高层建筑防雷设计方案

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摘要：介绍了高层建筑的基本防雷装置，结合不同的防雷建筑物类别综述了不同雷电种类的防雷措施。

关键词：防雷装置；防雷类别；防雷措施

引言

雷电会产生极高的过电压和极大的过电流，雷击会造成设施或设备的毁坏，造成大规模停电、火灾或爆炸，还可能直接伤及人身。高层建筑中，雷击产生的静电场突变和电磁辐射，干扰电视电话通讯，甚至使通讯中断。球雷的侵入更是可以引起火灾。因此，高层建筑的防雷设计十分重要。

1. 基本防雷装置

一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。

（1）接闪器

接闪器是直接截受雷击的避雷针、避雷带、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等，其中不得利用安装在接收无线电视广播的共用天线的杆顶上的接闪器作于其建筑物的接闪器。它利用其高出被保护物的地位，把雷电引向自身，通过引下线和接地装置，把雷电流泻入大地，保护被保护物免受雷击。接闪器的保护范围按滚球法确定。一般在接闪器保护范围内的被保护物遭雷电击中的概率应小于0.1%。接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，并具备足够的热稳定性，以能承受雷电流的热破坏作用。避雷针宜采用镀锌圆钢或焊接钢管制成，避雷网和避雷带宜采用镀锌圆钢或扁钢制成。

（2）引下线

引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体，在建筑物中宜利用建筑物钢筋混凝土中的钢筋。防雷装置的引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求，引下线宜采用圆钢或扁钢，其尺寸和防腐蚀要求与避雷网、避雷带相同。

（3）接地装置

接地装置是接地体和接地线的总和。接地装置向大地泄放雷电流，限制防雷装置对地电压不致过高，是防雷装置的重要组成部分。除独立避雷针外，在接地电阻满足要求的前提下，防雷接地装置可以和其他接地装置共用。

防雷接地电阻通常是指冲击接地电阻。冲击接地电阻一般不等于工频接地电阻，这是因为极大的雷电流自接地体流入土壤时，接地体附近形成很强的电场，击穿土壤并产生火花，相当于增大了接地体的泄放电流面积，减小了接地电阻。冲击接地电阻一般都小于工频接地电阻。土壤电阻率越高，雷电流越大，以及接地体和接地线越短，则冲击接地电阻减小越多。就接地电阻值而言，独立避雷针的冲击接地电阻不宜大于10Ω；附设接闪器每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。为了防止跨步电压伤人，防直击雷的人工接地体距建筑物出入口和人行道不应小于3m。

另外，避雷器是一专门的防雷装置。避雷器是用来防护雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器是并联在被保护设备或设施上，正常时处在不导通的状态。当出现雷击过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻状态，使过电压对地放电，切断过电压，从而实现设备的保护。过电压终止后，避雷器迅速恢复不导通状态，使线路恢复正常工作。避雷器的形式主要有阀型避雷器和管型避雷器，应用最多的是阀型避雷器，其中包括金属氧化物避雷器。

2. 防雷措施

雷电种类、建筑物的防雷类别等直接决定了所应采取的防雷措施及防雷性能参数要求。

2.1建筑物的防雷类别

第一类防雷建筑物是指制造、使用或储存炸药、火药、起爆药、火工品等大量危险物质，遇电火花会引起爆炸，从而造成巨大破坏或人身伤亡的建筑物。高层建筑不属于第1类防雷建筑物。

第二类防雷建筑包括：国家级重点文物保护的建筑物；国家级的会堂、办公楼、档案馆、大型展览馆、国际机场，国际性通信枢纽、特大，大型火车站、国际港口客运站、国宾馆、大型旅游建筑和大型体育场等；国家级计算中心、通信枢纽，以及对国民经济有重要意义的装有大量电子设备的建筑物；制造、使用和储存爆炸危险物质，但电火花不易引起爆炸，或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；有爆炸危险的露天气罐和油罐；年预计雷击次数大于0.06次的部、省级办公楼及其他重要的或人员密集的公共建筑物；年预计雷击次数大于0.3次的住宅、办公楼等一般性民用建筑物；高度超过100M的建筑物。

第三类防雷建筑物包括：省级重点文物保护的建筑物和省级档案馆；省级大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物；19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物；年预计雷击次数大于等于0.012次，等于小于0.06次的部、省级办公楼及其他重要的或人员密集的公共建筑物；年预计雷击次数大于等于0.06次，小于等于0.3次的住宅、办公楼等一般性民用建筑物；年预计雷击次数大于等于0.06次的一般性工业建筑物；考虑到雷击后果和周围条件等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境的建筑物；年平均雷暴日大于15d/a的地区，高度为大于或等于15m的烟囱、水塔等孤立高耸的建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度大于或等于20M的烟囱、水塔等孤立高耸的建筑物。

上述年预计雷击次数是表示建筑物遭受雷击的可能性的参数，用N表示。建筑物年预计雷击次数N按下式计算：

N=0.024KTD1.3AE×10-6

式中，K――校正系数，一般情况下取K=1；

TD――年平均雷暴日（d/a）；

AE――建筑物截收相同雷击次数的等效面积（m2）.

2.2各种雷电的防护措施

（1）直接雷的防护

对于高层建筑而言，多属于第二类或第三类防雷建筑物，均应采取防直击雷的防护措施。直击雷防护的主要措施有装设避雷针、架空避雷线、避雷网，第二类和第三类防雷建筑物的直击雷防护措施，宜采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针或由其混合组成的接闪器。

（2）感应雷防护

对于高层建筑属于第二类防雷建筑物均应采取防感应雷的防护措施，主要有两方面：

①静电感应防护。为了防止静电感应产生的过电压，应将建筑物内的设备、管道、构架、钢屋架、钢窗、电缆金属外皮等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应与防雷电感应的接地装置相连。对第二类防雷建筑物可就近接至防直击雷或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。

②电磁感应防护。为了防止电磁感应，平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时，须用金属线跨接，跨接点之间的距离不应超过30m；交叉相距小于100mm时，交叉处也应用金属线跨接。此外，长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处也应用金属线跨接。在非腐蚀环境，对于不少于5根螺栓连接的法兰盘可不跨接。防电磁感应的接地装置也可与其他接地装置共用。

（3）雷电侵入波防护

属于第二类和第三类防雷建筑物的高层建筑物均应采取防雷电侵入波的防护措施。属于雷电侵入波造成的雷害事故很多，在低压系统，这种事故占总雷害事故的70%以上。

就雷电侵入波的防护而言，随防雷建筑物类别和线路的形式不同，措施要求也不一样。主要措施如低压线路全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上；金属管道，在进出建筑物处，与防雷电感应的接地装置相连；第三类防雷建筑物当采用架空线供电时，在进户处装设一组低压阀型避雷器并与绝缘子铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地装置上。

3. 结语

随着现代建筑向着高、深方向发展，其防雷要求也越来越高，因此在建筑设计过程中则应充分考虑建筑的各项功能及建筑结构特征，从而确定防雷方案，以求最终确保防雷要求。

参考文献：

[1]李兴，张红艳.高层建筑的综合防雷设计方案.建筑电气资讯，2009（6）.

[2]陈少锋，韩业滨，冯锡煊.高层建筑防雷设计方案.广东建材，2005（10）.

[3]民用建筑电气设计规范 JGJ 16-2008

[4]建筑物防雷设计规范 GB 50057-94〈2000版〉