高層建筑的防雷保護接地

1、1高層建筑的防雷保護接地高層建筑的防雷保護接地2 眾所周知，高層建筑由于在地面凸起的高度更容易遭到雷電的危害。特別是近年來樓房越來越高，樓內(nèi)隨著辦公自動化的發(fā)展，計算機及其網(wǎng)絡(luò)的大量使用，對雷電干擾、地電位的干擾要求越來越嚴。因此，高層建筑的接地問題也就顯得越來越重要。 室外防雷保護的目的是防止雷電直接擊中建筑物引起建筑物著火，或擊壞建筑物的結(jié)構(gòu)，閃電放電必須用接閃裝置把它擋截并使雷電流通過引下線和接地極而安全地泄入大地。與此不同，室內(nèi)防雷保護的目的，則注重保護人身和室內(nèi)設(shè)施的安全，特別是電氣裝置和設(shè)備等的安全。因此必須防止建筑物內(nèi)部及電氣裝置內(nèi)部由于過電壓而擊穿，同時也應(yīng)把電氣系統(tǒng)內(nèi)的感應(yīng)電

2、壓限制在安全值之內(nèi)。這后一種情況對工作電壓和絕緣水平都很低的電子系統(tǒng)就顯得更為重要。在電子計算機上，一個微小的干擾可能造成電子計算機系統(tǒng)癱瘓，從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失。 因而高層建筑的防雷接地問題，也就越來越引起人們的重視。3 一、沿導線的電位降一、沿導線的電位降 當雷電流通過接地引下線時，在導線的周圍產(chǎn)生磁場并沿著導線產(chǎn)生一電壓降（圖19-1），在單位時間內(nèi)單位導體上的這種電壓降可以用下式表示第一節(jié)第一節(jié) 雷電流的效應(yīng)雷電流的效應(yīng)dtdiLdtdivZU01)/)(/(（19-1） 圖19-1 沿引下線的電位降a 行波U1 = (Z/u) (di/dt); b集中元件電路，Ui =L (di/

3、dt);DC引下線；Z波阻抗； L電感；R電阻4 它由傳播速度v=300m/s及波頭陡度為di/dt的電流所產(chǎn)生。波阻抗Z約為300-500。根據(jù)以上的數(shù)值，對陡度為kA/s的雷電流來說，沿導線的電位降約為1-1.7kV/m。 另外，防雷裝置可用一個集中元件的電路來代表。沿導線的電壓夾降為 式中 L導線電感 R有效電阻 i 雷電流 ui電位降 Z、R、L引下線DC的波阻抗、電感、電阻 iRdtdiLui（19-2） 5 長導線的電感約為1-1.5H/m，由此可知，對于陡度為1kV/s的雷電流來說，其電感電壓降約為1-1.5 kV/m，在波頭的持續(xù)時間內(nèi)導線上的電阻電壓降微不足道 。在截面為50

4、mm2的銅導線上，電壓降僅為0.36V/（m.kA），而在同截面鋼線上則為3.4V/（m.kA）。 以測量到的最大雷電流陡坡100kA/s來計算，在10m長的單根引下線上，電感電壓降約為1-1.5MV。但這一高電壓只出現(xiàn)于雷電流波頭存在的一瞬間，為時也不過1s或更短。由于電暈損耗，這一電壓將進一步降低。 如果使雷電流分布在幾條并聯(lián)的引下線上，由于每根引下線的雷電流陡度系按并聯(lián)導線的根數(shù)成反比而減小，所以感應(yīng)電壓降大為減低。但這一關(guān)系只適用于根數(shù)不多而長度相近的并聯(lián)引下線。然而，即使把無限數(shù)目的導線沿圓周排列在一起，它的感應(yīng)電壓降也只是減小一些而已。 6 二、接地極本身及其附近的電壓降二、接地極

5、本身及其附近的電壓降 當雷電流i通過接地極流入大地時，沿地表的電位分布見圖19-2，在入地點和大地上遠處某一點之間將產(chǎn)生一電壓降v式中 Le接地極的有效電感 Re相對于真正零電位面的電阻。eeeRdtdiLU（19-3） 圖19-2 沿地表面的電位分布 （a）無均勻壓措施；（b）有均壓措施i 雷電流；Us 地面電位；E接地電極；M接地網(wǎng)；R1、R2、R3不同深度和不同直徑的環(huán)形接地極7 在圖19-2（a）中，表示當電流i通過單獨接地極E而泄入大地時的電位分布；圖19-2（b）表示將接地極改為幾級環(huán)形接地裝置后電位分布的情況。對于短接地極可不計電感的影響，對于較長的接地極要考慮接地極的電感，但長

6、度更長時需視為波阻抗，在電阻率很高的土壤中，單根長接地極的波阻抗為150。如果兼顧電位均衡目的而采用了環(huán)形接地極 或網(wǎng)形接地裝置，則電感的影響可以忽略。接地電阻并不影響著沿周圍地面的電位分布。如圖19-2所示。離接地極越遠，所造成跨步電壓越低。將不同直徑的環(huán)形接地極埋于不同的深度，如圖19-2（b）所示，可以把跨步電壓限制在安全水平。 為了把建筑物入口處的跨步電壓減小到最低值，可埋設(shè)一個如圖19-2中M所示的接地網(wǎng)。在很多場合可采取一種簡便的措施，如鋪上厚度至少20cm的絕緣層，這絕緣層可為礫石或瀝青混凝土 。8 三、感應(yīng)電壓三、感應(yīng)電壓 閃電通道上電荷隨著時間的變化產(chǎn)生位移電流，并使絕緣的金

7、屬物體得以電容性充電。雷電流產(chǎn)生的磁場變化在金屬環(huán)路中感應(yīng)出電壓和電流，如圖19-3所示。圖19-3 雷電流的電感效應(yīng) U引下線的電壓；DC引下線；P對地電容為Ce對引下線電容Cg的孤立金屬部件；L與引下線之間的互感為M的金屬環(huán)路9 在偶爾情況下，金屬部件P與引下線或某一接地部分間的電場可以增強到發(fā)生擊穿的程度。與此相比，在金屬環(huán)路中感應(yīng)出危險電壓的情況經(jīng)常出現(xiàn)。但總的來說這種危險只出現(xiàn)于陡度大的雷電流波頭部分，而持續(xù)的時間不會超過1-2s，感應(yīng)電壓的大小與環(huán)路的尺寸及距離雷電流通過的導線遠近有關(guān)。圖中i為雷電流，P為在引下線旁邊的孤立金屬部件。 式中 U引下線電壓 UcP上的電容性感應(yīng)電壓。

8、 圖7-4所示的是另一種型式的環(huán)路，它是由距離引下線DC中心為a處的一根金屬導線B所構(gòu)成。導線B可以是絕緣的或可與引下線DC分開接地。流經(jīng)引下線的雷電流i，對1kA/s的電流陡度，在沿半徑為r的引下線DC的方向上，geecCCUCU（19-4） 10 寬度為a，長度為1m的環(huán)路所感應(yīng)的電壓為 因此，對于 分別可得 =0，0.46，0.92，1.38，1.84（kV/m）（kA/s）。 當環(huán)的寬度為1m或更大一些時，感應(yīng)電壓的數(shù)值。約為1-1.7（kV/m）（kA/s）。當引下線的直徑增大時，例如采用鋼管，則感應(yīng)電壓將顯著降低。同樣，將電纜貼近引下線處，例如在鋼柱上，也將降低感應(yīng)電壓。 四、相鄰

9、導線的電位差四、相鄰導線的電位差 在圖19-4中，導體B的上部和引下線DC間的全部電位差現(xiàn)為 。只有在電流波頭部分感應(yīng)電壓才高。設(shè)陡度為90 kA/s及環(huán)路為10m，在小于1-2s時間內(nèi)感應(yīng)電壓可超過1000kV。相比之下 ，電阻電壓u?？杀３制浞逯抵?10-20s或以上 。當Re=5，i=80kA時，此電壓可達400kV.)/()/(21. 01dtdiranu（19-5） ,10,10,10,10, 1/432raiuciauuu11 然而，在建筑物內(nèi)部電阻上電壓的影響通過電位 均衡而消除，以圖19-4所示的導體C來說，可在靠近地面處把導體C和DC連接在一起。圖19-4 相鄰金屬部件間的電

10、壓AT接閃裝置；DC引下線；E接地極；BP等電位連接線；AD間隙；B、C相鄰的平行導線；a環(huán)的寬度12 把雷電流分散到幾個根沿著 建筑物四周對稱分布的引下線上，可使相鄰導線間的電位差以及引下線上的電壓降顯著減小。沿建筑物四周分布的引下線與接閃裝置和接地極結(jié)合起來構(gòu)成一個籠子，因為雷電流通過時要產(chǎn)生電壓降，故為了與靜態(tài)的法拉弟籠區(qū)別起見，可稱之為動態(tài)籠。每根引下線中泄放的雷電流隨總的引下線數(shù)目的增加而減少。把鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土建筑物內(nèi)的鋼筋部分都連接成為一體，則可獲得很顯著的效益而不增加費用。 前面對相鄰導體間電壓差的計算結(jié)果僅是近似值 。因電流和電壓均在隨時間和空間的變化而變化。電感和電容效應(yīng)

11、也應(yīng)該考慮進去。在引下線上有相當大的一部分電位差通過耦合而傳送到附近平行的導體上去，因此在這些導線之間的電位差就減低了。精確的計算需遵循波傳播的規(guī)律，即使如此有電暈影響的問題存在。13 一、概述一、概述 外部的保護可直接設(shè)置在被保護的建筑物上，也可在該建筑物上面或近旁設(shè)置一個獨立的屏蔽系統(tǒng)。在前一情況下，還必須同時采用內(nèi)部保護措施。在后一情況下，內(nèi)部保護措施可以簡化或完全不考慮，尤其是不用考慮相鄰部件的保護。單獨的屏蔽一般只用于簡單的被保護物，例如干草堆或農(nóng)村小屋，但有時也用于要求有更安全的建筑物。 二、接閃裝置二、接閃裝置 接閃裝置一般為在建筑物頂?shù)谋芾揍槨⒈芾拙€或避雷帶，近年來出現(xiàn)的消雷器

12、，拋開關(guān)于消雷器的爭論不講， 實質(zhì)上也是一個接閃裝置。另外，在建筑物的屋面上覆蓋金屬線網(wǎng)而不要去裝尖形避雷針效果會更好，這種網(wǎng)格有利于建筑物周圍敷設(shè)較多根的引下線，以保持電位的均衡。網(wǎng)格的寬度一般為15-20m。第二節(jié)第二節(jié) 外部的保護外部的保護14 由于對屋面空間的利用已日益增長，因而最好把網(wǎng)格的寬度縮小到使屋面上任何一個尖端距離接閃裝置在5m以內(nèi)。這樣，不論屋面的斜度如何，屋面上網(wǎng)格的尺寸可為10m20m左右。金屬板的屋頂是最合乎理想的，但是它必須有足夠的厚度以防止在雷擊時，把屋面燒穿。 網(wǎng)格的導線應(yīng)著重敷設(shè)在建筑物的棱角邊緣、尖頂和一切比屋面高的物體上。建筑物上的金屬物體，像水管、欄桿和

13、遮棚等都可以當接閃裝置使用。所有的公用管子，無論高、低于屋面或在屋面，不管怎樣與地連接的，都必須與接閃裝置相連，或應(yīng)加以屏蔽。對于小的目標，可用一根比它高出的避雷針或避雷線保護，但要效核是否處在避雷針、線的保護范圍內(nèi)。 有一種其上裝有突出的尖頂裝飾物的屋面，對于這種屋面有時可用屋面下的導線來代替屋面上的導線。但這種尖頂裝飾物的高度至少應(yīng)為0.3m，互相間隔不應(yīng)大于5m這樣的接的閃裝置只適用于堅實不燃的屋面結(jié)構(gòu)。導線必須易于接近以便于檢查。這一只限于在例外情況使用的解決辦法，需在屋面多處穿洞并需在建筑物里面做很多接頭，因而必須慎重行事。15 如果屋面有空間能大面積鋪設(shè)網(wǎng)格，并且在網(wǎng)格的交叉點上裝

14、以避雷針，則有利于向上流柱的起始。有鐵皮和防銹涂層的屋面，以及為了隔熱，外加一層很厚絕緣物的金屬護網(wǎng)格的交叉點上裝以避雷針。需在屋面的邊緣和其他易于接近之處，把金屬層與接閃裝置相連在一起。 建筑物面用的鋼框架和鋼筋混凝土預制件的護板可作為接閃裝置，但所有的鋼筋需連在一起并有足夠的截面。與金屬構(gòu)件相連接的短避雷針之間的距離不可超過10m。在公眾能到達的屋面上，應(yīng)以建筑物的金屬裝置來代替那些短避雷針。如果沒有接閃裝置，一個雷打下來會使小塊混凝土脫落，如1987年信陽市某冷凍廠，一個雷直擊到冷庫上把庫房的一角打掉，第二年即1988年7月又把冷庫的另一角打掉，事后分析原因，就是因為缺少有效的接閃裝置，

15、且引下線又連接不可靠。1991年，信陽市電業(yè)局的一座4層樓房的樓角也被直擊雷打掉，其原因也是由于接閃裝置避雷帶的高度不夠，且接地引下線連接不可靠造成。因此在雷電活動的強烈地區(qū)，應(yīng)有一定高度的接閃裝置，不能僅靠屋面邊緣的避雷帶。因為屋面邊緣的避雷只適用于不太高的建筑物 或雷電活動不強烈的地區(qū)。16 如果屋面的覆蓋物是極易燃燒的，則必須把接閃導線裝在距屋面0.3m以上的木頭或其他絕緣的支架上，以防引起火災(zāi)。如果把這距離增大到至少為0.5m，則此方法也能運用于原需把這種導線裝在屋面以下的那些 建筑物。 高層建筑物可能受到閃電的側(cè)擊或斜擊。建筑物超過 30m的高度時，應(yīng)在其側(cè)面上裝設(shè)附加的接閃裝置。金

16、屬門、窗、欄桿、廣告架和露在外面的引下線等都可以用來防防止側(cè)擊。 接閃裝置必須露在外面并必須裝在最高的水平上，接閃裝置不得 被建筑物的本體、平臺、壁架、凸出物所遮蔽，接閃導線可以涂漆以防腐蝕。偶而會裝在屋面邊緣下面的接閃導線，需每隔幾米與高出屋緣0.3m以上的短避雷針相連。17 閃電一般不會擊在離接閃裝置 20m以內(nèi)的垂直墻壁上。在接閃裝置以外的地方保護角可假定為 45o ，在接閃裝置間的垂直內(nèi)面保護角可達60o。對不同高度的短避雷針組成的接閃裝置，高者的保護角在各方向上不應(yīng)超過45o。 這一保護范圍和網(wǎng)絡(luò)為 10m寬的屋面網(wǎng)的屏蔽范圍是有些矛盾的。當保護角為60o時，接閃導線至少要高出屋面2

17、.9m以上 ，這個矛盾是無法用現(xiàn)有的物理知識來解釋的。屋頂表面的絕緣材料使向上的流注的觸發(fā)更為困難，因為向上流注只能從直接接地的金屬尖端上開始發(fā)生。經(jīng)驗表明，屋面網(wǎng)的防雷效果是令人滿意的。 18 三、引下線三、引下線 為盡可能地減少沿下線的電感壓降，接閃裝置必須通過引下線以最短的路徑接地，引下線避免形成環(huán)路。碰到建筑上大型外伸的凸出物時，要將引下線筆直的穿過去而不要繞著突出物安裝。 各引下線應(yīng)沿建筑物合理對稱的分布，從房角開始沿屋面邊緣而敷設(shè)，彼此間的距離不應(yīng)超過15m。小房屋最小也應(yīng)有兩條引下線分布于兩個對角上。引下線不應(yīng)緊靠房門或窗戶，至少應(yīng)保護0.5m以上的距離。如果引下線敷設(shè)在壁龕之內(nèi)

18、或在粗灰涂層之下的不易檢查之處，則必須有防腐措施。 鋼架和鋼筋混凝土的護板如果已連成一個金屬整體，則可以當引下線使用。 如果使用下水管道和其他通風及空調(diào)管道時，必須注意在連接處可能有不良的接觸，應(yīng)要當心這種管子將來有可能被換成塑料的。下水管通過檐槽與接閃裝置相連，故可作為引下線用，但不應(yīng)當代替獨立的引下線。19 基礎(chǔ)大于30m30m的建筑物有時需裝相距不超過20m左右的內(nèi)部引下線，建筑物里面的柱子可用于此目的。在不能采用這種措施的地方，例如機場大廳過體育館，則外部引下線的數(shù)目要相應(yīng)增加，然而引下線之間的距離不必小于8m。在這種大廳里面電氣裝置的保護問題將在下節(jié)討論 。 四、接地裝置四、接地裝置

19、 導體的電感僅在雷電波波頭期間才起作用，在這期間以外，防止接地處出現(xiàn)過大的電位差的最簡單的好方法是在建筑物周圍埋設(shè)閉合的環(huán)形閉合接地裝置。當建筑物內(nèi)要裝內(nèi)部引下線以及當公用金屬管道要作等電位連接時，這種環(huán)形接地裝置可作為中間的聯(lián)系。 這個方法還有一個優(yōu)點，即接地電阻值不再影響建筑物本身和內(nèi)部裝置的保護。大地的電位可由埋設(shè)的管道和電纜傳到很遠的地方。因此，對某些電氣裝置和器件規(guī)定了最大的基地電阻值。20 1、接地裝置的接地電阻 關(guān)于建筑物的接地裝置的接地電阻值，應(yīng)根據(jù)建筑物內(nèi)安裝的電氣設(shè)備、通信設(shè)備或其他設(shè)備的要求而定。 （1）當樓內(nèi)有重要的計算機系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)或調(diào)度自動化系統(tǒng)時，接地電阻值

20、宜小于1，最高不得超過4，接地裝置應(yīng)有降低沖擊接地電阻及降低跨步電壓的措施。 （2）當樓內(nèi)安裝有配電設(shè)備或較重要的電氣設(shè)備時，接地裝置的接地電阻不宜大于4，最高不得超過10。 （3）若為一般的寫字樓、高層家屬路時，接地電阻一般要小于5，最高不宜超過10，接地裝置應(yīng)為環(huán)形閉合式，要有均壓措施，對跨步電壓要有嚴格的限制措施。 212、接地裝置的形式 接地裝置應(yīng)圍繞建筑物四周做成閉合的環(huán)形，每隔3-5m與建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)連接一次，每隔8-15m用接地引下線閃裝置相連。在雷電活動強烈的地區(qū)，或建筑物較高時，以及 建筑物附近經(jīng)常有行人走動時，還要有如圖19-5所示的降低沖擊接地電阻的措施和均衡電位

21、分布的措施 。圖19-5 高層建筑的閉合式接地裝置22 圖中均壓環(huán)1一般距建筑物基礎(chǔ)1.5并四角做成圓弧狀，均壓環(huán)2距均壓環(huán)1的距離視場地情況可為5-10m，放射線是為降低縱向電位分布和沖擊接地電阻而設(shè)置的，另外在地面還要墊上15-30cm厚的礫石而瀝青混凝土路面，在高土壤電阻率電區(qū)，對均壓環(huán)和縱向放射線，還可加高膨潤土降阻防腐劑進行降阻處理，水平接地體的埋深 應(yīng)達到0.8m-1.5m，對接地引下線應(yīng)從地下與水平接地體連接處刷瀝青漆進行防腐處理。 當被保護的目的的物內(nèi)沒有任何金屬設(shè)施或不需要電位均衡措施的地方才允許將每根引下線分別接地。當采用一根單獨的接地極時，它必須足以使雷電流散入大地而不致

22、于發(fā)生沿地面放電。因此，這個接地極就應(yīng)埋得相當深而且必須有足夠的長度。 23 如果完全利用建筑物的 鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地極（自然接地體），這一基礎(chǔ)必須是沒有絕緣層包封才行。當建筑物的外墻位于整塊混凝土基礎(chǔ)上時，埋置在混凝土中的導體可用作接地極。這種導體一般為鋼筋，可稱之為“基礎(chǔ)接地”或自然接地，它不但安裝費用少而最大的優(yōu)點是不會生銹。當采用這種基礎(chǔ)接地時，應(yīng)使它位于潮濕層，以獲得適合的接地環(huán)境。 如果不能安裝環(huán)形接地網(wǎng)，則應(yīng)將建筑物兩側(cè)接地通過金屬部件或金屬管子連起來。 在巖石地區(qū)或高電阻率應(yīng)采用深埋接地體或垂直豎井的方法來降低接地電阻，并盡可能地做成閉合環(huán)形均壓接地網(wǎng)，以降低沖擊接地電阻。

23、 24第三節(jié)第三節(jié) 內(nèi)部保護內(nèi)部保護一、電位的均衡一、電位的均衡 所有的金屬裝置都應(yīng)該保持電位相等。對建筑物的防雷保護來說，這要比接地電阻重要得多。接地電阻的最大允許值有時必須根據(jù)對建筑物以外其他設(shè)備的影響而定 。 保護電位均衡的一個實際的方法是在建筑物最低的一層設(shè)置一個公共接地點或接地母線，所有金屬裝置都必須與之連接。這些金屬裝置，包括各種型式的管道（水管、供熱管等）、電纜外皮、供電系統(tǒng)的中性線或保護接地線以及所有埋在地下的延伸的金屬裝置都有助于降低接地電阻。但是，有些裝置例如煤氣管道和供電系統(tǒng)的某些中性線，在某些條件下不應(yīng)直接與公共接地點連接在一起，而要經(jīng)過保護間隙才行，但在有些國家中，也

24、有大力主張將煤氣管道與防雷保護系統(tǒng)等電位連接。不同材料的導體不應(yīng)連接在一起，以防產(chǎn)生電位差腐蝕。只有雷電流通過的時間內(nèi)，不同材料的導體才短時相連，因此這只要裝個保護間隙就行了。供電的進戶應(yīng)在入建筑物的入口處安裝避雷器。25 為使升高的地電位不致于 傳至公用事業(yè)的金屬管道，特別是煤氣管道，應(yīng)以長于管道的絕緣材料把管道遮避起來。這一絕緣材料的表面閃絡(luò)強度在空氣中應(yīng)為500kV/m，在土中約為300kV/m。 使電位均衡的最好辦法是利用環(huán)形或基礎(chǔ)接地這樣的接地系統(tǒng)，引下線都應(yīng)接在這種環(huán)形接地網(wǎng)上，如不需要更低的接地電阻，就不需附加別的接地極了。環(huán)形接地網(wǎng)最好埋 沒在建筑物的外面，如果完全不可能時，可

25、將引下線連接在最低的管道或其他 金屬裝置上。26二、建筑物上面的和內(nèi)部金屬部件二、建筑物上面的和內(nèi)部金屬部件 現(xiàn)代的建筑物具有各種各樣的金屬裝置和電氣設(shè)備。屋頂?shù)目臻g也都被利用了，通風、電梯和空調(diào)等機械設(shè)備都裝在屋面上。所有這些設(shè)備都可能距防雷保護系統(tǒng)特別是接閃裝置很近，這些地方在雷擊時將達到它的極大值 ，這樣造成的電位差主要決定于電流的上升速率。如果只有一根引下線，則要依靠它疏導全部的雷 電 流 ， 在 這 種 情 況 下 ， 接 閃 裝 置 可 能 升 高 的 最 大 電壓 ，即當電流陡度為100kA/s時，10m長的引下先電位可達1-1.5MV，但這個電壓盡能持續(xù)不到 1s時間。在這樣短

26、的電壓脈沖下，空氣擊穿強度可能在900-100kV/m左右。Jacottet和Weickert給出波形為1/5s的棒間隙擊穿強度為850kV/m。降低旁側(cè)閃絡(luò)危險的最簡單幫法是使雷電流至少分布在二根引下線上。iRdtdiLu127 考慮到雷電流的上升速率，相鄰的金屬物體（與防雷保護系統(tǒng)導體之間）至少保持0.5m的距離已足夠。但必須使雷電流至少沿兩個方向流入地中，并應(yīng)在20m距離內(nèi)保證有電位均衡措施。在危險區(qū)域特別困難的條件下，可使間隔的距離加倍。另一方面，金屬部件和防雷接地系統(tǒng)的電位差在靠近最近的電位均衡點的地方減小至零。如果不存在這樣的電位均衡，則接地電壓必須與電感電壓加在一起，而所需的間距

27、將依賴于接地電阻值。電阻壓降持續(xù)10-100s，對于這一沖擊電壓，其擊穿電壓相當于500 kV/m左右。當雷電流為100kA時，0.5m的間距要求接地電阻小于5。這一間距必須從屋面一直保持到地面，就必須額外增大間距。由此看出電壓均衡的突出優(yōu)點。28圖19-6 相鄰部件間的電位均衡 AT接閃裝置；DC引下線；ET接地極；BP電位均衡母線； AD間距；F保護間隙；FS避雷器 圖19-6表示對于靠近引下線DC的一個延伸的垂直金屬部件，可以采取的幾種不同措施。如果不能保持安全的間距或如果要防止旁側(cè)閃絡(luò)，例如，為了避免火災(zāi)，則金屬部件必須連接到引下線上去，如圖19-6中D所示。另一方面，如不采用直接連接

28、，則可以通過一個保護間隙（F）或一個避雷器（FS）而連接 。29 當這種保護裝置動作時，一部分雷電流將通過這一金屬部件導入地中，因此必須有足夠大的截面來疏導這種電流，否則，就需增加一根 導線。對于小型的室內(nèi)電氣裝置，一般都應(yīng)查驗這一措施是否需要。 引下線可用鋼材，同時可用同樣長的一段鋼導線與之并聯(lián)。在這兩種導體中，電流的分布比約為 為兩種導體截面積之比，如欲使電流平均分布，則于電阻率的不同，鋼的截面積必須十倍于鋼導線才行。 三、電氣裝置三、電氣裝置 因為進戶線可以將高電壓傳入建筑物內(nèi)，所以電氣系統(tǒng)均衡措施特別重要，常規(guī)的家用電氣，其擊穿電壓僅為幾千伏。如果沒有電位均衡措施，則一個平均大小為30

29、kA的雷電流，就需要接地電阻遠低于1，要達到這樣低的接地電阻往往是辦不到的，并且在大多數(shù)情況下也沒有必要。在進戶線進房屋處所裝的避雷器，可確保雷電過電壓不致于引入屋內(nèi)。seseqqkkii/,10/式中30 前面講過，應(yīng)盡最大可能使雷電流遠離屋內(nèi)的電氣設(shè)備，因此，應(yīng)該避免在靠近接閃裝置附近安裝電氣裝置。圖19-6表示有幾種不同的方法，器件和導線可按K的方式加以屏蔽，即將屏蔽物的一端連在接閃裝置AT上，將另一端連到公共接地極ET上。為了電位均衡的目的，帶電導線也可通過避雷器SD而接到公共接地點上。屏蔽物的餓尺寸可根據(jù)前面的要求而定。此外，還應(yīng)注意到與屏蔽物的耦阻抗問題。應(yīng)使電阻壓降不超過電纜絕緣

30、的電氣擊穿強度。因為大多數(shù)信息處理的電纜和導線的絕緣強度都很低，所以應(yīng)特別重視這一危險，電源線如果是直接敷設(shè)在鋼構(gòu)架上，則不需要屏蔽。 另外一種解決的辦法是使電氣裝置與接閃裝置及引下線兩者保持一足夠的距離、或者如設(shè)備是裝在屋面上的，則可把M和N的接閃裝置作成如圖19-6中M和N那樣的形狀。M的情況是以成型的網(wǎng)格作為接閃裝置，N的情況則表示如何布置短避雷針以對保護目的物N進行屏蔽。這種保護方法對于電梯的機械和控制機構(gòu)、通風機以及屋面上其他類似的設(shè)備，是十分可取的。31 有的電氣設(shè)備例如飛機警告燈及路燈等，并不可能永遠不被直接雷擊，故應(yīng)在靠近燈頭的帶電導線上裝設(shè)避雷器。 農(nóng)村的建筑物常由架空線供電

31、。如果進戶線裝在屋面上，則成為一個易受雷擊的地點，因此，進戶線的支架也應(yīng)包括在防雷保護范圍內(nèi)，并應(yīng)通過一個火花間隙與接閃裝置相連。 如果部分雷電流能隨導線流入一個相連的電氣裝置，則在這裝置的各條進線上也應(yīng)裝設(shè)避雷器以防止電擊穿，特別當它們單獨接地時更是如此。 對于信息處理設(shè)備應(yīng)特別注意，這不但是因為它的絕緣水平低，也鑒于萬一受到雷擊時可能造成嚴重后果。上述設(shè)備包括用于通信、測量、遙控、電視、計算機網(wǎng)絡(luò)等。以及醫(yī)院的電子醫(yī)療設(shè)備和手術(shù)室的裝置等，應(yīng)做好等電位連接及屏蔽、隔離等保護措施。 32 電路中感應(yīng)電壓的危險應(yīng)盡可能用絞線配線的方法予以防止，所以應(yīng)廣泛地使用多股膠合的標準電纜或屏蔽電纜。信息

32、系統(tǒng)用的導線和電纜不能敷設(shè)在可能有很多雷電流通過的導體附近，至少要保持0.5m的間距，但如敷設(shè)在鋼架上或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上時，這一規(guī)定可以放松，因為在這種情況下雷電流已分散在多根引下線之中了。無屏蔽層的導線或電纜應(yīng)穿在金屬管內(nèi)或鋼筋混凝土的溝管之內(nèi)。 特別易受干擾的場所，如測試室及醫(yī)院房屋等，必須使其與附近的金屬部件隔離，并應(yīng)以金屬屏蔽體加以屏蔽，此屏蔽體必須僅在一個點上與防雷保護系統(tǒng)相連。33圖19-7 電視天線桿的接地方式AM天線桿；RE屋面入口；DC引下線；AC天線電纜；T電視機；ES電源；FS避雷器； C保護電容器；WP水管式接地裝置34 現(xiàn)今屋頂上的電視天線要算是最容易 受到雷擊的目標

33、了。經(jīng)常受到損傷的是電氣設(shè)備和裝置，但如房屋沒有防雷保護，實踐證明建筑物也會受到相當?shù)膿p壞。圖7-7是電視天線應(yīng)具備的最低的保護措施，天線的支架和電氣裝置的保護接地在同一點接地。引下線DC應(yīng)為銅質(zhì)，其截面最小為16mm2，可以把它絕緣。也可以讓它穿堂入室。借助于避雷器，可使電線的相線電位得到均衡。天線引入線的外皮應(yīng)與電氣裝置的接地地線相連，所有的接點必須牢靠。如果在電視機的一根電源線之間安裝一個電容器就更為有利。這一規(guī)定也適用于附加的部件，例如護音器上，在這里并不推薦使用鋼質(zhì)的引下線，因為鋼的電阻是銅的10倍，至少需要100 mm2的截面積。 35 隨著社會的發(fā)展，各種型式的高層建筑物越來越多

34、，但高層建筑物的接地系統(tǒng)都有以下共同的特點： （1）現(xiàn)代的高層建筑物，由于柱、梁、板都采用預制件焊接成一座整體的框架，這樣雖然有利于建筑物的鋼筋接地，但由現(xiàn)場和模型試驗證明：在雷擊情況下，建筑物的鋼筋網(wǎng)還不是一個等電位的“法拉弟籠子”。裝設(shè)在建筑物內(nèi)部的弱電子裝置和電力設(shè)備以及其他電器用具仍會受到反擊過電壓作用，有可能發(fā)生損壞湖誤動作 ，如計算機系統(tǒng)“死機”等，因此，認為只要將建筑物的鋼筋網(wǎng)接地，就能保證安全的設(shè)想是不切合實際的。 （2）充分利用高層建筑物鋼筋內(nèi)混凝土的樁基和地下建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)作接地體，有時工頻接地電阻可以達到1的要求，另外，充分利用高層建筑物地面上的鋼筋網(wǎng)格框架作接地

35、線，可以起到 比較顯著的分流效果。例如，曾用 波形為0.7/20s，幅值為185A的沖擊電流，測試某高層建筑物的鋼筋模型的分流情況表明，流過鋼筋柱最大沖擊電流為總電流的2.36%，最小為1.61%。可見分流效果顯著。第四節(jié)第四節(jié) 高層建筑物接地的特點和要求高層建筑物接地的特點和要求36 由于雷電流可以經(jīng)過數(shù)量較多的鋼筋柱下泄到地下，且各個鋼筋柱下泄雷電流的差別不大。故使接地網(wǎng)上沖擊電位分布比較均勻，接地網(wǎng)的面積可以得到比較充分的利用。因此，在一般電阻地區(qū)，高層建筑物的沖擊接地電阻不會太大。接地網(wǎng)的沖擊接地電阻Rch（不包括大樓本體）不會大于式（19-6）和式（19-7）的估算值)1 (1 .

36、384AcheR（19-6） 37 或 式中 地電阻率，.m A 地網(wǎng)面積， （6）由于上下水管、采暖通風管以及電線的穿線管和電纜的外皮，都難于避免不和建筑物的鋼筋碰接，因此，建筑物的防雷接地系統(tǒng)、保護接地系統(tǒng)是和工作接地系統(tǒng)連在一起的。 根據(jù) 上述高層建筑物的接地特點，針對反擊過電壓的保護，對高層建筑物接地系統(tǒng)的要求如下：)1 (6 . 12AcheR（19-7） 38 （1）凡進入高層建筑物的電線，宜采用兩端外皮接地的電纜，最好將電纜直埋地下。電纜直埋段的長度不宜小于10m。 （2）沿建筑物縱向高度布置的電線或電纜，宜敷設(shè)在有屏蔽的豎井中，豎井可用厚度為3-4mm的鋼板或鋼筋混凝土板制作。

37、各段豎井的接頭應(yīng)緊密連接，使接觸電阻盡可能減小，這是決定豎井屏蔽效果好壞的關(guān)鍵。從理論上講，豎井的位置最好是建筑物的中心，因為建筑物中心的電磁場最弱。當然，位置還不是 主要的因素，最重要的是要保證豎井的縱向電阻最小。在建筑物內(nèi)同一層樓敷設(shè)的電纜，宜穿入兩端接地的鋼管中。采用有金屬外皮的電纜 時，外皮的兩端應(yīng)接地。對于不重要的場所或為了節(jié)約，也可采用一根導線是兩端接地的多股絞線。 （3）為了提高分流效果和均衡電位，對每一層樓的沉陷縫，至少要在兩處用柔軟的導線把斷開的鋼筋連接在一起。39 （4）安裝在高層建筑物的電力設(shè)備、電器用具以及 照明燈具等，宜采用接零保護，電源變壓器低壓側(cè)的中性點經(jīng)擊穿保險

38、接地。這樣做有兩個好處：一方面可以提高保護接地的可靠性；另一方面可以避免工頻領(lǐng)序電流經(jīng)過建筑物的鋼筋回流到電源中性點時，對計算機的接地線，產(chǎn)生地電位干擾。 采用交流三相四線制供電時，零線要緊貼著相線敷設(shè)，以便減小相線和零線回路的電抗，如果回路的電流較大，零線和相線最好穿入兩端接地的鋼管內(nèi)，以便把它們的電磁場封閉起來。 （5）用于防雷保護的導線，在選擇其材料和截面時，應(yīng)適當考慮的因素有：使用年限、抗腐蝕性、耐熱性、機械強度、安裝便利性和費用等。 （6）導體的接頭可采用夾具和緊壓裝置，如用螺絲固定、鉚接、容焊、錫焊、銅焊或用金屬片包扎。銅鋁相接時中間必須有二層特制的銅鋁過渡帶才行。接頭上必須有適當

39、的涂層以防止腐蝕。接頭的數(shù)目越少越好，因為如果維護不當，接頭將成為一個易出事故的薄弱環(huán)節(jié)。40 一、接閃裝置一、接閃裝置 建筑物上的接閃裝置要依屋面的形狀、大小和周長而定。本章第二節(jié)中討論了屋面網(wǎng)的尺寸和布置，在平頂屋面上，最靠外邊的導體應(yīng)緊沿屋面邊緣而敷設(shè)，在斜坡的屋面上，導體必須沿屋脊而布置。 最理想的接閃裝置是金屬板的屋頂。一般使用鋼板或銅板，銅板的耐腐蝕性要遠遠優(yōu)于鋼板，但造價較高。另外還可使用導體消雷器作接閃裝置。信陽市電業(yè)大廈104m的樓頂1994年安裝了45針導體消雷器，運行至今效果良好。拋開有關(guān)消雷器的爭議不談，該消雷器由于是用 合金導體作成，傘行結(jié)構(gòu)的電場屏蔽效應(yīng)，使雷電不容

40、易對大樓放電，對大樓起到了保護作用，是無可質(zhì)疑的。因為該大樓所出位置雷電活動十分強烈，在此之前安裝在該大樓頂?shù)陌雽w消雷器運行不到一個月就被雷電直接擊中打壞，同時還打壞了樓內(nèi)設(shè)備。說明導體消雷器是具有一定的防雷作用，退一步講即使起不到消雷作用，也是很好的接閃裝置。第五節(jié)第五節(jié) 建筑物防雷接地實例分析建筑物防雷接地實例分析41二、一般高度的建筑二、一般高度的建筑 小的獨幢的房屋，一般其周邊不大于40m，應(yīng)至少有兩條引下線裝在房屋的兩個對角上。最好是選擇沒有下水管道的角落，但這些引下線應(yīng)在其底部與防雷接地系統(tǒng)可靠連接。通常不應(yīng)以下水管道來代替引下線，因為這種管道可能損壞、腐蝕或被換成塑料管子。 對

41、于屋面上小型電氣裝置的保護，例如空調(diào)器、太陽能裝置等，可在距被保護物至少0.5m以外裝一根比它高1-2m的短避雷針就夠了。閃電保護系統(tǒng)的部件與附近的金屬物體能有0.5m的間距就足夠，但先決條件是這種金屬物體距最近的起電位均衡作用的連接導線，應(yīng)不大于20m。另外，雷電流應(yīng)至少分布在兩根引下線上，即使如此，附近的金屬部件 特別是電氣裝置應(yīng)離開得越遠越好。垂直的空調(diào)排氣掛內(nèi)應(yīng)使用塑料的，至于屋頂天線的保護已在前面節(jié)討論過了。42 電位均衡需要以及如何實施已在前面節(jié)討論了。就煤氣管而論，在房屋內(nèi)的一段應(yīng)該通過一節(jié)塑料管與總管連接，以使這兩部分電氣絕緣，并在塑料管上并聯(lián)一保護間隙，這樣即可將房屋內(nèi)的煤氣

42、管直接連到防雷保護的接地系統(tǒng)上去。 如果房屋建在山上，則環(huán)形接地裝置應(yīng)至少有兩條引外接地線通入山谷或低低電阻率的地方進行降阻。 三、大型建筑物和禮堂三、大型建筑物和禮堂 大型建筑物，例如工廠廠房或倉庫、飛機庫等，均需要有一個接閃裝置系統(tǒng)。鋼屋面的保護效果最好，特別在鋼構(gòu)架的情況下。鑒于這種建筑物的屋面大多數(shù)如山峰之起伏，兩個相鄰的屋脊一般相距不超過10m，通常以屋脊和屋面的外緣作接閃裝置就夠了，鋼柱 可作內(nèi)部的引下線，接地系統(tǒng)是一個所有管子和電纜外皮可以連接上去的網(wǎng)絡(luò) ，在這種情況下整個系統(tǒng)是很簡單的。電力進戶線和電話線 在引入房屋處以及在屋面下敷有較長線路的那些電氣回路的終端，都應(yīng)有電位均衡

43、措施。43 如果屋面是鋼筋混凝土澆制的或是預制鋪設(shè)的，則應(yīng)有附加的接閃裝置以防止 因雷擊而損壞混凝土，必須把鋼筋混凝土連接在一起，任何的尖端物體必須與鋼筋做等電位連接。為了帶電導線的電位均衡，要求有過電壓保護裝置。由于導線和金屬結(jié)構(gòu)元件間的緊密耦合。電氣裝置上的感應(yīng)電壓是不高的，鋼結(jié)構(gòu)對雷電流的分散作用也有助于減小感應(yīng)電壓。 四、多層高樓建筑物四、多層高樓建筑物 高度大約在20m以上的建筑物廣泛地采用鋼架或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這對防雷十分有利，這種結(jié)構(gòu)型式是使雷電流能沿著多路平行通路而分布的最好方法。當然，鋼筋必須 通過夾具、電纜或棒扎線進行電連接。相互隔開的引下線也可以放入混凝土中，各預制板中的

44、鋼筋也應(yīng)以軟導線連在一起，雷電流通過棒扎線與樓板中的鋼筋做等電位連接。44 由于多層高樓建筑物的服務(wù)性設(shè)備有很多是裝在樓頂上的，如通風器、電梯機房、擦窗機的導軌、天線桿或飛機警告燈等，建議為它們裝置隔開的接閃裝置，并把這些接閃裝置連接到柱子或墻壁的鋼筋上去或盡可能多裝一些引下線。當電氣裝置離開最近的等電位層不超過20m時，它與接閃裝置的最小間距為0.5m，保持這一間距對電子設(shè)備是極為重要的。易受感應(yīng)電壓影響的房間 應(yīng)以與鄰近鐵件隔離幾個厘米的籠形鐵絲網(wǎng)圍繞起來。該鐵絲網(wǎng)應(yīng)在供電線路引入線做等電位相連以足夠了，所有外來的服務(wù)裝置需在同一點上施以電位均衡措施。45圖19-8 多層高樓建筑物的防雷保

45、護A屋面上的接閃裝置；B外墻的接閃裝置；C引下線；D地平面；B E基礎(chǔ)內(nèi)的環(huán)形接地極；F電位均衡母線46 多層高樓建筑物應(yīng)沿其高度每隔20-30m在外部裝設(shè)旁側(cè)接閃裝置，以防止側(cè)擊，如圖19-8表示 。在同樣距離的水平面上，旁側(cè)接閃裝置的導體間應(yīng)施以電位均衡措施（圖19-8中的B）。接地導體應(yīng)放置在大樓的基礎(chǔ)內(nèi)，并將其連接到環(huán)形接地網(wǎng)上去，然后將這個地網(wǎng)與引下線和建筑物的鋼筋做等電位連接。 如果總的接地電阻對保障供電系統(tǒng)的安全來說還不夠小，則應(yīng)再添設(shè)附加的接地極。應(yīng)注意混凝土中鋼筋與土壤中的鍍鋅鋼件間，以及鋼與銅間在地中腐蝕的危險，不同材料的接地部件應(yīng)予以隔開，只有通過保護間隙才能連在一起。當埋在地下的導體具有