建筑防雷和接地系统技术分析

　　摘要：分析防雷接地系统的设计要点，指出当前防雷接地设计中存在的误区和解决方法。
　　关键词：建筑；防雷；接地系统
　　建筑的接地系统一般可分为防雷接地系统和供电系统接地两大类。防雷和供电两类接地之间又存在密不可分的联系。随着现代电子技术的不断发展，民用电气设备种类和数量都越来越多，一方面，很多较大功率的家用或办公电器开始普及，这些电器启动频繁，功率变化复杂，另一方面，一些精密电子设备，如计算机、网络、监控系统、安防系统，开始大量使用，这些设备信号敏感，抗过压、过流能力差。近年来，由于感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压造成的精密电子设备、通讯控制系统、网络系统、安防系统受破坏的事例屡见不鲜，其中安防监控系统因受到雷击引起设备损坏、自动化监控失灵的事件也常有发生。这些都对现代建筑的接地系统设计提出了更高的要求。
　　1．雷电入侵系统途径分析
　　雷击引起的上万伏的过电压（过电流）及极强的交变电磁场是损坏楼内弱电设备的主要原因，雷电入侵楼内设备的途径有供电线路、通信线路、地反击、雷击电磁场四种途径，具体分析如下：
　　（1）供电线路引入雷电
　　电源线路是雷电入侵的主要途径，经常会遭受雷击造成开关跳闸、设备损坏等事故，是防雷保护的重点。供电线路产生过电压后，该过电压直接传到弱电设备，并将设备损坏，一般是将设备的电源部分损坏。
　　（2）通信控制线路引入雷电
　　通信控制线路感应雷电后，雷电也直接传到设备，并将设备损坏，一般是将设备的通信口损坏，通信线路上的雷电流比供电线路上的雷电流要小。
　　（3）地电位反击分析
　　接地系统常称接地装置，接地系统不符合要求主要危害是产生地电位反击，雷击时地电抬高，该高电位通过地线到设备，此时，如设备有低电位的外接线则会形成电位差损坏设备，如设备没有外接线或外接线都呈高阻状态则没有电位差，属于水涨船高性质，设备不会损坏。
　　（4）雷电电磁场分析
　　雷电电磁场是指：建筑物附近或建筑物本身遭雷击时，楼内有较强的电磁场，处在该电磁场中的设备有可能损坏。
　　2.防雷接地系统的设计
　　建筑防雷措施要从施工阶段就开始严密监控。
　　（1）电子设备防雷的一般设计原则
　　电子设备较为集中的室内，等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。各种电涌保护器的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。
　　布置在室外的设备，如监控摄像头等，应置于接闪器有效保护范围之内。当摄像机独立架设时，原则上为了防止避雷针及引下线上的暂态高电位，避雷针最好距摄像机3～4米的距离。如有困难，避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身或选用中86j镀锌圆钢。为防止电磁感应，沿电线杆引上的摄像机电源线和信号线应穿在金属管内以达到屏蔽作用，屏蔽金属管的两端均应接地。
　　（2）基础建设阶段防雷施工要点
　　高层建筑有较深、大的基础。按一般的惯例都是先做好桩基。其内部的钢筋为整个高层建筑的防雷接地提供了良好的散流面积．为了更好地利用桩基的接地效果，所以从设计上要求将规定桩中的至少二根竖向钢筋在底板中联成一个整体。另一方面，在施工基础底板之前就必须组立塔吊，因为底板的大量钢筋、水泥要靠它来吊运。塔吊的组立及它的高度(它比该建筑的高度还要高)，使其成为最危险的招雷物。这时，由于基础底板钢筋网还未形成，较可靠的办法是将部分桩基的接地钢筋联起来后与塔吊基座地脚螺栓连接。而且必须保证连接的可靠和连接圆钢的直径不应小于12mm。并要求做该塔吊的接地电阻测试．其接地电阻值不应大于该建筑设计要求的电阻值。
　　（3）建设中期防雷施工要点
　　该阶段的接地系统工程主要是建筑柱内的引下线及45米以上间层均压带和预留门窗、卫生间等电位引出接地线头。它们的重要作用，主要体现在接雷后的导流和今后的防侧击雷。对这阶段的监理．重点应放在引下线不能错位。为此，可要求施工人员将各柱内二根引下线用醒目油漆刷涂标志出来，对均压带的连接也采取类似的办法，借以杜绝错位、漏焊的现象；再就是焊接的双面质量，搭接的长度必须符合规范，尤其对那些钢筋太密、容易出现漏焊处更应做重点检查；再一个就是预留门窗、卫生间等电位引出接地线头位置要统一．接地圆钢的座标要准确．长度适宜。避免今后在砌墙或浇筑墙板时将它遗漏。
　　（3）建设后期防雷施工要点
　　这期间的重点内容是建筑封顶后避雷带的施工，屋顶设备、管道的安装。屋顶的避雷带，一般都是设在屋顶女儿墙顶，和高出屋顶的水箱顶等最高处，如果屋面的面积较大，在屋面还会设计扁钢的避雷网。该阶段的施工是防雷接地的收口工作，它也是承接直击雷的重要部位。首先，应注意所有柱的引下线都必须引出女儿墙与避雷带相连；其次是要注意避雷带本身的连接，除搭接长度要满足要求外，建议采取立弯，而不采取水平弯搭接。最后还必须强调一点，就是避雷带施工完后进入屋顶设备及管道等金属物安装时，一旦有设备、管道、金属栏杆伸出或高出避雷带的情况发生，应立即将其与避雷带相连。
　　在屋顶避雷带施工完毕后，应及时对防雷接地质量讲行测试，分别应在层顶突出部位选择不少于四个不同方向的测试点，用接地摇表进行测试，并作好记录。同时，在建筑物0.5米高处设测试点，且不少于四个点进行测试．也记录在案以作为质检记录的依据存档。
　　3.当前防雷接地设计中存在的误区
　　在几乎所有防雷厂家要求安防工程设计时，考虑防止直击雷的接闪、强电系统的防雷问题，都会要求安防系统所有市电接口、通信接口、视频接口、直流电源接口等等，都要做接地，并且在室外的前端设备以及传输线路也都会加避雷器产品。
　　然而在实际工程应用中，这样到处都安装了防雷器的系统，却存在着十分严重的干扰。即便使用抗干扰器也很难解决问题。有时抗干扰器暂时能够排除干扰，但却又会出现新的干扰，甚至发生成批烧毁抗干扰器和避雷器的问题。
　　这个问题是由于过多的防雷器造成系统多点接地，地电位差形成地环路干扰电流，这种干扰电流有时会非常严重，在一些有大型用电设备的场合，甚至会形成瞬间1000伏的强电位差。
　　解决上述问题的基本方法就是保证系统单点接地。具体措施如下：
　　（1）减小地线的阻抗，从而减小干扰电压，但是这对第二种原因导致的地环路没有效果。
　　（2）增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。例如将一端的设备浮地，或将线路板与机箱断开等是直接的方法。更实用的方法是使用隔离变压器、光耦合器件、共模扼流圈、平衡电路等方法。
　　（3）改变接地结构。将一个设备的地线连接到另一个设备上，通过另一个设备接地，这就是单点接地的概念。
　　4.结束语
　　综上所述，在安防监控系统的设计过程中，“到处接地”的效果并不能达到理想中的均衡电压，甚至有时会起到相反的作用，成为引雷或者人为制造干扰的原因。因而对于一种理论，或者标准规范之中未明确的规定，应保持着一种科学的谨慎态度，而不应带有一种想当然或以点代面地对其进行过于武断的解释或应用。这对于安防系统设计以及其它领域的设计工作都具有相当重要的指导意义
　　参考文献
　　[1]涂广申吴鹏飞.高层建筑接地系统工程的监控要点.科技信息[J]，2010年第15期
　　[2]钟铁军,胡晓怡.由“到处接地"引发的思考[J].警察技术.2010.9

《建筑防雷和接地系统技术分析》

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