建筑防雷设计图纸审查中要点分析

'建筑防雷设计图纸审查中要点分析随着社会的发展，电子信息设备的应用已深入至国民经济、国防建设和人民生活的各个领域，建筑物内越来越多的装备了各种信息化的电子、电气设备，由于这些设备耐过电压能力低，雷电高电压以及雷电电磁脉冲侵入所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏，这也是如今雷电灾害事故频繁发生、导致损失越来越大的一个原因，因此对建筑物合理的防雷设计显得尤为重要。现对防雷主管机构的防雷设计图纸审查工作提出一个审查流程，并对审查中的几个问题做简单分析。一、首先需确定建筑物的用途，了解建筑物的内外结构、周围的地理环境和建筑内各部位的电气、电子信息设备设置情况。查阅设计部门对建筑物现场雷电电磁环境的评估分析材料。根据建筑物现场雷电电磁环境评估材料中的N、Nc值确定建筑物是否需要安装雷电防护装置。N为建筑物及入户设施年预计雷击次数，Nc为可接受的最大年平均雷击次数。N≤Nc，可以不安装雷电防护装置。N>Nc，应安装雷电防护装置。二、根据第一条各个方面内容，确定的本建筑的设计审查概要，确定设计要点。下面列出一个比较全面的设计条款。1、建筑防雷分类的确定；2、防直击雷保护措施； 3、屏蔽及防雷区的划分（防雷击电磁脉冲）；4、防雷电波侵入措施；5、电源、信号过电压保护措施；6、高层建筑防侧击雷；7、建筑的接地方式；8、等电位处理情况。三、根据各设计要点确定具体的设计审查方案（一）、建筑物防雷分类的确定在确认需要安装雷电防护装置后，首先是要确定建筑物的防雷类别。《建筑物防雷设计规范》(GB50057－94)2000年版（以下简称《规范》）中，对建筑物防雷类别的划分，除了由建筑物的重要性、实用性质、发生雷电事故的可能性及后果定性外，第二、三类防雷建筑，还取决于建筑物的预计年雷击次数N(N值地计算见《规范》附录一)。现在不少从事建筑电气设计人员在确定防雷分类仍在参考《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92），将建筑物的防雷设计分为三级；现在对于建筑防雷设计应以《规范》为准，将其划分为三类。(二)、直击雷防护措施1、避雷针保护范围问题我国现行通用的计算方法是滚球法，其中一类防雷建筑物滚球半径为30米，二类为45米，三类60米。1）、建筑物高度超过各类防雷设计滚球半径时，就需要在各自的滚球半径高度以上部分设置均压环，使整个建筑形成一个法拉第笼。 2）、在建筑物屋顶的避雷针，由于楼顶的尺寸限制不可能象地面一样无限延伸，可能造成滚球并未被避雷针和楼顶撑起的现象。因此针对一些特殊情况，要从建筑物的实际出发，按照滚球法计算采用图例结合的方法，最终确定避雷设施的高度和安装位置。现在不少智能建筑为了美观都设计带有装饰性能的优化避雷针，其保护范围的计算与普通避雷针不同，要根据其产品的具体设计安装参数来做工程设计。2、避雷带、避雷网等接闪器的布局要严格按照《规范》要求来设计，不同类别的建筑物，屋顶防雷网格的尺寸有不同的要求：一类防雷建筑物不大于5m×5m或6m×4m；二类防雷建筑物不大于10m×10m或12m×8m；三类防雷建筑物不大于20m×20m或24m×16m。（三）、屏蔽及防雷区的划分（防雷击电磁脉冲）：1995年国际电工委员会建筑物防雷分委会（IEC/TC-81）在《雷电电磁脉冲的防护》的标准中提出了防雷保护区（LPZ）的概念。根据国家标准《规范》规定，建筑物的防雷区划分为LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1┅┅（各区的具体含义本文不再赘述）。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区，是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置，从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。 防御雷电电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网，它利用的是法拉第笼原理。建筑物的金属结构遍及各处，不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼，从而使建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽做得好，不仅能防御空间电磁波的辐射，而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。这里要说明，屏蔽的做法应根据建筑物内电子设备的要求决定。由于设备的性质不同，因此，有的要求仅对设备本身做屏蔽，有的要求在设备与设备之间做屏蔽，还有的要求在机房做屏蔽。设计人员可以按照建筑物内电子设备的多少、繁简、重要程度、摆放位置及进出管线的具体情况自行划分防雷区以取得良好的屏蔽、等电位和接地效果。（四）、对于防雷电波侵入，应采取如下措施：　　在低压220/380V供电系统中，应采用三相五线（TN－S）系统，以便于装置接地（PE）线和中性（N）线分开。对有特殊要求的可采用其他接线系统，如医院与心脏相关的设备要1、低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当电缆转换为架空线时，应在转换处装设避雷器；避雷器、电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地。2、进出建筑物的各种金属管道，在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上。3、进出建筑物的电话、有线电视等线路最好采用埋地电缆引入，所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。（五）、过电压保护 自《规范》1994年10月第一版出版至今，正是我国智能建筑技术领域最为活跃的一个时期。信息技术的日益发展和普及促使我国智能建筑不断兴建和发展。智能建筑中各智能化设备普遍存在的绝缘强度低，过电压和过电流耐受能力差，对雷电引起的外部侵入造成的电磁干扰敏感等弱点。如不加以有效防范，无法保证智能化系统及设备的正常运行。据资料介绍，由于未重视建筑物内部防雷保护，而引发建筑物内通信设备、计算机终端等电气设备损坏，造成巨大损失。类似的许多事件使人们日益重视建筑物内各系统和设备的保护工作。可以说完善建筑物内部防雷技术（特别是对设有一定规模信息系统的建筑）是信息时代建筑电气设计技术的需求！正是这一时代背景下，补充编写原《建筑防雷设计规范》2000年版规范“防雷电电磁脉冲”一章（增补内容）集中反映了最新的防雷设计技术思想与理念。从工程设计角度及时为设计人员提供了指导性原则和方法。另外将建筑物低压部分的过电压保护列入标准规范内，明确提出对各类建筑物电源部分需做过电压、过电流保护。建筑电气过电压保护的设计，应根据建筑使用的性质，按照《规范》、《智能建筑设计标准》（GB/T50134-2000）对过电压保护的相应技术标准做出合理的设计。在《建筑物内电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）中对电源线路、信号线路、天馈线路、计算机网络、火灾报警与消防联动、有线电视、安全监控等系统的防雷保护做了详细的要求。（六）、高层建筑防侧击雷问题 随着我国高层建筑的不断兴建，其防侧击雷的问题也摆在了设计人员面前，在设计时也必须注意这个问题，严格按照中华人民共和国强制性国家标准《规范》中第3.1.4条、第3.3.10条、第3.4.10条分别针对第一、二、三类防雷建筑物防侧击雷提出了具体的措施进行设计。这里有一个问题需要单独提出来，现在空调机普遍进入住宅及办公写字间，其中分体式空调机由于其所独有的优点，而在此类机中占有较大比例。但笔者通过观察目前高层建筑分体式空调机的使用情况后，发现存在着绝大多数建筑物外墙上的空调外挂机金属外壳及其金属支架，均未与建筑物的防雷装置连接问题，即安装使用的外挂空调机未采取对于防侧击雷，这就需要在建筑设计时就在相应位置预留一个接地端子供空调外挂机做接地处理使用。（七）、接地装置对于建筑的接地问题现在基本上达成了一个共识就是采用共用的接地方式，即建筑物的防雷接地、保护接地、工作接地、防静电接地、直流工作接地等共同接至一个接地体上，这样对于接地装置的泄流能力就提出了比较高的要求，利用建筑物的桩基础作接地装置，具有经济、美观和有利于雷电流场流散以及不必维护和寿命长等优点，混凝土内基础也能满足利用钢筋混凝土作为自然基础接地体的要求，因此建议推广使用。 利用桩基础作接地体时，对建筑物地梁的处理是很重要的一个环节。地梁内的主筋要和桩基础主筋连接起来，并要把各段地梁的钢筋连成一个环路，这样才能将各个基础连成一个联合接地体，而且地梁的钢筋形成一个很好的水平地环，综合成一个完整的接地系统，其接地电阻≤1Ω。实际应用中，一般较大工程都利用桩基础内钢筋做接地体，并采用联合接地体、接地电阻值要求小≤1Ω。但在一些带有地下室、半地下室的建筑中，土建上都采用防水材料对建筑底板做防水处理。目前，所采用的防水材料都具有很好的绝缘性，因此，对这类建筑直接利用桩基础钢筋做接地极，就有可能满足不了工程对接地电阻的要求，要从柱筋引下线处外引，沿建筑物护坡外一周做闭合人工接地体与基础内钢筋并用，这样能达到较满意的接地电阻值。另外在设计时要考虑工频接地电阻、冲击接地电阻的问题，《规范》中大部分条文对各类防雷建筑物的防雷和电气等接地是以冲击接地电阻为标准来要求的。工频、冲击接地电阻两者的区别及关系，许多施工技术人员不能区别与明晰，使部分工程的防雷装置接地电阻已达到设计值，而仍然盲目采用降阻措施，增加了工程造价。工频接地电阻是按通过接地体流入地中工频电流求得的电阻。可以认为是接地体20m以内土壤的流散电阻，距接地体20m以外的大地是电气上的零电位点。用接地电阻测量仪测量的电阻，即为工频接地电阻。接地装置冲击接地电阻与工频接地电阻的换算公式为：R~=A×RiR~为接地装置各支线的长度取值小于或等于接地体的有效长度le或者有支线大于le而取其等于le时的工频接地电阻（Ω）。A为换算系数。 Ri为所要求的接地装置冲击接地电阻（Ω）。具体的换算见《规范》附录三。(八)、等电位联结等电位联结是指为消除电位差、达到等电位目的而实施的导体联结，它对安全用电、防雷以及电子信息设备的正常工作和安全使用都十分重要。等电位联结有总等电位联结和局部等电位联结。具体设计方案可参考等电位联结安装图集02D501-2。总等电位连结作用于整个建筑物，它在一定程度上可降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压和危害。它的连结终端是进线配电箱内的接地母排（总等电位连结端子板）。局部等电位联结是针对一个局部的场所范围内将各导电部分连通，比如计算机网络机房、医院手术室、民用住宅的卫生间等。四、小结对建筑物的防雷设计来讲，每一个建筑物都有不同的设计方案，本文提出的几个设计要点要从建筑物的实际情况出发，不能千篇一律的将其赋予每一个建筑物，确保防雷设计方案能够做到合理有效，防止或者减少雷电事故的发生。参考文献[1]、国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）中国计划出版社[2]、《建筑物防雷设计安装》99D562中国建筑标准设计研究所出版 [3]、《等电位联结安装》02D501-2中国建筑标准设计研究所出版[4]、国家标准《智能建筑设计标准》GB/T50314–2000中国计划出版社[5]、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004中国建筑工业出版社'