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摘要：雷电是一种强烈的大气放电现象，从古至今，都是威胁人类生命财产的一大自然现象。现代智能建筑向着越来越高层的方向发展，建筑物的高大也会更容易吸引落雷而导致建筑物被破坏。本文主要分析了建筑防雷接地技术要点，供参考。
关键词：建筑；防雷；接地系统
1．防雷装置
雷电波入侵现代建筑的形式有两种:一种是直击雷;另一种是感应雷.一般说来,直击雷击中现代楼宇内的电子设备的可能性很小,通常不必采取防护直击雷的措施.感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成雷击.为把雷电流迅速导入大地,以防止雷电作用为目的的接地叫做防雷接地。
1)直击雷保护系统。一定高度的金属导体会使大气电场畸变,这样雷云就容易向该导体放电,且能量越大的雷就越容易被金属导体吸引。接闪器防雷就是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。然后通过引下线将接闪器接闪的雷电流安全地导引入大地。引下线一般不得少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置。
2)感应雷保护系统。感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,其形成的几率很高,且由于通信楼引出的各种缆线较多,加之楼内设备大都采用了高集成度的微电子电路,故感应雷对通信楼内的电气设备,尤其是低压电子设备威胁巨大,所以说通信楼防雷主要是防感应雷。
现代建筑内有多个弱电系统对接地电阻的要求较高,要求≤0.5～1Ω。有的建筑所处的位置地质条件较为恶劣,达不到设计要求的接地电阻值时则应围绕建筑物加设闭合环状的人工接地体,同时在接地体的周围回填低电阻率的土壤或采取其它降阻措施。采用导电性高、耐腐蚀的新型材料作接地体。钢材埋入土壤中易受氧化腐蚀,使用年限短,因此接地体应采用经热镀锌等防腐蚀处理的钢材或其它防腐接地材料,如铜、铝等有色金属复合接地材料。避雷带是沿建筑物易受雷击的突出部位(如屋檐、女儿墙等处)装设的带形导体,其作用是接受雷电流,设计常采用镀锌圆钢。有的工程为美观把镀锌圆钢避雷带改为不锈钢管,应严格根据《建筑防雷设计规范》的要求采用管壁厚度不小于2.5mm的不锈钢管,但钢管一旦被雷击穿其介质对周围环境造成危害时，其壁厚不得小于4mm。对接部位应跨接处理以保证不锈钢管作为避雷带的接闪雷电流的能力。建筑物采用屋面避雷带(网)、利用建筑物柱和剪力墙内竖向钢筋作引下线及接地装置三部分联结成一个整体的钢筋大网笼就构成一个笼形避雷网,较好地取得均压和屏蔽的防雷效果。实际设计和施工中常忽视屋面配电箱采取防止雷电波侵入的措施，应在配电箱出线端加装浪涌过电压保护器。
2.接地系统
2.1直流接地
在一幢现代化楼宇内,包含有大量的计算机、通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备.这些电子设备在输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作、输出信息等一系列过程中,都是通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常要通过互联网络进行工作.因此,为了使其准确性高,稳定性好,除了需有一个稳定性的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位.可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端电子设备直流接地.该引线不宜与PE线连接,严禁与N线连接.
2.2交流工作接地
将电力系统中的某一点,直接或经特殊设备(如阻抗、电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地.工作接地主要指的是变压器中性点或中性线(N线)接地.N线应用铜芯绝缘线.在配电中存在辅助等电位接线端子,等电位接线端子一般均在箱柜内.必须注意,该接线端子不能外露;不能与其它接地系统,如直流接地、屏蔽接地、防靜电接地等混接;也不能与PE线连接.在高压系统里,采用中性点接地方式可使接地继电保护器准确动作并消除单相电弧接地过电压.中性点接地可以防止零序电压偏移,保持三相电压基本平衡,这对于低压系统很有意义,可以方便使用单相电源.
2.3保护接地
安全保护接地就是将电气设备的外露不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接.即将大楼内的用电设备,以及设备附近的一些金属构件,用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接.在现代化楼宇内,要求安全保护接地的设备非常多,有强电设备、弱电设备及一些非带电导电设备,均必须采取安全保护接地措施(如图1所示).
如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏而使外壳带电时,接地短路电流流经人体的电流要比流过地体的电流小数百倍.人站在大地上去碰设备的外壳时,不会有危险。
2.4屏蔽接地与防静电接地
在现代化楼宇内,电磁兼容设计非常重要,为了避免所用设备的机能障碍及可能出现的设备损坏,构成布线系统的设备应能防止内部自身传导和外来干扰.这些干扰的产生或是因导线之间的耦合现象,或者是因电容效应或电感效应,其主要来源是超高电压,大功率幅射电磁场,自然雷电和静电放电.这些现象会对发送或接收高频的设备产生很大干扰.因此,对这些设备及其布线必须采取保护措施,免受来自各方面的干扰.屏蔽及正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法.可将设备外壳与PE线连接;导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接;室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接.防静电接地要求在洁净干燥环境中,所有设备外壳及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。
2.5供电接地系统
现代建筑的供电接地系统宜采用TN-C-S系统(如图2所示)。TN-C-S系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点.该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统.TN-S系统的特点是:工作零线（N线）与保护零线（PE线）在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接. 该系统中,工作零线(N线)常会带电,保护零线（PE线）正常不会带电，.PE线连接的设备外壳与金属构件在系统正常运行时,始终不会带电.因此,TN-S接地系统明显提高人及物的安全性.同时,只要采取接地引线,各自都从接地体一点引出及选择正确的接地电阻值,使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施.许多工程实践已证明,采用共同接地体是解决多系统接地的最佳技术方案。
根据规范,共用接地电阻应≤1Ω,若达不到要求,必须增加人工接地体或采用化学降阻法,使接地电阻≤1Ω.通常情况下,共用接地系统可利用大楼的桩基钢筋,并用40×4(mm)镀锌扁钢将其连成一体,作为自然接地体。
3.结语
防雷接地系统已经成为现代建筑大厦电气设计中必不可少一部分。随着通信用电设备的与日俱增，综合防雷越来受到工程界的重视，它是保证建筑工程正常运行及保障人身安全的重要环节。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑；防雷；接地系统
1．防雷装置
雷电波入侵现代建筑的形式有两种:一种是直击雷;另一种是感应雷.一般说来,直击雷击中现代楼宇内的电子设备的可能性很小,通常不必采取防护直击雷的措施.感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成雷击.为把雷电流迅速导入大地,以防止雷电作用为目的的接地叫做防雷接地。
1)直击雷保护系统。一定高度的金属导体会使大气电场畸变,这样雷云就容易向该导体放电,且能量越大的雷就越容易被金属导体吸引。接闪器防雷就是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。然后通过引下线将接闪器接闪的雷电流安全地导引入大地。引下线一般不得少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置。
2)感应雷保护系统。感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,其形成的几率很高,且由于通信楼引出的各种缆线较多,加之楼内设备大都采用了高集成度的微电子电路,故感应雷对通信楼内的电气设备,尤其是低压电子设备威胁巨大,所以说通信楼防雷主要是防感应雷。
现代建筑内有多个弱电系统对接地电阻的要求较高,要求≤0.5～1Ω。有的建筑所处的位置地质条件较为恶劣,达不到设计要求的接地电阻值时则应围绕建筑物加设闭合环状的人工接地体,同时在接地体的周围回填低电阻率的土壤或采取其它降阻措施。采用导电性高、耐腐蚀的新型材料作接地体。钢材埋入土壤中易受氧化腐蚀,使用年限短,因此接地体应采用经热镀锌等防腐蚀处理的钢材或其它防腐接地材料,如铜、铝等有色金属复合接地材料。避雷带是沿建筑物易受雷击的突出部位(如屋檐、女儿墙等处)装设的带形导体,其作用是接受雷电流,设计常采用镀锌圆钢。有的工程为美观把镀锌圆钢避雷带改为不锈钢管,应严格根据《建筑防雷设计规范》的要求采用管壁厚度不小于2.5mm的不锈钢管,但钢管一旦被雷击穿其介质对周围环境造成危害时，其壁厚不得小于4mm。对接部位应跨接处理以保证不锈钢管作为避雷带的接闪雷电流的能力。建筑物采用屋面避雷带(网)、利用建筑物柱和剪力墙内竖向钢筋作引下线及接地装置三部分联结成一个整体的钢筋大网笼就构成一个笼形避雷网,较好地取得均压和屏蔽的防雷效果。实际设计和施工中常忽视屋面配电箱采取防止雷电波侵入的措施，应在配电箱出线端加装浪涌过电压保护器。
2.接地系统
2.1直流接地
在一幢现代化楼宇内,包含有大量的计算机、通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备.这些电子设备在输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作、输出信息等一系列过程中,都是通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常要通过互联网络进行工作.因此,为了使其准确性高,稳定性好,除了需有一个稳定性的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位.可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端电子设备直流接地.该引线不宜与PE线连接,严禁与N线连接.
2.2交流工作接地
将电力系统中的某一点,直接或经特殊设备(如阻抗、电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地.工作接地主要指的是变压器中性点或中性线(N线)接地.N线应用铜芯绝缘线.在配电中存在辅助等电位接线端子,等电位接线端子一般均在箱柜内.必须注意,该接线端子不能外露;不能与其它接地系统,如直流接地、屏蔽接地、防靜电接地等混接;也不能与PE线连接.在高压系统里,采用中性点接地方式可使接地继电保护器准确动作并消除单相电弧接地过电压.中性点接地可以防止零序电压偏移,保持三相电压基本平衡,这对于低压系统很有意义,可以方便使用单相电源.
2.3保护接地
安全保护接地就是将电气设备的外露不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接.即将大楼内的用电设备,以及设备附近的一些金属构件,用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接.在现代化楼宇内,要求安全保护接地的设备非常多,有强电设备、弱电设备及一些非带电导电设备,均必须采取安全保护接地措施(如图1所示).
如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏而使外壳带电时,接地短路电流流经人体的电流要比流过地体的电流小数百倍.人站在大地上去碰设备的外壳时,不会有危险。
2.4屏蔽接地与防静电接地
在现代化楼宇内,电磁兼容设计非常重要,为了避免所用设备的机能障碍及可能出现的设备损坏,构成布线系统的设备应能防止内部自身传导和外来干扰.这些干扰的产生或是因导线之间的耦合现象,或者是因电容效应或电感效应,其主要来源是超高电压,大功率幅射电磁场,自然雷电和静电放电.这些现象会对发送或接收高频的设备产生很大干扰.因此,对这些设备及其布线必须采取保护措施,免受来自各方面的干扰.屏蔽及正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法.可将设备外壳与PE线连接;导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接;室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接.防静电接地要求在洁净干燥环境中,所有设备外壳及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。
2.5供电接地系统
现代建筑的供电接地系统宜采用TN-C-S系统(如图2所示)。TN-C-S系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点.该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统.TN-S系统的特点是:工作零线（N线）与保护零线（PE线）在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接. 该系统中,工作零线(N线)常会带电,保护零线（PE线）正常不会带电，.PE线连接的设备外壳与金属构件在系统正常运行时,始终不会带电.因此,TN-S接地系统明显提高人及物的安全性.同时,只要采取接地引线,各自都从接地体一点引出及选择正确的接地电阻值,使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施.许多工程实践已证明,采用共同接地体是解决多系统接地的最佳技术方案。
根据规范,共用接地电阻应≤1Ω,若达不到要求,必须增加人工接地体或采用化学降阻法,使接地电阻≤1Ω.通常情况下,共用接地系统可利用大楼的桩基钢筋,并用40×4(mm)镀锌扁钢将其连成一体,作为自然接地体。
3.结语
防雷接地系统已经成为现代建筑大厦电气设计中必不可少一部分。随着通信用电设备的与日俱增，综合防雷越来受到工程界的重视，它是保证建筑工程正常运行及保障人身安全的重要环节。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。