关于建筑防雷接地合理设计的分析

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摘要：雷电是一种大气物理现象, 源于大气的放电与雷云和雷云之间放电, 目前尚没有办法消除和阻止雷击放电。雷云对地的闪击产生的危害最大。本人根据几年防雷工作实践,提出建筑防雷接地合理设计方法,供大家讨论。

关键词：建筑防雷；接地设计；合理设计；必要性

Abstract: The lightning is an atmospheric physical phenomenon, comes from the atmosphere of discharge with thunder and lightning discharge between, there is no way to eliminate and prevent lightning discharge. Thunder on the Blitz harm maximum. Based on several years of lightning protection work practice, put forward building lightning protection and grounding design methods, offer everybody discussion.

Key words: building lightning protection; grounding design; reasonable design; necessity

近些年来,随着我国社会主义市场经济的不断发展,民用住宅建筑也日趋增多,根据民用住宅建筑防雷的重要性、 实用性、安全性及其发生雷击事故的可能性等因素,因地制宜、 采取适当措施加强民用住宅的建筑防雷设计至关重要。

1．民用住宅应用建筑防雷设计的必要性

众所周知,雷电作为一种非常普遍的自然现象,雷击就是大气层中雷云对地面释放电荷的结果。 通常情况下,雷击现象可以分为三个阶段:先导放电、 回击(亦称主放电)和余辉。 其中,主放电阶段的时间极短,其产生的电流却异常巨大,甚至可达到几百千安,其对地面的建筑物、 电气设施以及人体的破坏力极大,具有着严重的威胁性、 危害性和不可抗性。 近几年来,随着国民经济的日益进步,城市民用住宅建筑也日新月异,其安装的玻璃幕墙、 节日彩灯、广告牌和航空障碍信号灯等愈来愈多,大量诸如个人电脑、 分体空调机以及其他一些空调的室外设备等贵重家用电器也开始涌入每个家庭。 因此,加强专业建筑设计人员的法律法规意识,使其在民用住宅建筑图纸设计阶段，根据国家规定的防雷规范进行设备防雷安设点设计,并采取适当的民用住宅建筑防雷措施具有非常重要的现实意义。

2．建筑防雷接地设计现状

在设计总说明中有一段建筑防雷设计, 防雷接地: 设计依据:《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010本工程按照三类建筑物设置防雷保护措施。接地网采用40×4 镀锌扁钢沿基础底槽边敷设。水平接地体与基础钢筋、 柱钢筋及底板钢筋应可靠连接, 确保电气通路完好。要求接地电阻不大于 18。当不能满足要求时, 则增打人工接地极。Z1, Z2, Z5, Z6 引下线距地0. 5 m 处设接地测试端子。防雷基础接地平面图(见图1) ;天面防雷平面图略。

图 1 防雷基础接地平面图

3．建筑防雷接地合理设计

3.1实地勘测

在设计前要对所建建筑物环境、 地貌进行实地勘测, 明确建筑物所处的地理位置, 测量土壤电阻率。按勘测实际地理位置审核防雷类别设计,对于空旷孤立建筑物应提高防雷类别。

3.2根据土壤电阻率设计防雷接地

不同Q有不同接地系统设计要求, 特别对500 8#m 以上要有特殊要求, 光靠基础接地极和增设人工接地极是达不到要求的,必须采取以下几种降低接地电阻的常用措施: 1) 换土;2)采用降阻剂; 3) 深埋接地级; 4) 深井接地;5)利用水或水接触的钢筋混凝土体作为流散介质, 利用水工建筑及其它与水接触的混凝土体内的金属体作为自然接地体。

3.3基础接地体的分析与应用

基础接地体就是利用各种形状的钢筋砼基础中的钢筋网作防雷接地装置。当建筑物遭受雷击时该装置起散流电阻作用。这一设计思想在早期提出以来,已在国内外的一些高层建筑中得到应用, 并写入有关规范中。到目前为止该理论也逐渐在工业和民用建筑物中被广泛应用。

有人认为,基础内的钢筋被砼紧箍与大地无通路很难起到接地装置的作用, 应该说干燥的砼确实是绝缘体防水水泥或有特殊功能需要的水泥(如矾土水泥、 人造材料水泥等)制成的砼也不能用作接地装置。有的理论认为, 采取适当的措施后涂了防水涂料的钢筋砼基础也可作防雷接地体, 但是,一般建筑通常用的都是普通硅酸盐水泥和矿渣水泥制成的非预应力钢筋砼基础, 其深度都在地平面以下1~ 4 m 之间,并长年吸收地表积水和地下水, 在制造钢筋砼基础过程中水泥和水互相作用干涸后, 砼中存在着许多细小的分支毛细管。当基础与含有水份的土壤接触时,由于砼的吸咐作用,毛细管将水份吸到砼里, 使砼保持了较高的含水量。此时砼中的钢筋与外界的大地构成了通路, 因而起到了接地体的作用。有人做过实测, 埋在干燥土壤中的钢筋砼电阻率为500~ 1300 8#m,但在潮湿土壤中此值还不到 200 8 #m。所以地梁在地表面就起不到低电阻率标准。

3.4钢筋混凝土机理与合理布置环形接地体

当地梁深度达到自然接地体深度( h > 50cm)要求,且Q较小, 无需设计环形水平接地体。如果需要设计环形水平接地体, 则埋入混凝土中有二大优点, 但混凝土浇注不好钢接地体也会腐蚀,尤其接地体外引部位。表1, 图2、 图 3、图4 选自高压技术第29卷第4期。

3.4.1通过试验表明, 埋入土壤中的钢筋混凝土的接地电阻明显低于相同规格材料钢筋埋入相同土壤中,如表1。

表 1钢筋与钢筋混凝土工频接地电阻的比较

图 2腐蚀速度随时间变化

图 3极化电阻随时间变化

图 4埋地钢试片电极电位测量结果

3.4.2 导电混凝土的抗蚀性

1）钢棒埋入导电混凝土后制成试样, 在室温和近饱和水汽状态下养护 1 d 后测量线性极化( LP)、 电化学阻抗谱( EIS) 和极化曲线( PC)的结果见图2、 3。养护31 d 后的试样试验后去除电混凝土,钢棒表面为银灰色,乌亮无锈斑。

2）在恶劣土壤条件下(土壤电阻率约0. 1 8#m,潮湿,室温下Cu/ CuSO4参比电极)的埋地钢

试片电极电位测量结果见图4。可以看出,裸钢试片的自然腐蚀电位随时间向负值方向(活化)变化, 而包覆导电混凝土的钢试片则向正值方向(钝化) 变化, 说明它表面发生钝化过程。经724 h 试验结束后, 裸钢试片已完全锈蚀, 而导电混凝土内指示片呈钢灰色, 无锈斑,具有抗扰性。在高土壤电阻率场地, 采用环形接地体做成等电位,可以降低接地电阻标准。

3）未浇注导电混凝土的接地体已锈蚀断裂,而浇注导电混凝土的接地体无锈蚀, 表面呈

钢灰色,经扫描电镜( SEM)检测钝化膜平均厚度4 L m。X射线衍射( XRD)分析鉴定膜的化学成分主要是 FeSiO3、 SiO2、W- FeO( OH) 和 W-Fe2O3。

3.4.3浇注导电混凝土的钢接地体腐蚀原因分析

曾发现导电混凝土浇注不良, 浇注体内存在蜂窝或裂缝时, 接地体存在腐蚀现象。在接地网开挖检查中发现, 易受腐蚀部位未包覆导电混凝土的接地引下线地下部分与主地网的连接段，以及主地网内局部未包降阻剂的钢导体,该段通常距导电混凝土界面约500 mm 范围内。显然这是由于钢处在不同介质时所造成的电化学腐蚀。接地电缆沟预置扁钢, 所处环境恶劣容易遭受腐蚀。上述这些部位均应做良好的防腐处理。

3.4.4在高土壤电阻率区域

1）采用环形接地体做成等电位,可以利用铁、 钢等导电材料更充分地和土壤接触,接触面积大大增加,使得接地电阻值降低, 做成等电位可以降低接地电阻标准要求。但环形接地体与基础接地体应多处连接。

2）降阻剂是解决接地电阻有效办法,特别基础在山坡上, 用风钻打洞, 将降阻剂灌入洞中,然后将垂直接地体打下洞中, 接地电阻明显下降, 合理布局能够达到要求。

4．结束语

建筑防雷接地是建筑防雷重要内容, 建筑物的防雷效果好坏,接地至关重要,如果我们把防雷接地设计好,建筑物防雷即做好一半, 所以我们在建筑物防雷设计审核中, 特别要注意防雷接地合理设计,土壤电阻率低的区域, 可以优化设计方案,降低造价; 土壤电阻率高的区域要细化设计, 合理布置接地体确保接地电阻达到规范要求。

参考文献：

[1] 李军虎.扈英磊.张金萍.张文松.谈建筑防雷设计在民用住宅上的应用[J].现代农业科技,2010.

[2] 吴卫.民用住宅的防雷及用电保护设计的探讨[J].四川电力技术,2003.