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【摘要】隨著城市化的不斷發展，城市人口逐漸增長、土地資源日益減少，高層建筑越來越多。由于高層建筑的樓層多、高度高，容易遭受雷擊，給人們的生命財產安全構成威脅。因此，進行科學合理的高層建筑電氣設計防雷研究具有非常重要的現實意義。本文首先對雷電對高層建筑的危害及高層建筑的防雷要求進行簡要分析，然后重點探討了高層建筑電氣設計中的防雷設計，并簡要闡述了在進行防雷工作時的注意事項，以期促進我國高層建筑防雷技術的發展。
【關鍵詞】高層建筑；電氣設計；防雷設計
1引言
隨著城市的發展，高層建筑逐漸成為城市建筑的主體。為了滿足高層建筑日益增多的功能，需要在建筑中安裝各種電氣設備，如通信設備、消防設備等，每一種電氣設備都有其對應的功能，對發揮建筑物整體功能有著非常重要的作用。如果電氣設備受到雷擊，其功能將會失效，影響到高層建筑的整體功能效果，因此在進行高層建筑電氣設計時，必須要對防雷技術進行研究，并應用到實際中。
2雷擊的危害及高層建筑的防雷要求
2.1雷擊的危害
雷電作為一種威力巨大的自然現象，主要是通過以下四種方式對高層建筑進行破壞的：①直擊雷、側擊雷。直擊雷是帶電云層中的雷電直接在高層建筑頂部發生的快速放電現象，側擊雷則是雷電從側面打到高層建筑上，這種雷擊會在極短的時間內產生強大的電流，若是沒有采取有效的防雷措施，將會導致建筑物損壞、發熱甚至發生火災；②雷電波入侵。雷電可以通過建筑物的線路、天線等傳導出巨大的電流，對電流經過的地方造成破壞，嚴重時還會發生觸電事故；③感應過電壓。雷電發生時，建筑中露在外面的線纜和金屬管道會感應到雷電壓，造成周圍電磁場劇烈變化，導致建筑內的電子設備發生故障；④地電位反擊。雷電打在建筑物的避雷裝置上之后，使接地網在短時間內承受到極高的壓力，會對電氣設備造成了一定的危害。
2.2高層建筑對防雷的要求
隨著城市化的發展，高層建筑越來越多，且其功能也變得復雜化，大部分都是集居住、商業及辦公于一體，其配套設施較多，而隨著人口增多，高層建筑物的人員密度也變得越來越高，而這些特點也表明，高層建筑物的安全性是至關重要。因此就必須在高層建筑電氣設計時做好防雷工作，保證在雷電天氣下，防雷設備能夠發揮作用，保護高層建筑不受傷害。另外，在設計階段應盡可能選擇簡單又有效的防雷裝置，以便于施工單位施工。如今的高層建筑大部分都是鋼筋混凝土或是鋼結構，將這些結構作為防雷裝置的一部分來利用，既安全又經濟。隨著高層建筑功能變得復雜化、人口增多，其用電需求量也越來越大，因此為了保證高層建筑物電力的充足和用電安全，要用到兩個電源路徑為高層建筑供電，并且每一路徑都采用一級供電，一些超高層建筑物則至少需要三個電源路徑。然而在實際供電工作中，很多的高層建筑并沒有采用一級負荷供電的方式，也沒有在建筑內設置發電機組，這樣就為高層建筑埋下了一定的安全隱患。
3高層建筑電氣設計中的防雷技術
3.1建筑外部防雷設計分析
3.1.1接閃器
接閃器位于防雷裝置的頂部，利用其高出建筑物的突出部位把雷電引向自身，承接直擊雷的放電，由避雷針、避雷網及金屬屋面等部件任意組合或單獨作為接閃器。為了進一步避免高層建筑被直擊雷擊中，避雷針要足夠高，但當避雷針的高度太高又會增加雷擊的概率，因此為了平衡避雷針的高度和雷擊概率，可以增加避雷網或是避雷帶來防護直擊雷，如果只用避雷針，則應該盡量短針多針來進行保護，以降低雷擊概率。鋪設避雷網時要將建筑外部易受雷擊的部位包含在內。需要注意的是屋面結構復雜的高層建筑，要將避雷帶形成閉合環路，突出的金屬器件要增設避雷針保護。
3.1.2引下線
引下線是連接避雷網與接地裝置的金屬導體，將雷電流引入地，以保護建筑物。雷電流的分流效果由引下線的數量和安裝位置所決定，引下線多、間隔小，雷電流就會分布均勻。因此，對引下線的條數、間隔距離、位置安排等都要進行合理安排。
3.1.3接地裝置
接地裝置由接地線和接地體組成，將建筑受到的雷電流分散到大地深處。常見的接地裝置方式是周圈式，其技術要點是要將接地網形成環形接地體，其接地電阻值、設備和布置等都要符合相關規范要求。當選擇采用建筑物的基礎鋼筋網作為自然接地體時，應嚴格檢查其安全距離和鋼筋利用情況，圖1為接地裝置示意圖。
3.1.4防側擊雷
將高層建筑外墻的空調外機、金屬門窗、金屬構架等金屬物連接起來形成均壓環，與引下線組成立體網狀結構，通過建筑的外表面網狀防雷裝置將雷電流引至地下，以達到防止建筑物受到側擊雷的傷害。同時，這種結構形成的法拉第籠結構，具有屏蔽作用，可以避免建筑內部的設備感應到過電壓，造成設備損壞。
3.2建筑內部防雷設計分析
3.2.1等電位聯結
等電位聯結是將防雷空間內的防雷物體、金屬物、外來導體、電氣和電信裝置用導線連接在一起，以減少或消除電位差，使電位處于平衡狀態，降低接觸電壓。現在住宅建筑電源中大多采用的是TN-C-S系統，當采用等電位聯結時，便可以將故障狀態下的接觸電壓降到最低。因此，在建筑高樓時，要在各層預先埋設和建筑內的防雷導體相連接的等電位連接板，并將其與接地主干線連接。
3.2.2屏蔽措施
這里的屏蔽主要是保證微電子設備處于無干擾的工作環境中。由于高層建筑中心位置受雷電磁場的影響最小，將電氣線路的主干線鋪設在該位置，可以減小干擾范圍。電氣線路最好采用金屬管布線，這樣不僅能防雷電的反擊，耗能屏蔽各種電磁脈沖。另外還可以在建筑內部加裝屏蔽網，將微電子設備的電源線和信號線的接口整理規整。
3.2.3防過電壓
感應雷電流容易通過高層建筑中的線路及金屬管道等進入建筑內部，造成設備產生的電壓短暫超出額定電壓，一旦超過設備的耐壓值，將會擊穿設備，導致設備損壞。因此為了防止這種情況發生，可以在線路進線的位置設置避雷器（如圖2所示）或是浪涌保護器（SPD），阻擋高壓進入設備內部，損壞設備。
4高層建筑防雷注意事項
4.1不銹鋼管作為避雷帶的承受力
避雷帶是指在建筑物外易受雷擊的突出部位設置的帶形導電體，以承受雷電流，一般選用的是鍍鋅圓鋼。但有些工程需要美觀度，就以不銹鋼管來替代鍍鋅圓鋼，這就對使用的不銹鋼管有一定的要求，必須嚴格滿足《建筑防雷設計規范》的相關要求，保證管壁厚度不小于2.5mm，不銹鋼管的對接部位要跨接處理，保證不銹鋼管滿足避雷帶承受雷電流的要求。
4.2鋁合金幕墻與避雷網的連接
一般情況下，為了更好地實現屏蔽和均壓效果，會在高層建筑用避雷帶、引下線及接地裝置聯結成籠形避雷網。但如今的高層建筑外墻大多采用鋁合金幕墻來作裝飾，這些幕墻若是不與避雷網連接，就會遭受雷擊，因此就必須將幕墻與建筑的防雷裝置連接成一個防雷整體。
4.3接地體材料的防雷性和防腐性
普通鋼材的導電性能雖高，但其防腐性卻不佳，埋在土壤中容易被氧化腐蝕，因此接地體的材料要選擇那些經過防腐蝕處理的鋼材。另外，鋁、銅、石墨等其他導電性能穩定的非金屬材料也可以替代鋼材作為接地體。
5結束語
雷電對高層建筑的危害非常嚴重，因此對于高層建筑，要加強電氣設計中的防雷工作。在進行防雷設計時要綜合考慮高層建筑的外部和內部，注重等電位連接、接地系統等方面的設計，根據實際情況采取不同的防雷措施，不斷提高設計的安全性和科學性，以消除雷電對高層建筑的影響。
參考文獻
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作者:羅瓊 單位:貴州省城鄉規劃設計研究院