防雷接地系统：建筑工程安装实务

防雷装置用于减少闪击击于建（构）筑物上或建（构）筑物附近造成的物质性损害和人身伤亡，由外部防雷装置和内部防雷装置组成。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成。内部防雷装置由防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。

（一）建筑物防雷等级划分

建筑物应根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物、第三类防雷建筑物。

（二）建筑物的防雷措施

防雷分为外部防雷和内部防雷以及防雷击电磁脉冲。外部防雷就是防直击雷，不包括防止外部防雷装置受到直接雷击时向其他物体的反击；内部防雷包括防闪电感应、防反击以及防闪电电涌侵入和防生命危险，防雷击电磁脉冲是对建筑物内系统（包括线路和设备）防雷电流引发的电磁效应，它包含防经导体传导的闪电电涌和防辐射脉冲电磁场效应。

闪电感应是闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。

闪电电涌侵入是由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，雷电波，即闪电电涌，可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

建（构）筑物内系统是建（构）筑物内的电气系统和电子系统。

各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置，并应采取防闪电电涌侵入的措施。第一类防雷建筑物和部分第二类防雷建筑物应采取防闪电感应的措施。

各类防雷建筑物应设内部防雷装置，在建筑物的地下室或地面层处的建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线应与防雷装置做防雷等电位连接。外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间，尚应满足间隔距离的要求。

第二类防雷建筑物规定的建筑物应采取防雷击电磁脉冲的措施。其他各类防雷建筑物，当其建筑物内系统所接设备的重要性高，以及所处雷击磁场环境和加于设备的闪电电涌无法满足要求时，也应采取防雷击电磁脉冲的措施。

（三）防雷接地装置组成

建筑物的防雷装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。其作用原理是：将雷电引向自身并安全导入地中，从而使被保护的建筑物免遭雷击。

防雷装置的材料有铜、热镀锌钢、电镀铜钢、不锈钢、铝、铅，使用条件符合规定要求。

1.接闪器

接闪器是专门用来接受雷击的金属导体。通常有避雷针、避雷带、避雷网以及兼作接闪的金属屋面和金属构件（如金属烟囱，风管等）等。所有接闪器都必须经过接地引下线与接地装置相连接。建筑物顶部和外墙上的接闪器必须与建筑物栏杆、旗杆、吊车梁、管道、设备、太阳能热水器、门窗、幕墙支架等外露的金属物进行等电位连接。

注：在《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中，对接闪器的解释是由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。新旧规范对比的称谓为接闪杆称为避雷针，接闪带称为避雷带，接闪线称为避雷线，接闪网称为避雷网。为便于与计价定额和计算规范称谓一致，本书采用旧建筑物防雷设计规范叫法。

2.引下线

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体，将接闪器接受的雷电流引到接地装置，引下线有明敷设和暗敷设两种。第一类、第二类和第三类防雷建筑物专设引下线不应少于2根，并应沿建筑物周围均匀布设，其平均间距分别不应大于12m、18m和25m。

3.接地装置

接地装置是接地体（又称接地极）和接地线的总合。它的作用是把引下线引下的雷电流迅速流散到大地土壤中去。

（五）防雷接地装置安装

1.避雷针敷设

避雷针是安装在建筑物突出部位或独立装设的针形导体。它能对雷电场产生一个附加电场（这是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的），使雷电场畸变，因而将雷云的放电通路吸引到避雷针本身，由它及与它相连的引下线和接地体将雷电流安全导入地中，从而保护了附近的建筑物和设备免受雷击。避雷针通常采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成，当杆长1m以下时，圆钢不应小于12mm，钢管不应小于20mm；杆长1m～2m时，圆钢不应小于16mm，钢管不应小于25mm；独立烟囱顶上的杆，圆钢不应小于20mm，钢管不应小于40mm。避雷针的接闪端宜做成半球状，其最小弯曲半径宜为4.8mm，最大宜为12.7mm。

2.避雷带和避雷网敷设

避雷带就是用小截面圆钢或扁钢装于建筑物易遭雷击的部位，如屋脊、屋檐、屋角、女儿墙和山墙等的条形长带。避雷网相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，形成多个网孔，既是接闪器，又是防感应雷的装置，因此是接近全部保护的方法，一般用于重要的建筑物。

第一类防雷建筑物避雷网网格尺寸不大于5m×5m或6m×4m。第二类不大于10m×10m或12m×8m的网格，第三类不大于20m×20m或24m×16m的网格。

敷设在混凝土中作为防雷装置的钢筋或圆钢，当仅为一根时，其直径不应小于10mm。被利用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的钢筋时，其截面积总和不应小于一根直径10mm钢筋的截面积。构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋、钢筋与钢筋应采用土建施工的绑扎法、螺丝、对焊或搭焊连接。单根钢筋、圆钢或外引预埋连接板、线与构件内钢筋应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。

明装避雷带（网）应采用热镀锌圆钢、扁钢制成，最小截面面积为50mm²，圆钢直径不得小于8mm，扁钢厚度不得小于2.5mm；当独立烟囱上采用热镀锌避雷环时，其圆钢直径不应小于12mm；扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm。圆钢或扁钢在使用前，应进行调直加工。将调直后的圆钢或扁钢，运到安装地点，提升到建筑物的顶部，顺直沿支座或支架的路径进行敷设，如图7-20所示是避雷带在屋面混凝土支座上的安装。

沿女儿墙安装时，应使用支架固定，并应尽量随结构施工预埋支架。固定支架的高度不宜小于150mm。当条件受限制时，应在墙体施工时预留不小于100mm×100mm×100mm的孔洞，洞口的大小应里外一致。首先埋设直线段两端的支架，然后拉通线埋设中间支架，其转弯处支架应距转弯中点0.25-0.5m；明敷避雷导体和引下线固定支架的间距，当为单根圆形导体时的间距为1000mm；当为扁形导体和绞线时，除安装于从地面至高20m垂直面上的垂直导体间距为1000mm外，其他布置方式的支架间距均为500mm，支架间距应平均分布。

图7-20　避雷带在混凝土支座上安装

1—避雷带；2—支架；3—混凝土支座；4—屋面板

暗装避雷网是利用建筑物内的钢筋做避雷网，暗装避雷网较明装避雷网美观，越来越被广泛利用，尤其是在工业厂房和高层建筑中应用较多。一种是用建筑物V形折板内钢筋作避雷网，一种是利用女儿墙压顶钢筋作暗装避雷带。(www.xing528.com)

3.引下线敷设

采用圆钢时，其截面不应小于50mm²，直径不应小于8mm；采用扁钢时，其截面不应小于50mm²，厚度不应小于2.5mm。烟囱上安装的引下线，圆钢直径不应小于12mm；扁钢截面不应小于100mm²，厚度不应小于4mm。专设引下线应沿建筑物外墙外表面明敷，并应经最短路径接地；建筑外观要求较高时可暗敷，但其圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小于80mm²。引下线两端应分别与接闪器和接地装置做可靠的电气连接。

建筑物的钢梁、钢柱、消防梯等金属构件，以及幕墙的金属立柱宜作为引下线，但其各部件之间均应连成电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接；其截面应按规定取值；各金属构件可覆有绝缘材料。

在易受机械损伤之处，地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地线，应采用暗敷或采用镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等加以保护。引下线安装与易燃材料的墙壁或墙体保温层间距应大于0.1m。

建筑物外的引下线敷设在人员可停留或经过的区域时，应采用下列一种或多种方法，防止接触电压和旁侧闪络电压对人员造成伤害：

1）外露引下线在高2.7m以下部分应穿不小于3mm厚的交联聚乙烯管，交联聚乙烯管应能耐受100kV冲击电压。

2）应设立阻止人员进入的护栏或警示牌。护栏与引下线水平距离不应小于3m。

4.断接卡子制作安装

断接卡子有明装和暗装两种，断接卡子可利用-40×40或-25×4的镀锌扁钢制作，断接卡子应用两根镀锌螺栓拧紧，如图7-21和图7-22所示。设置断接卡子的目的是为了便于运行、维护和检测接地电阻。采用多根专设引下线时，为了便于测量接地电阻以及检查引下线、接地线的连接状况，宜在各引下线上于距地面0.3m至1.8m之间设置断接卡。断接卡应有保护措施。

采用多根专设引下线时，应在各引下线上距地面0.3m～1.8m处装设断接卡。当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡，但应在室外墙体上留出供测量用的测接地电阻孔洞及与引下线相连的测试点接头。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时，应在每根引下线上距地面不低于0.3m处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡，其上端应与连接板或钢柱焊接。连接板处宜有明显标志。

图7-21　明装引下线断接卡子安装

1—圆钢引下线；2—连接板；3—镀锌螺栓；4—圆钢接地极；5—扁钢接地极

图7-22　暗装引下线断接卡子安装

1—专用引下线；2—引至柱主筋引下线；3—断接卡子；4—镀锌螺栓；5—断接卡子箱；6—接地线

由于利用建筑物钢筋做引下线，是从上而下连成一体，因此不能设置断接卡子测试接地电阻值，需在柱（或剪力墙）内作为引下线的钢筋上，另焊一根圆钢引至柱（或墙）外侧的墙体上。在建筑结构完成后，必须通过测试点测试接地电阻，若达不到设计要求，可在柱（或墙）外距地0.8～1m预留导体处加接外附人工接地体。

5.接地装置安装

接地装置是接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流散入大地。接地体是埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。接地线是从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体；或从接地端子、等电位连接带至接地体的连接导体。

接地体分人工接地体和自然接地体两种。自然接地体是具有兼作接地功能的但不是为此目的而专门设置的各种金属构件、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设备等的统称，也称自然接地极。人工接地体是为接地需要而埋设的接地体，可分为人工垂直接地体和人工水平接地体。埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。接地线应与水平接地体的截面相同。

人工钢质垂直接地体的长度宜为2.5m。其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5m，当受地方限制时可适当减小。为便于接地体垂直打入土中，应将打入地下的一端加工成尖形。如图7-23所示。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，并宜敷设在当地冻土层以下，其距墙或基础不宜小于1m。接地体宜远离由于烧窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。防直击雷的专设引下线距出入口或人行道边沿不宜小于3m。

图7-23　接地体端部加工

在敷设于土壤中的接地体连接到混凝土基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下，土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。

在高土壤电阻率的场地，采用多支线外引接地装置、接地体埋于较深的低电阻率土壤中、换土、用降阻剂等降低防直击雷冲击接地电阻方法。

接地装置埋在土壤中的部分，其连接宜采用放热焊接（热剂焊）；当采用通常的焊接方法时，应在焊接处做防腐处理。

6.基础接地体

高层建筑的接地装置大多以建筑物的深基础作为接地装置，此种接地体常称为基础接地体，具有经济、美观和有利于雷电流流散以及不必维护和寿命长等优点。当利用钢筋混凝土基础内的钢筋作为接地装置时，敷设在钢筋混凝土中的单根钢筋或圆钢，其直径应不小于10mm。被利用作为防雷装置的混凝土构件内用于箍筋连接的钢筋，其截面积总和应不小于1根直径10mm钢筋的截面积。

基础接地体可分为以下两类：

（1）自然基础接地体，利用钢筋混凝土基础中的钢筋或混凝土基础中的金属结构作为接地体时，这种接地体称为自然基础接地体。

（2）人工基础接地体。把人工接地体敷设在没有钢筋的混凝土基础内时，这种接地体称为人工基础接地体。有时候，在混凝土基础内虽有钢筋但由于不能满足利用钢筋作为自然基础接地体的要求（如由于钢筋直径太小或钢筋总表面积太小），也有在这种钢筋混凝土基础内加设人工接地体的情况，这时所加入的人工接地体也称为人工基础接地体。