位导电体，不仅能有效防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备，同时也可以装上限制瞬态过电压和分走电涌电流。对于高层建筑而言，可根据防雷需要和电子系统类型不同，通过构建不同的等位连接网，来有效防止防雷击电磁脉冲和电压反击。对于不超过300kHz的电子模拟系统可采用S星型结构;对于电子系统为MHz级的数字系统，可采用M型网状结构。

2.2.4 屏蔽作用与间隔距离、屏蔽设计。为了使高层建筑物内的各电子系统免遭雷电电磁脉冲的破坏，有必要在建筑物、设备和各种线路(管道)设计屏蔽，一般应在对各项系统和设备进行耐压水平调查后，再将高层建筑内部钢筋、金属构架与地板、门窗等互焊成法拉第笼，再连接地网构成初级屏蔽网，再根据图1.2所示在防雷区内施行多级屏蔽。设计时尤其要注意初级屏蔽网的衰减程度和屏蔽层厚度、网孔密度、屏蔽材料以及雷击点与屏蔽空间的间隔距离，方能有效防卫雷电的袭击。

2.2.5 接地效果与接地装置设计。接地装置可分为自然接地体和人工接地体。在设计时应利用建筑物的基础构造钢筋作为自然接地体;对于人工接地体，宜敷设成环形方式;对独立的垂直接地体而言，可用周圈式接地装置，接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位;对木结构和砖混结构建筑物需要独立引下线，并采用独立接地方式，以钻孔深埋接地极的效果为最好。在防雷设计中设置共用接地装置时，还应在建筑物各楼层设备安装位置，设置接地预留端子或接地地板，进行总等电位联结和局部等电位联结。

3 结语

建筑物防雷是一个全面的系统工程，在建筑物的设计阶段应先研究防雷装置的形式与位置，;同时按其在建筑物中的不同作用，防雷设计应从接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、接地效果、合理布线和电涌保护这七项要素综合来考虑，使建筑物达到综合防雷的目的。

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