建筑电气设计中的防雷接地技术措施探析.pdf

17现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 3 期2024 年 2 月Vol.3 No.3Feb.2024建筑电气设计中的防雷接地技术措施探析何 花，张豪军柳州市建筑设计科学研究有限公司，广西柳州 545000摘 要：雷电是大气电荷间的放电现象，形成的电流和电压具有巨大的能量。雷电产生的瞬态高电压和高电流容易对电气设备和结构造成损害，防雷接地技术可以预防这类灾害。防雷接地是建筑电气设计中重要的一环，其作用是保护建筑物及其内部电气设备免受雷击的损害。通过对防雷接地技术的解析，详细介绍了防雷接地技术的意义、原理和实施措施，以及其在建筑电气设计中的应用。通过科学应用防雷接地技术，可以避免雷击灾害发生，使建筑物获得良好的防雷效果。关键词：电气设计；防雷接地技术；措施中图分类号：TM862;TU856 文献标识码：AAnalysis of Lightning Protection and Grounding Technology Measures in Building Electrical DesignHe Hua,Zhang HaojunLiuzhou Architectural Design Science Research Co.,Ltd.,Liuzhou,Guangxi 545000Abstract:Lightning is a discharge phenomenon between atmospheric charges,resulting in currents and voltages with enormous energy.The transient high voltage and high current generated by lightning can easily cause damage to electrical equipment and structures,and lightning protection grounding technology can prevent such disasters.Lightning protection grounding is an important part of building electrical design,which serves to protect buildings and their internal electrical equipment from damage caused by lightning strikes.Through the analysis of lightning protection grounding technology,this paper provides a detailed introduction to the significance,principles,and implementation measures of lightning protection grounding technology,as well as its application in building electrical design.By scientifically applying lightning protection grounding technology,lightning disasters can be avoided and buildings can achieve good lightning protection effects.Keywords:electrical design;lightning protection and grounding technology;measure作者简介：何花（1981），女，柳州市建筑设计科学研究有限公司工程师，研究方向为电气及其自动化。随着现代化高层建筑和电气设备的迅速发展，雷击对建筑物和设备的安全产生了严重威胁。因此，防雷接地技术成为建筑电气设计不可或缺的一部分。防雷接地技术的作用是将雷电流迅速引入大地，确保建筑物内部电气设备的安全运行。文章旨在解析防雷接地技术的原理、措施和应用，为在建筑电气设计中采用防雷接地技术提供指导和建议。1 防雷接地技术意义雷电是一种强大的天气现象，如果建筑物和设备没有应用合适的防雷接地技术，可能会受到严重破坏。防雷接地技术可以将雷电流迅速引导到地下，有效降低雷击风险，并保护建筑物、设备的安全。此外，防雷接地技术也对保护人身安全至关重要。雷电有巨大危害，直接击中建筑物可能导致触电、电击伤害甚至次生灾害。良好的防雷接地技术可快速将雷电引入地下，减少对建筑物内部的影响，为人们提供更好的安全保护。另外，防雷接地技术还能确保设备正常运行。建筑物内通常装有各种电气设备，对电能质量和稳定性要求较高。雷击可能导致设备损坏、短路、烧坏电路板等问题，极大影响设备的正常运转。而恰当的防雷接地技术可将雷电快速引入地下，保护电气设备免受雷击的影响，确保其稳定可靠地运行。2 防雷接地技术原理防雷接地技术的原理是利用大地作为较低电阻的导体，将雷电流迅速引入地下，以保护建筑物和电气设备不受雷电直接损害。接地系统中的接地装置，特别是182024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技18金属接地体起着关键作用。当雷电击中建筑物时，雷电流会通过接地装置快速分散和吸收，并通过导电路径迅速进入地下，从而避免对建筑物和电气设备造成伤害。根据建筑物的情况和需求，接地装置通常设置在周边或顶部，并与建筑材料或金属结构连接，以确保在被雷电击中时能够迅速引导电流进入地下。另外，土壤电阻影响着防雷接地系统的效果。为降低土壤电阻，可以增加接地材料的长度或面积，或添加导电性较好的物质（如盐化土壤）等，进一步提高接地系统的效率。3 防雷接地技术措施3.1 外部接地设计基础接地系统是一种通过在建筑物周围或底部埋设金属接地体，将雷电流引入大地，从而减少雷击对建筑物造成危害的方法。为了确保基础接地系统的有效性，需要注意几个关键要点：基础接地系统的布置应该是合理的。布置时应考虑建筑物的结构特点和雷电流传导的路径，确保接地体能够覆盖到所有重要的部分。这样可以最大限度地降低雷电引发火灾、爆炸及其他电气故障的风险；接地体与建筑物的基础结构必须牢固连接。这样可以保证接地体在雷电击中时不会脱离建筑物，从而提供可靠的引导路径。同时，接地体与基础结构的连接处应该经过适当的防腐处理，以防止腐蚀和损坏；选择适当的接地体材料也非常重要。铜、铝等具有良好导电性能的金属常作为接地体材料。这些金属能够有效地引导雷电流，并且相对耐腐蚀，长期使用仍能保持较好的导电性能；接地体的长度和直径需要根据不同因素进行计算（图1）。图1 室外人工接地图（图源网络）金属构件接地是为了保障建筑物内部的金属构件（如金属框架、柱子等）与接地系统之间建立一条连续的接地路径。这种接地方式的主要目的是消除金属构件潜在的触电风险，有效引导雷电进入地下。金属构件接地的设计需要考虑多个因素：选择适当的接地线直径非常重要。合适的接地线直径可以确保接地系统能够承受预期的电流负荷，并满足相关的电气安全标准。当电流通过接地线时，过小的截面积可能导致线路过载，而过大的截面积则造成资源浪费。因此，在设计金属构件接地时，需要根据实际情况选择合适的接地线径，以保证稳定和可靠的接地效果；金属构件之间的连接电阻应尽可能降低。连接电阻的高低直接影响着接地系统的连续性和导电效果。如果连接电阻过高，会导致接地系统的有效性下降，甚至出现触电危险。因此，在金属构件接地设计中，需要采取一些有效措施来确保连接电阻处于较低的水平。可以选用合适的连接件和采用良好的连接技术，例如优化接地线与金属构件之间的接头，增加金属构件表面的接地接触面积等，以降低连接电阻，提升接地系统的导电效果；金属构件接地还需考虑安全可靠性。在设计过程中，应遵循相关的建筑规范和规定，确保接地系统符合安全标准，并能够有效地保护人员和设备免受触电和雷电侵害。必要时，可以采用可靠的绝缘保护措施，如使用绝缘接头或绝缘套管等，以提供额外的保护层，减少触电风险。在外部接地设计中，土壤电阻是一个至关重要的因素。土壤电阻是指土壤对电流流动的阻碍程度，它直接影响着接地系统的有效性。土壤电阻的增加会导致接地系统的电阻升高，从而降低其防雷能力。因此，相关人员需要采取措施来降低土壤电阻，以确保接地系统的效率。增加接地体的长度可以增大接地系统与土壤的接触面积，从而降低土壤电阻。这样可以提高接地系统的导电性能，进一步提升其防雷能力。净化土壤也是一种降低土壤电阻的方法。相关人员可以通过清除土壤中的杂质和污染物来改善土壤的导电性能。这可以通过定期清理土壤、采用适当的土壤改良技术等实现。同时，添加一些导电性较好的物质（如盐化土壤）也可以提高土壤的导电性能，从而降低土壤电阻。此外，在外部接地系统的布置过程中，合理的布置也非常重要。接地体通常是埋设在建筑物周围的地下区域。在布置过程中，相关人员需要避免与其他地下设施（如水管、煤气管道等）发生冲在室外做人工接地体断接卡接地母线接地极19何 花，张豪军：建筑电气设计中的防雷接地技术措施探析建造科技突。如果有必要，相关人员可以采取适当的保护措施，例如设置保护层或隔离层来确保接地体安全可靠。3.2 内部接地设计电源系统的接地设计是确保电源供应安全稳定运行的重要环节。为了达到这个目标，相关人员需要将电源系统与建筑物的外部接地系统连接起来，形成一个连续的导电路径。这样的设计可以有效地将电流引入大地，保护电源设备免受损坏。在接地设计中，常见的做法是将电源系统的中性点设立接地，并且需要确保中性点接地线与外部接地系统连接良好。由此，在遭遇雷击时，雷电流能够迅速通过中性点接地线引入大地，以减少对电源设备造成冲击，从而确保其正常运行。此外，为了降低触电风险，电源设备的金属外壳也需要进行接地处理。这样一来，如果金属外壳出现漏电或其他问题，接地能够将电流迅速引入大地，从而避免对人体造成伤害。因此，接地设计在电源系统中扮演着重要的角色，不仅能够保护设备的安全运行，还能确保人员的生命安全。在内部接地设计中，电涌保护器是一种重要的设备，用于保护建筑物内部的电气设备免受电涌损害。电涌是指电力系统中的瞬时高电压，通常由雷击、电网故障或电源切换等原因引起。电涌保护器通过快速对电涌进行短时耗能和分散，有效地防止过高电压对电气设备造成破坏。电涌保护器作为内部接地设计的一部分，通常安装在电源系统的输入端和信号线路的接口处。其主要原理是当电涌产生时，电涌保护器能够迅速启动，将过高的电压引导到大地，并分散电涌能量，使电压维持在设备所能承受的范围内。电涌保护器通常由瞬时击穿电压低、响应速度快的元件组成，如金属氧化物压敏器和气体放电管等。电涌保护器的选型和配置应根据实际需要进行，考虑电源系统和信号线路的特点。例如，在电源系统中，需要根据系统的额定电压和电流、设备的敏感性以及电涌的预期强度等因素进行选择。同时，还需要确定电涌保护器的额定放电电流和响应速度，以确保在电涌事件发生时能够快速有效地对电涌进行保护。同样，在信号线路的接地设计中，也需要根据信号线路的特性，选择合适的电涌保护器进行配置。此外，在安装电涌保护器时，需要将其正确接入电源系统和信号线路，并确保连接可靠。同时，还应注意电涌保护器的维护和监测。定期检查电涌保护器的状态，确保其正常工作，必要时及时更换损坏或老化的保护器（图2）。图2 电涌保护器示意图（图源网络）接地设计在信号线路中起着至关重要的作用。其主要目的是降低信号传输过程中受到雷击干扰的风险。在进行接地设计时，相关人员需要正确地选择信号线路的接地点。一般情况下，最常见的做法是在信号源端和信号负载端分别进行接地。这种设计有助于建立一个良好的导电路径，使得雷电流能够迅速引入大地，从而降低对信号线路的干扰程度。此外，也需要选择适当尺寸的接地导线。接地导线应具备足够的导电能力，以确保雷电流能够有效地引入大地并降低接地电阻。这样可以有效地减小对信号线路的影响。同时，在选择导线材料和断面积时，要考虑满足信号线路的具体需求。除了上述基本原则，还需要采取适当的屏蔽措施来减小外部电磁干扰对信号线路的影响。这些措施包括使用屏蔽盒或屏蔽套管等防护设备，以减小外界电磁辐射对信号线路的干扰。此外，可以考虑采用屏蔽电缆以增强信号线路的抗干扰能力。在进行接地设计时，还应密切关注地质条件和环境因素。不同地区和现场的地质情况和土壤电阻等参数可能存在差异，因此需要根据实际情况进行具体设计。此外，可以考虑使用避雷针等设备来进一步提高信号线路的防雷能力。3.3 特殊设备的防雷接地在特殊设备的防雷接地设计中，需要特别注意设备的敏感性和易受损性。设备对雷击非常敏感，即使是微小的干扰也可能导致设备发生故障。因此，在制定防雷接地方案时，必须充分考虑到设备的特殊性，以确保在雷击事件发生时设备能够正常运行。（1）需要对设备的灵敏度进行全面的评估。需要对设备在雷击事件中所能承受的能力、电磁干扰的容忍程度以及其他相关因素进行详细的分析。通过这些评估结果，可以确定防雷接地方案的具体要求和设计准则。防雷接地方案应该注重提供可靠的接地系统，因为接地系统是防止设备损坏的重要一环。通过将设备与地下的大片金属连接起来，将过电压释放到地面中来实现这一目标。为了提升接地系统的效果，可以采用多种手段，例雷电波进户电缆电涌保护器202024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技20如，增加接地电极的数量和面积，增强接地材料的导电性能等。同时，当多台设备同时受到雷击时，它们之间的电磁干扰可能会导致串扰，从而影响设备的正常运行。为了防止这种情况发生，可以采取适当的隔离措施。例如，增加设备之间的物理距离或使用屏蔽设备来降低干扰。此外，对于某些特殊设备，例如医疗设备或核能设备，其防雷接地方案还需要符合特定的行业标准和法规要求。在设计防雷接地方案时，必须仔细研究和遵循这些要求，以确保设备的安全性和稳定性。应该深入研究并理解相关行业标准和法规，将其作为设计方案的基础。只有在合规的前提下，防雷接地方案才能真正达到保护设备的目标。（2）特殊设备的防雷接地设计需要设置专门的接地线路。这些设备通常会配备独立的接地导线，将其连接到设备本身的金属部分，从而形成一个可靠的引导路径。通过这样的接地线路，设备在遭受雷击时能够迅速将雷电流引入地下，有效地减小对设备的危害。特殊设备的防雷接地设计是一项关键的安全措施，旨在保护设备免受雷电侵害。在接地线路的设计中，必须考虑到土壤的电阻性和导电性，以确保接地系统能够有效地消散雷击产生的巨大能量1-2。因此，在选择接地线路的材料和布置方式时，应该严格遵循相关标准和规范要求。为了确保接地线路的可靠性，必须定期进行接地系统的检测和维护。检测工作包括对接地电阻的测量和分析、接地线路的视觉检查以及必要时修复或更换接地导线等。这些工作的目的是及时发现并排除接地系统中可能存在的故障和损坏，确保设备能够始终保持良好的防雷性能。在考虑特殊设备的防雷接地设计时，需要细致地考虑设备周围环境的因素3。例如，在海拔较高或是山区等雷电频繁发生的地区，应该采取更加严格和可靠的防雷措施，以应对更为恶劣的天气条件。这样可以确保设备在雷击情况下能够有效保护并维持其正常运行。相反，在雷电活动较少或不太频繁的地区，可以适度减少防雷设备的投入和防护措施的强度。这样既能满足实际的安全需求，又能节约成本和资源。然而，即使在雷电活动较少的区域，仍然需要保持一定的预防和防范意识，在必要的时候采取基本的防雷措施。除了考虑雷电频率和天气条件外，还需要注意设备周围环境的其他因素。例如，如果设备处于潮湿或多雨的地区，需要采取防水和防潮措施，以确保接地系统的可靠性。如果设备周围存在大量金属结构、高耸物体或是其他可能导致电磁干扰的因素，需要采取相应的屏蔽和隔离措施，以保证设备的正常运行。此外，为了加强特殊设备的防雷接地措施，可以采取额外的保护措施。其中包括使用避雷器和避雷带等装置。避雷器是一种常见的装置，用于消除雷击过电压，它通过其特殊的结构将雷电流有效引流到地下。避雷带则是一种外部引导路径，它快速引导雷电流进入地下，最大限度地减小雷电对设备造成的冲击。这些额外的保护措施不仅可以提高特殊设备的防雷能力，还可以保护设备免受雷击的损害4-5。因此，在设计和安装特殊设备时，应当考虑并采取这些额外的保护措施，从而确保设备的安全运行。4 结语防雷接地技术在建筑电气设计中的应用具有重要的意义。合理选用接地方式、设计合适的接地系统以及采用有效的防雷设施，可以有效减少建筑物和电气设备遭受雷击带来的损害。建筑电气设计人员应当充分了解防雷接地技术的原理和实施措施，并根据实际情况进行合理设计和应用，以提高建筑物和设备的防雷能力，确保其安全运行。参考文献1 陈少峰,戴钰林,杨雪峰.建筑电气设计中的防雷接地技术应用J.电子技术,2023,52(7):292-293.2 王敬媛.高层建筑电气施工中防雷及接地技术应用思考J.中国高新科技,2023(6):37-39.3 张磊,孙晨宇.防雷接地技术在建筑电气安装中的要求分析J.城市建设理论研究(电子版),2022(24):61-63.4 吴旭辉,王春燕.装配式建筑电气设计关键技术分析J.建筑电气,2021,40(7):42-47.5 张福德.建筑工程防雷接地技术的应用分析J.江西建材,2022(12):236-238.