工业建筑防雷接地电气设计浅析

工业建筑防雷接地电气设计浅析

发表时间：2018-05-24T17:01:53.287Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：陈晨徐壮[导读] 文章简要介绍了雷电的危害及工业建筑防雷接地设计要点，对工业建筑物防雷接地技术进行了阐述。

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北省秦皇岛 066004 摘要：文章简要介绍了雷电的危害及工业建筑防雷接地设计要点，对工业建筑物防雷接地技术进行了阐述，同时通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对水泥厂等类型的工业建筑的防雷及接地设计进行了探讨。关键词：工业建筑；防雷；接地

一、雷电的危害

雷电的主要危害如下：

1.雷电直接击在建筑物上而产生的热效应作用和电动力作用

建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称为直接雷击。此时，雷电的主要破坏力在于电流特性，而不在于放电产生的高电位。雷电流通过导体时产生大量热量，使金属熔化、飞溅，从而引起火灾或爆炸。在雷电流经通道上，物体的水分和缝隙中的气体剧烈膨胀，产生巨大的机械力，使建筑物遭到破坏。被击建筑物上同性电荷之间的斥力和雷电流在拐角处或相平行处的推力也有很强的破坏作用。

2.雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用

由于雷电流变化梯度大，因而产生强大的交变电磁场，使建筑物的金属构件产生很高的感应电压和很大的感应电流。若回路间的导体接触不良，可导致局部过热，若回路有间隙，可引起火花放电。

3.雷电波侵入

智能控制系统的电源线、信号传输线或进入控制室的金属管线遇到雷击或被雷电感应时，雷电波沿着这些金属导线侵入到设备内部，形成电位差，使设备损坏的现象，称为雷电波侵入。雷电波侵入将通过线缆间接传输给智能建筑的系统及设备，间接造成设备损坏。

二、工业建筑防雷接地设计

1、设计原则

按照相关的规范要求，工业建筑在进行防雷设计时，需通过对建筑物特点及其周围的地质、环境、气象、环境以及雷电活动规律等的调查，综合考虑经济、投资等多方面的因素，因地制宜地采取防雷措施，通常是按照交界处的电磁环境改变程度将需要保护的空间划分为直击雷非防护区（LPZ OA区）、直击雷防护区（LPZ OB）、第一防护区（LPZ 1区）、后续防雷区（LPZ 2区）等分别进行雷电防护。

2、综合防雷系统

工业建筑的防雷装置通常有外部防雷装置和内部防雷装置两大类，外部防雷装置是指常规的避雷装置，主要是通过避雷针、避雷网等建筑物顶部的接闪器与引下线将雷电流导入接地装置，使其最终扩散到地里；内部防雷装置主要是用来减小建筑物内雷电流与其所产生的电磁效应的防雷措施。

（一）等电位连接

接闪装置及引下线在接闪雷电、引流雷电流时，导电部件间会产生有害的电位差，发生旁侧闪络放电，对设备及人员构成危害，为了减少闪络危险，通常采取的措施是实行等电位连接。所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，使建筑物内的所有设施形成一个等电位岛，从而消除电位差。

在钢铁厂等电位连接中，等电位联结端子板与等电位联结范围内的金属管道等金属末端之间的电阻要求不超过3Ω。

（二）屏蔽接地

工业建筑的接地是为了使闪电电流能够顺利地流入地里，良好的接地能够快速而有效地泄放雷电能量，避免发生地电位反击，一般工业建筑的接地装置有人工接地体和自然接地体两种，通常情况下，考虑经济的因素，会尽量利用自然接地体，也即是建筑物基础内的钢筋，但以基础钢筋网作为接地体时，须注意钢筋网在室外地下距地面不小于50cm。厂内PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）系统的各电子线路接地必须可靠，接电线的电阻和电感应应尽可能地小，通常情况下设备接地的电阻不应大于1Ω。电子插件的底板与框架导轨、插件底线与系统接地母线也应连接牢固且与整个机架底板形成一个整体的接地系统，再与PLC接地系统连接起来。在设计接地平面时还须考虑到各类接地引上干线的预留，对于电气设备多且复杂的车间，可以在建筑内四周墙面设置接地引线，为车间内的工艺设备、管道等金属构件提供接地条件。

（三）避雷器与浪涌保护器

浪涌保护器（SPD，Surge Protective Device）也即是我们常说的防雷器，又叫做电涌保护器、避雷器，是一种用于保护各种电子设备、仪器仪表、通讯线路免遭雷电电磁脉冲或操作过电压破坏的电子装置，是电子设备雷电防护中不可或缺的一种装置。它主要是通过将强大的雷电流泄流入地，或是将窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或者系统能够承受的范围内，来保护设备或者系统不受冲击，从而保护系统或设备的安全。综合考虑到投资和效益的因素，在钢铁企业的生产车间内，由于多数的设备和网络是安装在钢结构或钢筋混凝土厂房中的，对雷电电脉冲有较好的防护能力，因此，不建议大面积采用浪涌保护器，可在重点设备和部位设置一部分的浪涌保护器，加强对设备的防雷保护，在企业的信息系统中，一些重要的系统则需要严格按照相关的规范要求，设置包括浪涌保护器在内的防雷设施。

（四）综合布线

综合布线系统在设计时，应注意所有屏蔽层的连续性及导线间的相对位置，要保证相对位置的不变。屏蔽层建筑物配线设备或楼层配线设备端应接地，终端设备端一般也应接地，但具体可视实际情况而定，两端接地时尽量接入同一个接地体内，如果系统中存在不同的接地体，接地的点位差不应大于1 Vr.m.s。

三、工业建筑防雷接地设计要点

1.防止直击雷的设计

避免建筑物受直击雷的伤害可设置接闪器，其避雷的形式主要有接闪杆、接闪带和接闪网三种，在现代的高层建筑物设计，为了达到良好的视觉效果，通常不设置避雷针，而是在结构中应用避雷带和避雷网进行防雷。因此，在进行建筑物设计时根据实际需要选择适当的接闪器装置，其材料必须具有良好的机械强度、耐腐蚀性、足够的热稳定性，以满足高温高热的雷电流的破坏。在建筑物进行防直击雷设计时，也可利用钢筋混凝土基础内的钢筋作为接地装置，若没有钢筋混凝土地梁的建筑物，可在槽坑外沿设置镀锌扁钢进行防止直击雷。

2.防止侧雷击的设计

防止侧雷击可采用钢构架和钢筋混凝土的钢筋互相连接进行防雷设计、30m以上外墙上的栏杆，门窗等较大的金属物应设计和防雷装置相连。对于竖直敷设的金属管道以及金属物顶端和底端都应设计成与防雷装置相连接；有的建筑物中没有组合柱和圈梁，设计时每隔3层在外墙内敷设一圈镀锌圆钢做均压环，对于有组合柱和圈梁的建筑物的设计，可以利用圈梁的钢筋做均压环。同时，建筑物内的各种竖向金属管道每隔3层都应与均压环进行一次连接，均压环应和防雷装置的引下线进行连接。

3.防雷电感应和雷电波侵入的设计

在进行防雷电感应和雷电波侵入的设计时，可利用建筑物内的设备外壳，管道，构架等与防雷接地装置或者电气设备的保护接地装置相连。对于较长的金属物，如平行敷设的管道、构架等净距离大于10cm时，应采用金属线跨接，当跨接点的间距不应大于30m，交叉净距离小于10cm时，交叉处应跨接。若低压线路全线以电缆敷设的方式进行直接埋地引入，应在入户端处将电缆金属外皮或保护钢筋接至防雷接地装置上。对于通过架空线或护套电缆穿钢管直接埋地引入设计时，可采用长50m的电缆进户，并在电缆交接处安装好避雷器进行避雷设计，以免将雷电流引入地面，破坏建筑物或危害人身安全。

结语：

在钢铁企业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，保障生产安全的前提下，尽可能地节省建设投资，使内、外部防雷装置相互配合，促使系统发挥良好的防雷作用。

参考文献：

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