工业电气设计中的防雷设计探究

米建芳 孙荣双

摘要：近年来，随着现代经济及科学技术的不断提高，我国的工业建筑也得到快速的发展，自动化的程度越来越高，建筑中大量采用的计算机技术、电子设备在促进工业发展的同时，也带来了一系列的安全问题。其中由于雷电造成的电气系统、通信设备等的损坏每年都有发生，造成了巨大的经济损失，严重时还会造成人员伤亡，因此，如何进行防雷接地设计成为工业建筑设计中的重点之一。本文对工业建筑电气设计中的防雷设计进行了详细的探讨，以供广大同仁学习交流。

关键词：工业建筑电气设计；防雷设计

引 言：现代工业建筑中为了满足一定的生产生活需要，都需要安装很多不同功能的电气设备，如电话、电源插座、照明灯具、控制设备、各种工业与民用的动力装置、消防控制系统装置、智能系统等。但由于雷电产生的电磁脉冲引起的电磁效应和热效应、雷电高电压以及这些设备的耐过电压能力较低，导致这些电气设施的使用都会给设施和高层建筑造成损坏。所以，电气设计中防雷技术的应用一定要加强，这已经成为现代建筑中一个非常重要的问题。

1 雷电对工业建筑的危害

雷电是一种常见的自然现象，雷电灾害是自然灾害中最为严重的种类之一，伴随雷电而产生的强大的电流、猛烈的冲击、强烈的电磁辐射等一系列的物理效应都有着巨大的破坏作用，其对工业建筑的危害主要有直击雷击和感应雷击两个方面。

1.1 直击雷

直接雷击包括有雷电直击和雷电侧击，是指在雷电活动区内，雷电直接通过人体、建筑物、设备等对地放电产生的电击现象，在此过程中，强大的雷电流通过被击物体时会产生热效应，使被击物体温度突升，引起火灾危害；强大的雷电流还会使空气急剧膨胀，在四周形成“激波”，对附近的建筑物、树木等造成危害，还会危及到人身安全；雷电直接击中线路并沿导体或电缆流过大量的雷电流还会通过导体产生雷电电磁场和电动力效应，对线路设备造成实质的破坏。

1.2 感应雷

感应雷又称为二次雷，感应雷击是通过雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应对被击物体产生损坏。由于雷电发生时空气中电磁场发生的剧烈变化会使建筑物的金属导体上感应出一定的感应电压，当这个电压超过电子器件耐压值很多时，电子元器件就会被击穿或烧毁。在工业建筑内，如果不同接地系统被泄入雷电流，就会产生地电位反击，对电气设备造成破坏，另外，由于感应雷击时的电压幅度要远远高于电子器件的工作电压值，且雷雨天气空气相对湿度较高，电子器件间的爬电距离变小，线路板上密集的电子器件就会因此产生短路，引起设备的损坏。感应雷对设备的损害没有直击雷猛烈，但比直击雷发生的机率大，且其是悄悄发生，不易被察觉。目前的大多数工业建筑物防直击雷的设施都比较完善，因此，絕大多数的弱电设备雷击损坏是由感应雷造成的。

2 工业建筑的防雷级别分类

根据工业建筑的用途不同，雷击可能造成的后果不同，防雷设计可以相应有所不同。在进行工业建筑防雷工程设计之前，必须要先确定工作环境的危险等级，再确定其防雷级别。

也就是说，首先，相关工作人员应当依据国家对于不同类型企业的防火、施工、安全、设计规范来判断生产过程中可能用到的材料、可能出现的中间产品、以终最终产品是否具有易燃易爆性质，最终的产品存放过程有未出现易燃易爆类物质的泄漏，合理确定是不是存在火灾或爆炸隐患环境。

然后，再按我国《建筑物防雷设计规范》确定防雷类别。具体来说就是：“甲类可燃气体、甲类可燃液体、甲类可燃固体环境一般可划分为第一类防雷建筑物，一些小型的甲类可燃气体、甲类可燃液体、甲类可燃固体环境可划分为第二类防雷建筑物，乙类可燃气体、乙类可燃液体、乙类可燃固体环境可划分为第二类防雷建筑物”。若所涉及的工业建筑中兼有规范中所规定的三类防雷建筑物，则其防雷级别划分应当按照规范的3.5.1、3.5.2两个条款进行划分。

这三类建筑在进行防雷设计时，在场地条件许可的情况下，最好设置单独的避雷针接地体。其中以第一类要求最为严格，此类建筑最好选用独立避雷针做雷击防护，尽量最大程度地保证建筑内的呼吸阀、危险物质放散管、排风口等管口外围空间处在接闪器的保护区内，引下线间隔的距离须按照屋顶面周长。此外，由于大部分厂房的面积相对比较大，在配置围护接地体的同时，最好可以依据避雷带的网格宽度进行均匀网格的配置，这样既可实现均匀电压，又可以控制地表电位差，避免跨步电压的形成，还方便了等电位连接体的埋设，接地体的埋设深度应1m。

3 工业建筑防雷设计探究

3.1 设计原则

3.1.1 要对建筑物所处的地质结构、地理位置、气象条件和外部环境等有所了解，需要掌握建筑物的用途和高度、层数、建筑面积。

3.1.2 预先计算建筑物的年雷击次数，全面考虑建筑物的各个因素，依照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000版）的规定，针对建筑物的防雷类别进行分析、确定。一般对预先计算年雷击次数没有达到三类防雷的建筑物来讲，从以下两种情况来考虑。

（1）建筑物是不是公共场所，如医院和学校、电子商城、超市、大型的商场等，以上项目如果出现，必须要依照三类防雷建筑物来设计。

（2）建筑物内部有没有信息系统。考虑到屏蔽，预防直击雷接闪器应该采用避雷网。

3.2 工业建筑防雷设计的注意事项

建筑物防雷设计是一个全方位、系统的工程，非常复杂，感应过电压和雷击过电压两者的影响不可能仅仅通过几种防雷方法和防雷设备就能完全解决，一定要结合实际情况，依据雷电的侵入途径，对可能产生雷击的因素进行考虑，将雷击电磁脉冲防护、感应雷防护和直击雷防护综合在一起，将雷击危害降到最低。现代建筑电气防雷设计中应该注意的防护措施有接闪、分流、均衡电位、屏蔽、接地和合理布线。防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置两种。

3.2.1外部防雷装置：由接闪器、引下线和接地装置三部分组成

（1）接闪器。是指在一定范围内的雷电只能依照人们设计好的通道释放到大地中去，而不能随便选择放电通道。

（2）引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。

（3）接地装置。所谓接地是指为了让被保护设施免受损害，避免出现电流能量集中在某一个部位的现象，让流入防雷系统的电流全部释放到大地中。通过良好的接地能够非常有效的释放能量，避免电压反击的发生。

3.2.2内部防雷装置：包括分流、均压、屏蔽、合理布线和安装电涌保护器

（1）分流。分流技术是保护电子系统和电子设备的有效手段。所谓的分流是指在如电源线、电话线、天线等室外导体，和基地线和防雷装置间并联上一种避雷装置，这样雷电产生的电流就会分流入地了。

（2）均压。所谓均压是指将建筑物中的各个部位都分成相等的电位。如果各种金属线路和建筑物中的钢筋结构形成一个整体，那么建筑物中不会出现电位差，这样雷电就不能对人体及电气设备产生危害，因为建筑物内没有产生跨步电压。

（3）屏蔽。所谓屏蔽是指为了使建筑物内的自动控制系統、通信系统和电子设备免受到雷击的危害。因此，为了达到实现屏蔽的目的，建筑物设计时应尽可能选择钢筋作为建筑物的主要建材，这样会使建筑物形成一个等电位的网状结构，进而让雷击电流实现分流。

（4）合理布线。所谓合理布线是为了让防雷技术达到更有效的效果。现代建筑和照明、电话、电视等电器的管线联系紧密。首先，将这些管线放进金属管内，达到屏蔽的目的。其次，把管线主干线中的垂直部分放入建筑物的中心，达到缩小电磁波感应范围的目的。

（5）安装电涌保护器。电涌保护器（SPD）能够吸收危险的额外电压，防止大多数这样的电压进入您的敏感设备。

4 结束语

总之，防雷设计是一项关系到工业安全生产的重要工程，在进行防雷接地设计时，应当注重建筑的整体性、目的性、结构性和层次性，按照相关的防雷设计规范，对建筑物及建筑物周围的环境进行调查研究，在确保设计能够达到相关要求的前提下，全面考虑各种因素，确保建筑物、人员和设备的防雷安全。

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