广场大楼综合雷电防护设计分析

广场大楼综合雷电防护设计分析

余景辉

深圳市众鑫检测技术有限公司，广东深圳  518000

摘要：随着国民经济与社会的发展，大众对雷电灾害防御的科学认识提出了更高、更广泛的需求。如果不进行全面综合的防雷电处理，将会因此遭受到巨大的损失。下面本文就广场大楼综合雷电防护设计进行简要分析。

关键词：广场大楼；综合雷电；防护设计

1 雷电危害类型

1.1直击雷过电压

当地面出现设备时，充能的云层直接对大地中设备形成放电现象，从而导致被打击的设备产生过高电位的情况出现，可能会在几秒钟内形成几万伏甚至数十亿伏的高压电流，把雷电能量直接转换为热能和机械能，而这些巨大的电能可以直接摧毁地面建筑和有关设施，严重时更容易造成大火和爆炸，进而危及人们的生命安全，在广场大楼的防雷措施中，最直接的方法就是装设避雷针，利用避雷器直接把雷电电流带到地球表面，以保障地面建筑物的安全。

1.2感应过电压

当雷电电流从线路周围的云层之间向周围物质释放后，随着雷电电流的急剧变动，将对附近空气形成短时的高电磁场，进而对周围的导线形成感应高电位，感应过电压会引起建筑物防雷装置放电。当雷波从导线向地放电时，在导线附近将产生巨大的电流瞬态磁场。室内系统中采用的电感耦合、电容耦合等，电磁脉冲辐射引起的脉冲过电压和过放电，破坏了弱电系统和电力设备。而通过在室内的防雷装置系统中设置避雷器等，就能够降低感应过电压的危险。当被保护装置的终端负载被雷波攻击而达到某个阈值后，避雷装置迅速陷入短路状态，引起雷流接地，避雷装置很快回复到高阻启动状态。因为避雷装置的响应很快，不但没有干扰系统的正常供电，而且还能起到保护作用，使设备不会出现被雷命中的现象。

1.3雷电波侵入过电压

当雷击中架空管线或金属管线上的电缆后，雷电的电波就会沿着电缆的方向扩散，进而进入建筑物中，将建筑物当中的其他设备摧毁，尤其是在侵入雷电信号的传输过程当中，也可能会被耦合以增加其他平行金属管道和其他导体的电势，从而大大增加破坏程度。变压器和隔离变压器能有效阻止雷波进入，所以广场大楼在防雷措施保护中还需要进一步探讨，适合大楼的防雷装置，有效做到科学防雷，提升广场大楼运行的安全。

2 外部防雷设计

某广场大楼地上建筑面积229000m2，地下建筑面积52000m2。 由于附近没有比它更高的建筑物，所以本文选取商业广场大楼作为基准，对其进行安全合理的防雷设计。现代建筑物综合防雷措施包括建筑物外部防雷措施和建筑物内部防雷措施。

2.1接闪器设计

根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）规定突出建筑物顶层屋面的电梯机房（无机房井道）屋面应设接闪杆、接闪带（网）保护，接闪带等接闪器应沿机房屋面周边明敷布置，并与建筑物顶层屋面接闪带等明敷接闪器连接。电梯机房（或无机房电梯井道）屋面明敷接闪器禁止与机房及无机房井道的钢筋混泥土墙体内梁柱内钢筋焊接。为了减低雷击电磁脉冲对电梯机房井道内电气电子设备危害，机房及井道的外部防雷措施应增加空间屏蔽措施，对于超高层建筑物为保护突出建筑物屋面的电梯机房或井道不会遭受直击雷（即不会成为闪击点），应在建筑物屋面设置独立接闪杆（俗称避雷针）保护突出屋面的电梯机房或井道，独立接闪杆与机房最近外墙水平距离不得小于1m，且独立接闪杆的接地连接线应与建筑物主体结构外墙屋面接闪带连接，不得与电梯机房屋面接闪带及墙体结构梁柱及剪力墙钢筋连接（即不让雷电流通过电梯机房及井道结构墙体钢筋流入泄放入地）。

2.2引下线设计

本建筑采用混凝土柱子内的主钢筋作为防雷引下线，不仅可以节约钢材，更重要的是比较安全，电梯机房及井道墙体内的结构梁（或柱）内钢筋不得作为专用防雷引下线。机房屋面敷设明敷接闪器（接闪杆或接闪带）不得与机房及井道内结构梁（或柱）及剪力墙内钢筋连接。

2.3接地设计

利用建筑物接地装置。建筑物接地装置就是利用建筑物地基埋地的竖直桩基、水平地梁内钢筋焊接等组成基础接地网。

2.4空间屏蔽

机房和井道建筑结构空间屏蔽措施。应利用暗敷建筑混泥土结构柱梁、楼板及剪力墙内的钢筋、金属门窗等自然金属部件与防雷装置连接构成格栅型屏蔽空间，形成一个法拉第立体格栅屏蔽空间（图1），能对外部侵入的雷电电磁脉冲形成初级屏蔽，使之受到一定程度的衰减，从而有助于减缓对机房内部控制柜屏蔽要求的压力。电梯机房空间屏蔽格栅网格宽度越小，屏蔽效果越好，控制柜与墙体屏蔽体安全距离越小。经计算，建筑结构剪力墙钢筋网格格栅宽度不大于0.15ｍ时，电梯控制柜与剪力墙的安全距离应大于等于0.53ｍ。

图1 机房空间立体格栅屏蔽

2.5 空间屏蔽

电梯作为建筑物内贯通底层至顶层的垂直机电设备，需要将防雷接地、低压配电保护线接地、等电位连接带接地、电气设备保护接地、屏蔽体接地、电子系统功能性接地等连接到建筑物接地装置一起构成共用接地系统。

3 内部防雷设计

3.1电源系统防护设计

为减少电磁脉冲破坏的程度，应根据实际情况加装多级浪涌保护器。该大楼用电负荷为三级，采用一回来电源，按380/220V电压等级供电，配电系统采用TN-S接地形式。电源一级防雷，从室外引来的线路上安装SPD，由于线路有屏蔽时，每个SPD的雷电流按雷电流幅值的30%考虑，因此，应在总配电箱安装电源SPD，用于整个大楼用电设备的第一级保护。本建筑物的第一级SPD选用开关SPD，通流容量取60kA（10/350μs波形），最大持续工作电压取420V，响应时间小于或等于100ns。电源二级防雷，依据雷电分流理论，可在楼层配电总箱，消防、监控、通讯等弱电设备电源箱内分别安装二级电源防护来进一步保护电源系统。本建筑物的第二级限压型SPD，通流容量取40kA（8/20μs波形），最大持续工作电压取385V，电压保护水平为2.5kV，响应时间小于或等于25ns。电源三级防雷，可在有线电视、电话、网络、监控系统引入、出端分别安装三级电源防护。第三级限压型SPD，选用通流容量取15kA（8/20μs波形），最大持续工作电压取275V，电压保护水平为1.5kV，响应时间小于或等于25ns。

3.2等电位连接设计

在本建筑物的内部防雷设计中，将内部防雷接地装置与外部防雷接地装置结合起来，构成统一的防雷接地系统，防雷效果将是最理想、安全和可靠的。按规范要求从45m起每隔一层或二层设置均压环，均压环与防雷装置、金属物件作可靠等电位连接，每层强弱电井均设置局部等电位连接LEB，进户管水暖强弱均做接地。机房和井道内电气和电子设备应采用Ｓ型星形等电位连接结构作等电位连接，Ｓ型星形等电位连接结构：即是机房及井道内所有设备的接地点都连接到同一接地基准点（即将机房内的电梯驱动主机及其支持金属架和井道内所有竖直金属导轨之间电气连接作为机房和井道的等电位连接结构的接地基准点，所有导轨底端应与电梯井道底坑预留接地点连接）；井道内各层站的层门金属体、外召按钮板金属外壳、电子设备防静电接地端、安全保护接地端、功能性接地端、浪涌保护器接地端、底坑限速器张紧轮等均应以最短距离与Ｓ型结构的接地基准点连接。

4 结论

综上所述，广场大楼综合防雷是一个复杂的系统工程，本研究课题立足于提高广场大楼综合雷电防护能力，从建筑物外、电梯机房及井道的土建结构设计施工、电梯供电电源的设计施工，现场安装，建立一整套完善的广场大楼综合防雷设计方案，在源头上完善广场大楼的雷电防护措施，保障广场大楼在恶劣雷电气象条件下能够安全可靠运行。

参考文献：

[1]周叶平，秦智军，汪有韬，等．广场大楼综合雷电防护设计综述[J].机电工程技术，2020，40（10）：135-136．

[2]薛凤忠.广场大楼综合雷电防护设计[J].中国石油和化工标准与质量，2020(13):191-194+196.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑物防雷设计规范 GB 50057-2010［S］.北京：中国计划出版社，2010.