民用建筑防雷接地设计中的几点问题

浅谈民用建筑防雷接地设计中的几点问题
摘要：选择性的分析了防雷规范新旧版本中的几点不同之处，并总结归纳了各自的优缺点。

另外，在施工图设计中，容易出现的几个错误和纰漏，也做了简要的阐述，以为民用建筑防雷接地设计提供参考。

关键词：防雷接地；电涌保护器；接闪器；等电位连接
本文只探讨民用建筑的防雷接地设计，故按照《民用建筑电气设计规范》jgj16-2008，建筑防雷类别只讨论二类和三类。

《建筑物防雷设计规范》gb50057-94（2000年版）已经作废，由gb50057-2010版替换（后面简称防雷规范），与2011年10月1日开始实施。

因此目前的民用建筑设计中，防雷接地的设计依据主要是新版本。

但是对比新旧规范，有些条文的内容及用词有所不同，笔者认为新版本规范在就版本基础上做了优化和完善，更符合民用建筑防雷的设计要求。

下面就具体谈几点：
1.规范的用词问题
对于旧版本防雷规范中，对于架设在建筑物外围保护建筑物免受雷击，而将雷电流引来并泄入大地的装置称为避雷器（包括避雷针、避雷线、避雷带等）。

这种叫法并不规范，经常造成误解，非专业人士会误认为避雷器的作用就是避免雷击，但实际很多超高层建筑安装了避雷针后，雷电击中避雷针的次数和几率会更高。

因此新版防雷规范将避雷器改为接闪器，避雷针改为接闪杆就更为贴切。

所谓接闪的概念，就是接闪器通过引下线接入地下，与地面形成等电
位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；接闪器在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会和形成雷电通路，随之泄入大地，实际上接闪器就是引雷器，可将周围的雷电引来并提前放电，达到了保护建筑本体和人员安全的作用。

因此在工程设计说明中不应再出现避雷的概念，而规范用语改为接闪。

2.防侧击雷问题
旧版防雷规范中规定，二类及三类防雷建筑防侧击雷分别从45
米及60米开始做，只要超过这个高度就要考虑防侧击雷；而新版防雷规范要求60米以上，并占总建筑高度20%的部分需要考虑防侧击雷，处理方式与屋面等同。

这样一来高层建筑做防侧击雷的起点可能是60米也可能大于60米，要根据工程具体情况具体对待了，而不是以前二类就是45米开始做；三类就从60米开始做这么绝对。

防侧击雷做法新版规范也比旧版规范要求严格和清晰。

需要做防侧击雷的部位应严格按照屋面的做法，在建筑立面的尖物、墙角、边缘、设备及显著突出物上横向、竖向明敷接闪带，并形成网格，网格尺寸不大于与之对应的防雷级别所要求的网格尺寸。

同时明敷接闪带还要与引下线、建筑外围圈梁内的主筋以及立面的金属门窗、空调室外机、玻璃幕墙等金属构件可靠连接。

这样才能可靠保证建筑物的安全，做法详图1所示。

在新版防雷规范的4.3.9和4.4.8条中4）规定在有些情况可以利用结构内的钢筋作为防侧击雷的接闪器，但是笔者有不同看法，
笔者认为，防侧击雷最好采用独立明敷的接闪器，而不宜采用结构钢筋。

因为当有较强的雷电流击中建筑物侧面钢筋时，包裹在钢筋外边的混凝土、保温材料、瓷砖等建材会被击碎，随之溅落下来，作为城市内的建筑物，很难保证周边绝对不会有人停留，一旦溅落物砸伤人员或车辆，带来的损失不可估量。

所以，明敷接闪器，让雷电流引来击中接闪器，并泄流至大地，对建筑和人员都是安全的。

上面已经对新旧版本防雷规范的不同之处做了简要的阐述，下面再简要介绍下工程设计中常容易出现的错误，希望对设计人员有所帮助。

1.在设计单层建筑时，旁边有高层建筑，而且高层建筑已经设计了防雷接地系统，不经计算想当然的认为单层建筑可以不做防雷设计。

这样做是不对的，应该分为两种情况讨论：
第一种情况是，当旁边的高层建筑屋面设有独立接闪杆时，应通过建设方取得高层建筑的相关设计资料，并按照防雷规范附录d中的计算公式确定接闪杆的保护范围，看新建单层建筑是否在保护范围内，如果在保护范围内，可以不做防雷设计，而只需要按照规范做好接地系统即可；如果不在保护范围内的话，就要严格做好防雷和接地的相关设计。

第二种情况是，当旁边的高层建筑屋面不是用接闪杆保护的，而是利用女儿墙及檐口的接闪带保护时，应按照防雷规范的4.3.9和4.4.8条第1款的规定，利用滚球从屋顶周边接闪带外向地面垂直下降所接触的物体都应做防雷保护这条来判断。

这样的话，当新建
单层建筑尺寸较大，离已建高层建筑有一定距地时，下降的滚球基本都会接触到单层建筑的，所以笔者认为，当碰到第二种情况，可不经计算，直接做好新建单层建筑的防雷和接地保护设计即可。

2.在所设计的建筑物中有电子信息机房和计算机房等弱电机房时，由于这些机房内的设备由专业公司设计，我们在一次设计时，只预留房间和预埋管线，防雷设计也只是预留一个局部等电位端子板，这种做法有误。

在防雷规范的6.
3.4条第6、7款和民规的12.7.1条第2款中都很明确的规定了，当电子设备信号频率在30khz以下时，设备接地形式采用一点式（s形）接地；当电子设备信号频率在300khz以上时，设备接地采用多点式（m形）接地。

这样就要在设计时先了解电子设备属于低频设备还是高频设备，并且分情况对待：
第一种情况，电子设备频率在30khz（低频）以下时，可以在机房内预留局部等电位端子板，在后期设备安装时，将所有电子设备的工作接地点、外漏可导电机壳、电源pe排等，通过接地连接线汇接至局部等电位端子板，然后再通过一点将局部等电位端子板焊接至结构钢筋或直接引接至基础接地极，做法详图2所示。

第二种情况，电子设备频率在300khz（高频）以上时，就不能简单预留一个局部等电位端子板了事。

而是应该在防静电地板下的建筑墙面上预留多处接地端子板，并且与结构主筋焊接，待后期安装设备时，通过接地连接线将电子设备与预留接地板之间连接成网格状，形成多点接地，做法详图3所示。

3.电涌保护器（以下简称spd）的设置问题
在工程设计中，电涌保护器常被设计人员疏忽，只是简单画个位置，示意为spd了之，但是电涌保护器的作用是保护配电系统及电子信息系统的安全，因此电涌保护器的作用不可小觑。

下面就电涌保护器选择做简单的概括总结：
（1）拿到一个工程首先了解工程类别及规模；都要设计哪些电子信息系统；供电电压等级及配电形式；防雷等级等工程信息。

然后按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范》gb50304-2004的4.2.4条及4.3.1条，两者取高级别的原则确定雷电防护等级。

一般a级建筑低压配电系统中宜采用3～4级spd进行保护；b级建筑宜采用2～3级保护；c级建筑宜采用2级保护；d级建筑宜采用1或2级保护。

（2）spd的设置位置宜为两个防护区的交界面上，也可设置在线路后续的总配电柜（箱）内，但当交界面与总配电柜（箱）的距离很远时，应考虑在交界面和配电柜（箱）各设一个spd，作为上下级配合保护。

在后续防护区内spd应设置在靠近被保护设备一侧。

lpzoa及lpzob区与lpz1区交界处应设置电压开关型，ⅰ级实验的spd；lpz1与lpz2区交界处应设置限压型，ⅱ级实验的spd；后续防雷区均设置限压型，ⅲ、ⅳ……级实验的spd。

电压开关型及限压型spd之间距离不宜大于10m，限压型spd之间的距离不宜大于5m，如果不能满足距离要求应在spd之间串接退耦器。

（3）spd主要性能、指标的确定：
a、最大持续运行电压uc应符合表1的规定：
2、uo是低压系统相线对中性线的标称电压，即相电压220v。

b、spd的电压保护水平up的选择：
up的选择应与表2的标准一致，但不应大于相应类别设备的耐冲击电压额定值。

2、ⅱ类-----如家用电器和类似负荷；
3、ⅲ类-----如配电盘，断路器，包括线路、母线、分线盒、开关、插座等固定装置的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其他设备；
4、ⅳ类-----如电气计量仪表、一次线过流保护设备、滤波器。

c、spd每一保护模式的冲击电流值的选择应通过下式计算：
式中：i------雷电流（ka），二类取150ka，三类取100ka；
n------地下和架空引入的外来金属管道和线路的总和；
m-----每一线路内导体芯线的总根数；
rs-----屏蔽层每公里的电阻（ω/km）；
rc-----芯线每公里的电阻（ω/km）。

d、spd的最大放电电流的选择应按表3选择
e、电子系统spd的选择一般分两种情况，第一种，当电子系统室外线
路采用金属线时，在其引入的终端箱处应安装d1类高能量实验类型的spd；第二种，当电子系统室外线路采用光缆时，其引入的终端箱处的电气线路侧，当无金属线路引出本建筑物至其他有自己
接地装置的设备时，可安装b2类慢上升率试验类型的电涌保护器。

另外，spd的相关参数按表4选择：
上述的spd各参数在工程设计时，应在图纸中明确，以便工程安装时能够正确选择spd。

综上所述，不管哪个工程都应做好防雷接地设计，它是电气系统正常运行，人员和设备安全的保证。

参考文献：
[1]《建筑物防雷设计规范》gb50057-2010；
[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》gb50343-2004。