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摘要：在经济生产及居民生活中,雷击是潜在的安全隐患之一,会造成建筑物损坏、人员伤亡,以及电力电讯等设备损坏等问题产生。高层建筑由于尖端放电等因素极易遭受雷击,假如发生高层建筑遭受雷击问题,将会产生严重的损失。因而,安全可靠的防雷接地系统尤其重要。从高层建筑防雷接地系统设计基本原则入手,探讨高层建筑防雷接地系统设计工作中的重点内容。
关键词：高层住宅楼；防雷接地；设计
一、工程案例
某楼高36层的高层住宅楼,在防雷部门报建时,技术人员严格把关。以基础(地桩)作为自然接地体,地基基础与楼体框架钢筋焊接连通。根据各层功能不同,规划好防雷方案。如当建筑物高于30米时,应采取防侧击的措施，1）应从30米起每隔不大于6m，沿建筑物四周设水平接闪带并应与引下线相联；2）30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物应与防雷装置连接。低层建筑以商业智能为用途,在每层每室预留若干金属接地端子,以备各种电气就近接地。然后再在总电源及各层配电箱安装SPD,防止雷电波入侵。随着经济建设与城市化进程的快速发展,一些高层建筑如雨后春笋般耸立于各大中城市。随之而来的是本身高度带来的一些不利因素,就比如容易受到雷电的袭击。一般而言,高度越高,接受雷闪的机率就越大,建筑物及内部器件受直击雷与感应雷的破坏的可能性就越大。因而,做好防雷系统中最为重要的环节-接地就非常有必要。
二、高层建筑防雷接地设计基本原则
2.1可靠性原则
可靠性问题,是高层建筑进行防雷接地系统设计过程中需遵循的第一原则在设计高层建筑防雷接地系统时,并非一定需采取最为先进的防雷接地技术,但是务必采取当前最为成熟、最为可靠的防雷接地产品与技术。虽然部分技术具有某些方面的优势，但是尚未得以全面的技术应用考验,这必然要求在高层建筑防雷接地系统中选择更受大范围应用及验证的可靠技术。想要更好地提升高层建筑的可靠性,就需要使用备份回路策略,这样才能够有更为稳当采取应急措施以解决故障;除此之外,还可使用热插拔及声光报警功能,这样便可在不停机的情况下处理故障,有利于用户更为高效地解决问题
2.2实用性原则
在高层建筑中应用防雷接地系统的目的,更在于保护用户的投资,以更为准确地运行电网系统。在高层建筑设计防雷接地系统时,遵循实用性原则能够最大化地满足用户的实际自我保护需求,这在高层防雷接地设计中尤其关键
2.3开放性、可扩充性及可维护性原则
在防雷接地系统发展过程中,不同时代出现不同的应用技术。为了能够更好地保护高层建筑的安全,应该以国际标准及工业标准的角度选择相应的防雷接地系统产品,选择更为先进、更为开放,在实际应用中可有效扩充的防雷接地系统,这样才能够更好地满足高层防雷接地系统中的未来应用需求高层建筑利用梁、柱、地基梁、桩基等结构钢筋,作为防直击(侧击)雷的做法十分常见,利用建筑物桩基础和地下层建筑物的混凝土基础中的钢筋或混凝土中的金属结构作为接地体时,称为自然接地体,也就是将地梁内的主筋和基础主筋焊接起来,并把各段地梁的钢筋焊接成为一个闭合球路,使各个基础连成整体,而且把各段地梁的钢筋形成一个水平接地体,综合组成一个完整的接地系统,这样接地电阻也会相对较小,利于雷电流泄流。为了均衡电位,降低电位梯度。要对高层建筑物30米及以上部分,每隔三层设均压环,也就是将引下线与水平层内的圈梁的外侧钢筋焊接成闭合通路。由此,天面避雷网(针、带、线),引下线,均压环及地基基础的钢筋及金属构件形成一个法拉第笼,这样建筑内各接点形成等电位,而且雷电流也有良好的散流途径。
三、高层住宅建筑防雷接地的设计
高层民用建筑的各种接地系统比较多,常见有高低压配电系统工作接地、保护接地、电话系统接地、闭路电视系统接地、计算机系统接地、建筑设备自动化管理系统(BA)S接地及防雷接地等,各种接地系统在高层民用建筑狭小的场地中无法设置各自独立的接地系统,只能设立共用接地系统,接地电阻应不大于1Ω。
高层民用建筑的桩基都比较深(一般深至弱风化层,深度为十至数十米),数量也比较多,利用桩基的主筋作为接地极,桩基底板承台的内主筋作为接地带,构成一个庞大的接地网。由于桩基深度一般超过地下水水位,土壤深处的电阻率较低,接地电阻很容易满足要求,而且全年的接地电阻值比较稳定。该工程采用共用接地系统,利用桩基和地板基础的主筋作接地装置,对接地电阻测2-3Ω量,结果工频接地电阻仅为,远小于设计要求的1Ω。
四、防雷措施
4.1等电位连接
等电位联结是把建筑物内及附近的所有金属管道、机器基础金属物及其他大型的埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的重复接地线、防雷建筑物的接地线统一用电气连接的方法连接起来,使整座建筑物空间成为一个良好的等电位体。等电位的作用是减少需要防雷的空间内各金属物与各系统间的电位差。穿过防雷区交界的金属部件和系统,以及在一个防雷区内部的金属部件和系统都应在防雷区交界处作好等电位连接。采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带处做等电位连接。当外来导电物和电力线,通讯线不同地点进入该建筑物时,则需要设若干等电位连接带,它们应就近连接到共同接地装置(自然接地体)。每幢建筑物内要设总接地端子板,各等电位连接带均从总接地端子板引出。建筑物内部导电物的等电位连接,所有大尺寸的内部导电物,以及电缆桥架的等电位连接应以最短的线路引接到最近的等电位连接带或其他已做了等电位的金属物上。这样,在雷电袭击时,建筑物内部和附近大体上是等电位的,因而就不会发生内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。
4.2防雷电波入侵
雷电波侵入也叫高电位引入,是从电源线、信号线、管道等入侵的雷电。雷电常沿着金属管道,高变低变线路,信号线路直接入侵建筑物内,危害人身安全和损毁设备。雷电波的侵害造成的损失机率是相当高的。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)的思想要求,当重要的电子设备安装于建筑物内时,应在电源进线处和电子设备供电处根据设备耐过压的能力装设多级避雷器(SPD)。建筑物内配电系统若采用TN-S系统,电子系统设备各类接地系统之间不用加装SPD,而采用直接等电位连接。
4.3屏蔽
当雷电流从建筑物外墙四周的柱子内的钢筋流入接地装置时在其周围形成磁场墙。所以还要把建筑物内的所有电子设备的交流电源线,通讯线,数据传输线的主干线尽量远离外墙敷设,最好放在大楼的中心部位,以减少感应的强度。条件许可时,最好所有线路都穿金属管保护,且将金属管在适当距离做可靠接地。有特殊要求的线路电源侧还应装设隔离变压器,稳频,稳压装置或设备本身加设滤波装置。高层建筑的交流配电系统应采用TN-S或TN-C-
S系统。所有的线路,包括竖井中垂直敷设的电力电缆和插接式母线也应有金属外壳屏蔽保护。
屏蔽的主要目的是对建筑物内的所有电子设备进行防护。良好的屏蔽不仅使等电位和分流影响迎刃而解,对防雷电电磁脉冲也是最为有效的措施。因此,应尽量利用钢筋混凝土结构内的顶板、地板、墙面和梁柱,使它们构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,使其达到屏蔽的条件。
4.4高层建筑结构混凝土浇筑前,必须使钢筋之间构成电气通路
建筑物被垂直和水平的导体密密麻麻地包围起来,形成法拉第笼,使得建筑物内形成等电位,以免雷电破坏及对人身和设备的伤害。在混凝土浇筑前,各钢筋之间必须用电焊连接成电气通路,其中特别是作为接地体的桩基中的竖向钢筋与其上的承台中钢筋的连接,一定要焊接牢固、可靠。另外选定作为引下线和均压环屏蔽网的梁柱钢筋的驳接处，也必须牢固地焊接,不允许绑扎,以使其成为可靠的电气通道。当建筑总高度超过3Om时,应将3Om处及以上的栏杆、金属门窗(含塑钢窗)等较大金属物件直接或通过金属门窗预埋铁件与防雷装置电焊连接。
结束语：
随着高层建筑以及智能建筑的不断发展,需要电气设计的地方越来越多,高层建筑或是智能建筑的设计是一项复杂艰巨的工作,作为设计人员,一定要结合建筑的实际,对防雷接地设计工作中的重点、难点进行仔细的分析研究,对于防雷设计中可能存在的问题要进行提前的预防,确保建筑免受防雷的影响,本文主要研究了高层住宅楼防雷接地系统的设计方案。高层住宅楼防雷接地系统的设计关系着居民人身和设备的安全,因此做好防雷接地系统的设计至关重要。提升建筑物整体的使用安全,为人们提供一个舒适、安定的生活条件。
参考文献：
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