关于高层住宅的雷电防护
近年来，随着经济的高速发展，城市化进程加快，土地资源日趋珍贵，城镇高层住宅建设发展迅速。高层住宅比一般建筑遭雷击的概率要大得多，而一旦遭受雷灾，损失将非常严重。高层住宅的直击雷防护与普通住宅有很大的不同，不仅要做好天面的直击雷防护，更需要采取防侧击雷的措施。为保证居住人员的安全和经济免于遭受损失，高层住宅的雷电防护是一项必不可少的工程。
建筑物防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置两大部分。外部防雷装置由接闪器，引下线和接地装置组成；内部防雷装置包括等电位，屏蔽，合理布线，接地和加装电涌保护器等措施。本文以一典型的高层民用住宅的雷电防护工程为例，介绍了高层建筑雷电防护措施，希望对一般高层民用建筑的防雷有一定的借鉴作用。
1基本情况及设计依据
本工程为一高层民用住宅楼，位于县城东北方向，东临沭河，周围无高大建筑物，土壤为沙土。本地年平均雷暴日38.3天，属《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定的多雷区。主体26层，地下一层，建筑高度90.2m，主体为钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础为桩基。高压线路架空引入负1层变电室。经计算，该建筑物年预计雷击次数大于0.3次/a，属于第二类防雷建筑物；防雷装置拦截效率E为0.92，雷电防护等级为B级。依据规范GB50057—94（2000版）及GB50343—2004要求，对该建筑物防雷设施作如下设计。
2 雷电防护工程的设计与实施
2．1接闪器
该高层住宅的天面布置有：航空障碍灯、消防水箱、电梯机房及大型中央空调的室外机等附属物。
屋面接闪器：采用避雷带，网格尺寸不大于10m×10m。屋面上消防水箱、大型中央空调的室外机等金属构件均与避雷带相连。航空障碍灯、电梯机房采用避雷针保护，以屋面避雷网的水平面作为地平面，按滚球法分别计算出避雷针高度。屋面现浇板内的纵横钢筋相互连接，形成屋顶屏蔽层，作为后备接闪器，防止有比所规定的雷电流小的电流穿越接闪器而绕击至屋顶。
防侧击雷措施：从1层起，向上每隔2层利用结构外围梁水平主钢筋与引下线的钢筋焊成均压环，从13层（45m高度）起，向上每隔2层在结构圈梁内敷设一条40×4的扁钢与引下线焊成环形水平避雷带，以防侧向雷击，并将每层金属栏杆及金属门窗等较大的金属物体与防雷装置连接。竖向敷设的金属管道等较大的金属物体的底端和顶端也与防雷装置相连。
2．2引下线
利用建筑物外围构造柱钢筋作为引下线，每根柱子的纵向主筋自下而上焊接，每层又与梁板钢筋焊接，向上伸出与避雷带焊接，向下与基础、承台及桩基钢筋焊接，柱内主钢筋直径为16mm,利用柱内二根主钢筋。在四角距地面0．5m处留出接地电阻测试点。
2．3 接地装置
2．3．1高层住宅的电气设备保护地
设备保护接地是为了保证电力系统、电气设备正常运行和人身安全而采取的重要措施。不同的设备有不同的保护要求，不同的系统应采用与之相应的保护措施。
高层建筑低压配电系统中，每户住宅的进线开关或插座专用回路设置漏电保护开关。家用电气回路漏电电流保护装置的动作电流选为30mA。
2．3．2共用接地系统
该高层住宅把防雷接地与设备的保护接地连接在一起，利用建筑物基础作为接地装置。既防止地电位反击，又得到比较低的接地电阻，竣工验收实测接地电阻为0.8Ω.
2．3．3接地极的要求
接地极采用基础内底板主钢筋连接作为自然接地体，每单元基础主钢筋在基础内一圈贯通，且与混凝土桩内钢筋连接。
2．4屏蔽
结构中所有垂直钢筋与各层水平钢筋采用多点焊接或绑扎，将主体中的柱子、梁、剪力墙、楼板、基础内的钢筋连成电气通路，形成法拉第笼。具有良好的均压和引流作用，既能防直击雷、侧击雷，又能最大限度减小雷电感应效应。
2．5电气设备的布线
高层建筑比一般建筑更容易受到雷击危害，高层住宅内的电气设备应电气连通，并做好等电位连接及接地，所有的布线都避免靠近外侧易遭雷击处，具体布线图见图1：
图1 室内电气设备布线图
（1）代表1级防护：在总电源配电柜处（2）代表2级防护：在各单元分配电箱处（3）3级防护：在户内开关箱处 ④设备接地⑤电话线缆金属屏蔽层接地⑥有线电视线缆金属屏蔽层接地⑦宽带网线线缆金属屏蔽层接地
2．6 电梯的防雷设计
该高层住宅共26层，装有两部电梯，电梯控制室由门卫室监控，因此，电梯防雷包括电梯和机房两个部分。
2．6．1机房防雷
机房防雷主要是防止雷电击其它浪涌对控制系统的干扰和损坏。在机房内设置了等电位连接母排，机房内计算机等设备的金属外壳、铝合金门窗、电源配电箱SPD的接地端子、信号控制线缆的金属屏蔽层等均与等电位连接母排相连接。
由于电梯控制系统计算机运行电压低，通常为5～24V，算机场地内的数据处理装置各单元之间共模电压极小，因此要注意做好信号接地。同时，要做好安全保护接地，将设备各部件的所有可导电的金属外壳通过电气连接的方式接地，避免设备金属可导电外壳可能出现的危险电压对人身和设备构成的威胁。
2．6．3电梯防雷接地保护
电梯导轨的底端和顶端分别与防雷装置连接，作为雷电流泄放的通道之一。电梯设备的安全接地保护采用等电位连接后，对建筑物防雷及耐雷击的能力有不同程度的提高。
接地线用一根截面积24mm2的铜芯电线（PE线）首端与楼宇配电室内的PE线相连接，并与电梯电源电缆同路敷设，接地线的末端与电梯机房内的辅助等电位板相连接。
2．7室外空调的雷电防护
对高层住宅，在窗口下方30cm--50cm处予先埋设密封性能良好的金属分线盒，盒内敷设已作防腐处理的镀锌扁铁。扁铁的一端与主体内均压环或钢筋引下线焊连，一端与带铜接线端子的多股导线相连接，该导线的另一端用螺栓来连接空调室外机及其支架。
从安全性方面看，避免了高空作业，杜绝了事故的发生；从技术质量方面看，简单易行且不存在定期维护的问题；从经济角度看，省去了起吊设备，充分利用了建筑物的柱筋引下线，降低了施工成本；从施工周期看，和土建施工同步，不存在滞后性；从美观方面，保证了大楼整体的美观。
2．8 电源SPD的安装
2．8．1感应雷的危害途径
雷电对电气设备的损害主要是感应雷造成的。感应雷入侵途径：（１）雷电的地电位反击电压通过接地体入侵；（２）由通信信号线路入侵（采用光纤引入、穿管埋地敷设和电涌保护器等可减少此类危害）；（３）由交流供电电源线路入侵，这是感应雷侵入的最主要的途径，也是防护的地重点。
2．8．2电源SPD的安装
该建筑物防雷装置拦截效率E为0.92，雷电防护等级为B级，电源系统雷电感应防护采用3级防护。
第一级保护
在高层住宅的总电源配电柜、天面航空障碍灯用电源配电箱、天面大型中央空调的室外机用电源配电线安装分别安装60kA的电涌保护器，作为电源系统的第一级保护，以泄放掉雷电入侵波的大部分能量。参数为：工作电压AC380V/420V；雷电通流量（8/20μs）60kA；响应时间≤25ns；限制电压（8/20μs）≤3kV；接线柱形式连接；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。
第二级保护
在高层住宅的各单元分配电箱安装40kA的电涌保护器，作为电源系统的第二级保护，进一步限制雷电过电压的幅值。参数为：工作电压AC380V/420V；雷电通流量（8/20μs）40kA；响应时间≤25ns；限制电压（8/20μs）≤2kV。
第三级保护
在每个住宅户的电源配电箱安装10kA的电涌保护器，作为电源系统的第三级保护，以进一步限制雷电过电压，确保设备安全。参数为：工作电压AC220V/240V；通流量（8/20μs）10kA；响应时间≤25ns；限制电压（8/20μs）≤1.2kV；有劣化指示。
3 结束语
现代雷电防护是一项系统工程，在防雷设计与施工中，应该把防雷各要素与建筑物的自身结构有效的结合，利用结构钢筋的协调性，同时采取屏蔽、均压、等电位连接、共用接地、合理布线及设置电涌保护器等措施，充分发挥防雷电波侵入和防雷电电磁脉冲的功能，可以达到更好的防雷效果。
参考文献
[1] GB50057—1994，建筑物防雷设计规范［S］.
[2] GB50343—2004，建筑物电子信息系统防雷技术规范［S］.
[3] 夏光文．高层住宅接地与设备接地系统[J]．建筑电气，2001.
[4] 吴达金．智能化建筑（小区）综合布线与施工技术[M]．北京：机械工业出版社，2000.
[5] 孙景梅．高层建筑的防雷[J]．设计建筑电气，1998.
