高层住宅项目防雷接地系统施工探讨
2022-06-09
[摘 要]房地产业近些年发展迅猛，高层、超高层住宅不断涌现。高层、超高层建筑遭受雷击的几率更高。防雷与接地系统的安装与运行关系到整个电气工程安全运行。因此对于防雷和接地系统的安装，必须有高度认识，要充分保证防雷接地系统的可靠性和完整性，杜绝运行过程中事故的发生。本文作者结合所在高层住宅项目工程实例对防雷接地系统施工过程中的实施要点进行分析研究，以使实际的施工，技术优化、经济合理、优质安全。
[关键词]高层住宅 施工 防雷接地系统 接地电阻
中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0131-02
引言
防雷与接地是关系建筑物及人身生命安全的头等大事，雷击时有强大电流通过，产生机械力和热效应，破坏建（构）筑物和电气设备。但是在监理过程中，经常遇到施工或相关专业人员对防雷接地重视不够，认为其技术性不强，工艺较简单，范围又窄小，往往在施工中出现不规范作业或纰漏，也未能引起人们的警觉。因此，防雷与接地隐蔽工程的施工验收在日常工作中至关重要，其施工质量直接影响整个建筑的使用功能、安全和使用寿命。目前高层建筑的防雷系统由外部防雷和内部防雷系统两部分组成。如下图。笔者仅从实际施工过程中影响防雷接地系统施工质量的几个施工要点进行分析，作为引玉之砖，希望和大家共同探讨如何提高高层住宅项目防雷接地系统的可靠性。（见图1）
1.工程概况
本工程为某区住建局开发的高层保障房住宅项目，地上22层，地下1层，地上1层至22层为住宅。地下1层为人防及汽车库，为六级甲类人防。总建筑面积约为115660㎡；总建筑高度66.85m，层高3m。低压配电系统接地型式为TN-S系统。
2.防雷接地系统几个施工要点的深化
2.1 建筑物防雷分级
根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性及后果将建筑物防雷标准分为三类。本工程设计为二类防雷建筑。（见表1）
2.2 建筑物外部防雷
高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，其作用是保护建筑物本身不遭受雷击，由下而上主要由接地装置、引下线、均压环、接闪器组成。
2.2.1接地装置
接地装置包括接地体和接地线。用于传导雷电流并将其散流入大地。因此没有完善的接地装置是无法完成避雷任务的。接地电阻的阻值要求和接地网的结构合理性是衡量接地装置功效优劣的重要依据。接地电阻越小，散流就越快，落雷物体高电位保持时间就越短，危险越小，以至于跨步电压、接触电压也越小，防雷效果越好，被保护对象也就越安全。在施工过程中对接地电阻的控制是一项重要内容。为了便于与各种入户金属管道相连，降低跨步电压，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。高层建筑通常利用桩基础、箱型基础内钢筋作为接地装置，这些基础连成的接地网有较大的电容，其冲击电阻很小。由于防雷装置直接装在建（构）筑物上，另受到高层住宅项目建筑面积限制，建筑物防雷接地网、电气设备工作接地网、保护接地网、弱电系统接地网等各接地网无法满足各自作为独立接地网时之间20米的间距求。通常建筑物的防雷接地与电气设备的工作接地、保护接地、弱电系统接地均应连接成统一的接地系统，其共用接地电阻按其中最小值选定。防雷接地电阻要求≤10Ω，重复接地接地电阻≤4Ω，弱电系统接地电阻≤1Ω。故一般要求，共用接地电阻值≤1Ω。
本工程利用建筑物钢筋混凝土柱子两根？16以上主筋通长焊接作为引下线，引下线间距不大于18m。所有外墙引下线在室外地面下0.7m处引出一根40X4热镀锌扁钢，扁钢伸出室外，距外墙皮的距离不小于1.5m。
（见图2，图3）依照原设计完成水平接地体和垂直接地体焊接后进行了一次接地电阻的摇测，得到的电阻值是。0.45Ω，达到设计≤1Ω的要求。
2.2.2引下线
引下线的作用是传导雷电流经接地装置流入大地。引下线将避雷网（带）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。通常利用主体结构中的柱主筋或剪力墙中钢筋做暗装引下线。引下线的数量及布置直接影响分流效果。引下线数量多且间距较小时，雷电流在局部区域分布也就较均匀，引下线上电压降减小，反击危险也相应减少。本工程原设计引下线间距按二类防雷建筑要求≤18m，项目部考虑到高层住宅项目的特殊性，每户内均设有淋浴型卫生间，每个卫生间均要进行局部等电位联结，通常做法是将用作建筑物防雷引下线的结构主筋同时作为等电位接地的竖向连接导体。更有利用结构梁主筋制作的均压环将引下线与等电位接地系统连接。但这样做会使遭受感应雷的几率大大增加。
因此项目部决定分别在各卫生间增加一处引下线点位，共5处。分别位于F/6轴、L/1轴、L/16轴、F/26轴、L/31轴，均为卫生间角落剪力墙结构钢筋，钢筋截面积≥16m㎡的同一柱内选择对角线两个主筋全长通焊，搭接长度为圆钢直径的6倍，双面焊接。且只在地下二层基础接地网处与防雷接地系统有两处以上联结，在每层不与原有引下线或均压环连接，避免“引雷入室”。下图中红色圆圈标示位置为增加的等电位竖向连接导体的位置。
2.2.3均压环
由于高层建筑高度比较高，雷电可能从高层建筑物侧部将建筑物击中，侧击雷的保护一般不需专设接闪器。通常根据建筑防雷类别，在（滚球半径）30m、45m或60m以上，将各层（或隔几层）圈梁内的周边主筋焊通，成为均压环，并与防雷引下线相连，然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接达到防侧击雷的要求。而且由于高层建筑物引下线很长，雷电流的电感应压降很大，为了减小旁侧闪络，需要在每隔一定高度处利用均压环将各条引下线在同一高度连接起来，并接到同一高度的金属物体上，以减小其间的电位差，避免发生反击。本工程原设计依据二类防雷建筑要求，三十米以上每两层沿建筑物外墙一圈做水平均压环，均压环利用结构圈梁内一圈？12以上钢筋焊通； 均压环应与建筑物外沿所有防雷引下线及各接地端子垂直接地连接线连接三十五米及以上外墙上的金属栏杆，金属门窗，金属百叶等较大的金属物均须与均压环连接。 2.2.4接闪器
接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体，其形式有避雷网带、避雷针、金属屋面等。避雷网带应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设，在屋面形成要求尺寸的避雷网格。本工程避雷网设计除了满足二类防雷建筑网格尺寸要求，而且考虑到利用建筑物结构特点，沿各突出的机房檐角、装饰造型及女儿墙等位置敷设，项目部若将避雷网格尺寸按一类防雷建筑标准缩小，增设的避雷网所处位置在屋面较低处，意义不大。故未对网格间距进行减小处理。
2.3 建筑物内部防雷
内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防雷电波侵入。良好的内部防雷系统能减少建筑物内的雷电流和期所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害及雷电脉冲所造成的危害。内部防雷主要应用等电位联结及屏蔽等措施，由于本工程是住宅项目微电子设备不是十分精密，另外部防雷的法拉第笼就起到了屏蔽作用。故这里主要分析下等电位联结。
2.3.1等电位连接
根据电位理论分析，等电位连接只传递点位而不传导电流，等电位作用范围越小，电气上越安全。在等电位连接范围内人体同时可触及的电气装置内、外可导电部分基本处于同一电位，既没有电位差也就不会发生触电及火灾危险。一般包含浴室局部等电位联结、保护接地等电位联结（总等电位联结）、防雷接地等电位联结等。本工程为高层住宅项目，淋浴卫生间的局部等电位联结可靠性要求更为突出。人在淋浴时皮肤湿且赤足，其阻抗小，等卫生间用电设备发生短路、绝缘老化、中性点偏移或外界雷电而导致浴室出现危险电位差时，即使仅仅是十几伏的电压也是非常危险的。项目部实际施工中依照等电位联结做法图集，利用φ12以上圆钢将淋浴卫生间地面钢筋连接成环形，并引出局部等电位端子，与室内的金属管道、金属门窗及设备的外露可导电金属外壳联结，使各处电位相等，这样可以极大地避免电击的伤害。施工时注意各卫生间地面等电位联支线间不应串联连接。由于电力电信线路不能直接接到地线上，需通过电涌保护器（SPD）实现等电位联结，为防止雷电波入侵，低压线路埋地进入地下一层配电间，入户端将电缆金属套管及其他金属管道通过总等电位联结接到防雷接地装置上。总等电位联结与联合接地系统相连形成一个完整的“法拉第笼”。
3.结束语
高层民用建筑防雷接地系统的可靠性直接关系到建筑物内设备和人员的安全。施工策划及实施时利用法拉第笼原理，将外部防雷措施与内部防雷措施结合起来，综合考虑接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地等要素的影响，优质的方案和严格的施工管理，才能真正提高建筑物防雷接地系统的可靠性。
参考文献
[1] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范，[S]
[2] GB50303-2011，建筑电气安装工程施工质量验收规范[S]
[3] 马松玲，建筑电气工程施工技术与质量控制，机械工业出版社，20
[关键词]高层住宅 施工 防雷接地系统 接地电阻
中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0131-02
引言
防雷与接地是关系建筑物及人身生命安全的头等大事，雷击时有强大电流通过，产生机械力和热效应，破坏建（构）筑物和电气设备。但是在监理过程中，经常遇到施工或相关专业人员对防雷接地重视不够，认为其技术性不强，工艺较简单，范围又窄小，往往在施工中出现不规范作业或纰漏，也未能引起人们的警觉。因此，防雷与接地隐蔽工程的施工验收在日常工作中至关重要，其施工质量直接影响整个建筑的使用功能、安全和使用寿命。目前高层建筑的防雷系统由外部防雷和内部防雷系统两部分组成。如下图。笔者仅从实际施工过程中影响防雷接地系统施工质量的几个施工要点进行分析，作为引玉之砖，希望和大家共同探讨如何提高高层住宅项目防雷接地系统的可靠性。（见图1）
1.工程概况
本工程为某区住建局开发的高层保障房住宅项目，地上22层，地下1层，地上1层至22层为住宅。地下1层为人防及汽车库，为六级甲类人防。总建筑面积约为115660㎡；总建筑高度66.85m，层高3m。低压配电系统接地型式为TN-S系统。
2.防雷接地系统几个施工要点的深化
2.1 建筑物防雷分级
根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性及后果将建筑物防雷标准分为三类。本工程设计为二类防雷建筑。（见表1）
2.2 建筑物外部防雷
高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，其作用是保护建筑物本身不遭受雷击，由下而上主要由接地装置、引下线、均压环、接闪器组成。
2.2.1接地装置
接地装置包括接地体和接地线。用于传导雷电流并将其散流入大地。因此没有完善的接地装置是无法完成避雷任务的。接地电阻的阻值要求和接地网的结构合理性是衡量接地装置功效优劣的重要依据。接地电阻越小，散流就越快，落雷物体高电位保持时间就越短，危险越小，以至于跨步电压、接触电压也越小，防雷效果越好，被保护对象也就越安全。在施工过程中对接地电阻的控制是一项重要内容。为了便于与各种入户金属管道相连，降低跨步电压，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。高层建筑通常利用桩基础、箱型基础内钢筋作为接地装置，这些基础连成的接地网有较大的电容，其冲击电阻很小。由于防雷装置直接装在建（构）筑物上，另受到高层住宅项目建筑面积限制，建筑物防雷接地网、电气设备工作接地网、保护接地网、弱电系统接地网等各接地网无法满足各自作为独立接地网时之间20米的间距求。通常建筑物的防雷接地与电气设备的工作接地、保护接地、弱电系统接地均应连接成统一的接地系统，其共用接地电阻按其中最小值选定。防雷接地电阻要求≤10Ω，重复接地接地电阻≤4Ω，弱电系统接地电阻≤1Ω。故一般要求，共用接地电阻值≤1Ω。
本工程利用建筑物钢筋混凝土柱子两根？16以上主筋通长焊接作为引下线，引下线间距不大于18m。所有外墙引下线在室外地面下0.7m处引出一根40X4热镀锌扁钢，扁钢伸出室外，距外墙皮的距离不小于1.5m。
（见图2，图3）依照原设计完成水平接地体和垂直接地体焊接后进行了一次接地电阻的摇测，得到的电阻值是。0.45Ω，达到设计≤1Ω的要求。
2.2.2引下线
引下线的作用是传导雷电流经接地装置流入大地。引下线将避雷网（带）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。通常利用主体结构中的柱主筋或剪力墙中钢筋做暗装引下线。引下线的数量及布置直接影响分流效果。引下线数量多且间距较小时，雷电流在局部区域分布也就较均匀，引下线上电压降减小，反击危险也相应减少。本工程原设计引下线间距按二类防雷建筑要求≤18m，项目部考虑到高层住宅项目的特殊性，每户内均设有淋浴型卫生间，每个卫生间均要进行局部等电位联结，通常做法是将用作建筑物防雷引下线的结构主筋同时作为等电位接地的竖向连接导体。更有利用结构梁主筋制作的均压环将引下线与等电位接地系统连接。但这样做会使遭受感应雷的几率大大增加。
因此项目部决定分别在各卫生间增加一处引下线点位，共5处。分别位于F/6轴、L/1轴、L/16轴、F/26轴、L/31轴，均为卫生间角落剪力墙结构钢筋，钢筋截面积≥16m㎡的同一柱内选择对角线两个主筋全长通焊，搭接长度为圆钢直径的6倍，双面焊接。且只在地下二层基础接地网处与防雷接地系统有两处以上联结，在每层不与原有引下线或均压环连接，避免“引雷入室”。下图中红色圆圈标示位置为增加的等电位竖向连接导体的位置。
2.2.3均压环
由于高层建筑高度比较高，雷电可能从高层建筑物侧部将建筑物击中，侧击雷的保护一般不需专设接闪器。通常根据建筑防雷类别，在（滚球半径）30m、45m或60m以上，将各层（或隔几层）圈梁内的周边主筋焊通，成为均压环，并与防雷引下线相连，然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接达到防侧击雷的要求。而且由于高层建筑物引下线很长，雷电流的电感应压降很大，为了减小旁侧闪络，需要在每隔一定高度处利用均压环将各条引下线在同一高度连接起来，并接到同一高度的金属物体上，以减小其间的电位差，避免发生反击。本工程原设计依据二类防雷建筑要求，三十米以上每两层沿建筑物外墙一圈做水平均压环，均压环利用结构圈梁内一圈？12以上钢筋焊通； 均压环应与建筑物外沿所有防雷引下线及各接地端子垂直接地连接线连接三十五米及以上外墙上的金属栏杆，金属门窗，金属百叶等较大的金属物均须与均压环连接。 2.2.4接闪器
接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体，其形式有避雷网带、避雷针、金属屋面等。避雷网带应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设，在屋面形成要求尺寸的避雷网格。本工程避雷网设计除了满足二类防雷建筑网格尺寸要求，而且考虑到利用建筑物结构特点，沿各突出的机房檐角、装饰造型及女儿墙等位置敷设，项目部若将避雷网格尺寸按一类防雷建筑标准缩小，增设的避雷网所处位置在屋面较低处，意义不大。故未对网格间距进行减小处理。
2.3 建筑物内部防雷
内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防雷电波侵入。良好的内部防雷系统能减少建筑物内的雷电流和期所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害及雷电脉冲所造成的危害。内部防雷主要应用等电位联结及屏蔽等措施，由于本工程是住宅项目微电子设备不是十分精密，另外部防雷的法拉第笼就起到了屏蔽作用。故这里主要分析下等电位联结。
2.3.1等电位连接
根据电位理论分析，等电位连接只传递点位而不传导电流，等电位作用范围越小，电气上越安全。在等电位连接范围内人体同时可触及的电气装置内、外可导电部分基本处于同一电位，既没有电位差也就不会发生触电及火灾危险。一般包含浴室局部等电位联结、保护接地等电位联结（总等电位联结）、防雷接地等电位联结等。本工程为高层住宅项目，淋浴卫生间的局部等电位联结可靠性要求更为突出。人在淋浴时皮肤湿且赤足，其阻抗小，等卫生间用电设备发生短路、绝缘老化、中性点偏移或外界雷电而导致浴室出现危险电位差时，即使仅仅是十几伏的电压也是非常危险的。项目部实际施工中依照等电位联结做法图集，利用φ12以上圆钢将淋浴卫生间地面钢筋连接成环形，并引出局部等电位端子，与室内的金属管道、金属门窗及设备的外露可导电金属外壳联结，使各处电位相等，这样可以极大地避免电击的伤害。施工时注意各卫生间地面等电位联支线间不应串联连接。由于电力电信线路不能直接接到地线上，需通过电涌保护器（SPD）实现等电位联结，为防止雷电波入侵，低压线路埋地进入地下一层配电间，入户端将电缆金属套管及其他金属管道通过总等电位联结接到防雷接地装置上。总等电位联结与联合接地系统相连形成一个完整的“法拉第笼”。
3.结束语
高层民用建筑防雷接地系统的可靠性直接关系到建筑物内设备和人员的安全。施工策划及实施时利用法拉第笼原理，将外部防雷措施与内部防雷措施结合起来，综合考虑接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地等要素的影响，优质的方案和严格的施工管理，才能真正提高建筑物防雷接地系统的可靠性。
参考文献
[1] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范，[S]
[2] GB50303-2011，建筑电气安装工程施工质量验收规范[S]
[3] 马松玲，建筑电气工程施工技术与质量控制，机械工业出版社，20