建筑物防雷接地做法与相应的措施

１　前言

随着城市化的进程，城市中高楼大厦林立，人们对建筑物自身安全的问题也越来越重视。我们熟知建筑随着高度的增加，受到雷击的概率也越大，建筑防雷是一个无法避免的问题，怎么认知建筑防雷及对应的措施，笔者通过从事本行业多年的学习及归纳总结，并尽量用最简单的语言阐述相关背后的一些做法与理论。

２　直击雷及防范措施

认识防雷，首先需了解雷电的大概形成，雷电是雷云电荷中心处的电场强度达到２５～３０kＶ/ｃｍ时，空气开始游离，成为导电性的通道，称为雷电先导，雷电先导进展到离地面大约在１００～３００ｍ高度时，地面受感应而聚集的异号电荷更加集中，特别是易于聚集在较突起或较高的地面突出物上，于是形成迎雷先导，向空中的雷电先导快速接通。这也就是我们熟知的直击雷，在防范直击雷的措施上，人们惯用金属物作为接闪器，金属易于电荷的聚集及导通，利于引导雷电的选择性通道的形成，对应做法的金属物常以接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网等的方式来接闪直击雷。而雷电的接闪，只是防雷的第一步，更重要的是怎样把雷电安全快速的接通到大地（因为大地可看成一个近似无限大的电容），吸收雷电，这在我们常规的做法是减小接地电阻和增加引下线，即可降低由于过大的雷电流经单根引下线流动过程中产生的电流热效应使建筑内的钢筋强度下降，同时接地电阻的减小又可最大限度减少对建筑物内其它设备正常运行的影响和提高人身的安全。而在引雷入地的过程中，还须认识这过程中产生的感应雷及闪电电涌侵入与防范它们的措施。

３　感应雷及防范措施

感应雷分为静电感应与电磁感应。静电感应是雷云出现在导体上空时，由于感应作用，使导体上感应带有与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如没有就近泄入地中就会产生很高的电位。电磁感应是由于雷电流的幅值和陡度迅速变化，在它的周围的空间里，会产生强大的变化的电磁场，在其中的导体感应出很高的电动势，若有回路，则产生很大的感应电流从而产生危害。在防范静电感应的措施上，我们常采取等电位接地做法。这里有两个概念，一个是接地，一个是等电位联结。接地即接地点在建筑物的周边应满足一定的间隔，增加感应电荷在不同方向的泄流通道，接地点的周边间隔一般与建筑物的防雷等级相关，一类为不大于１２m，二类为不大于１８m，三类为不大于２５m.等电位联结又分为Ｓ型等电位及Ｍ型等电位，Ｓ型即单点并联型等电位接地，主要可防范低频的静电，大约在１ＭＨｚ以下，因为单点并联型等电位会存在由于连接等电位端子板的导线长短、电阻不一，而存在的电感、电阻不同，末端感应的电位也会存在些许的偏差，但总体上各点间的电位差较平衡，因此应用得较多，常用在建筑物内对设备或人体危害不是太大的地方，例如家庭卫生间的浴室、配电间、水泵房、变配电房等。而考虑到水泵房、变配电房由于其功能在建筑物内所占的重要位置，在设计做法中又常采用接地环来代替多线并联的单点等电位做法，其中的好处是不言而喻的。Ｍ型即多点网状型等电位接地，主要可防范高频的静电，大约为１０ＭＨｚ以上，尽量减少连接导线的电感、电阻的影响，不仅可以消除危险电位，还可最大限度的避免地线之间在高频的耦合作用下而带来设备的运行不正常，常见的地方有电子计算机房，网状地是用一定截面积的铜带在活动地板下面交叉排列成６００ｍｍ×６００ｍｍ的方格，其交叉点与活动地板支撑点的位置交错排列，脚点处用锡焊焊接或压接在一起。为了使网状地和大地绝缘，在铜带下面应垫２～３ｍｍ厚的绝缘胶皮或聚氯乙烯板等绝缘材料，要求对地电阻在１０ＭΩ以上。网状地系统不仅有助于更好地保证逻辑电路电位参考点的一致，而且大大提高了机器内部和外部抗干扰能力。但是网状地系统比较庞大，施工复杂，且费用较高，因而只适用在大型计算机机房中应用。而防范电磁感应的措施上，我们常采用屏蔽接地做法。由于交变的磁场会使闭合的导体产生环流，而闭合导体的环流又会产生与原磁场相反方向的磁场与原磁场相抵消的原理，当这样的闭合导体环形成一个规模的的闭合体时，闭合体内外的磁场就会从闭合体面上被阻断，内部也就消除了外部的电磁感应而带来内部感应电流的影响，接地则是为了吸收屏蔽体的分布电动势，一般不少于两点，设置在屏蔽体的两端。比如常利用建筑物内的钢筋结构作为防雷装置，整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对于直击雷，楼内同一层各点电位比较均匀；对于感应雷，笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供１０~４０ｄＢ的屏蔽效果。

４　闪电电涌侵入及防范措施

闪电电涌侵入主要是通过引入建筑物的金属管道及线缆等方式，由于在引入建筑以前须经过很长及复杂的一段暴露在防雷理论划分的ＬＰＺ０区域，也就是可能遭受直接或感应雷比较强烈的区域，闪电电涌侵入随着管道及线缆的敷设方式进入建筑物内而对设备及人体造成危害。防范的措施主要有等电位接地连接及浪涌保护，其实本质都是把危险的电位或电流接地的措施。不同的是，带电的工频母线是不可以直接接地的，因为这样做将造成带电导体的对地短路，须通过浪涌 保护器来实现当有闪电电涌侵入时，产生接地。因为雷电流是高频的，相当于高频出现过电压的瞬间导通泄流而降低过电压。这时ＳＰＤ（浪涌保护器）起到了等电位联结的作用，但它只是瞬时的而非持续和固定的等电位联结。同时也提出作为ＳＰＤ的接地极引线应尽量短直以减少高频阻抗，从而有效地降低电气装置的对地电位。为此，在具有总等电位联结和不影响基础稳固的前提下，接地极应尽量靠近建筑物。这就是我们做法中常把外界引入的管道与建筑物基础外围接地装置的接地环连接的原因。当然在设置ＳＰＤ消除雷电波侵入的措施，不可能只在一处就可以完全解除其危害，在重要的场所或跨越不同的防雷分区时，都应加装不同能量泄放的ＳＰＤ，这也就是我们常说的ＳＰＤ间能量泄放的配合，配合的重点就是任一ＳＰＤ泄放的能量不应超过其能承受的值，以避免该ＳＰＤ被过大的通过能量烧坏，而它级间的选择性又主要通过限制雷电冲击过电压的幅值实现分级泄放，所以前级的残余冲击电压应明显大于后级，若两级ＳＰＤ不够一定的距离，一般指１０m以内，由于前级残余冲击电压＝后级残余冲击电压＋导线电感电压降。导线过短，导线的电感电压降就会偏低，而实现不了选择性，后级ＳＰＤ成为主要的泄流通道而烧毁ＳＰＤ.这时就需要加上成熟的退耦元件的电感，以实现泄流的选择性。

５　结束语

随着高层及超高层的普及，防雷设计虽不是简单上的做法与措施的套用，但能明白其中背后所蕴藏的理论基础。对指导初学者在合适的场所采取相应的措施，即能收到明显的防雷效果及建设投资的经济性来看，是非常有必要的。