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【摘要】随着城市化的不断发展，城市人口逐渐增长、土地资源日益减少，高层建筑越来越多。由于高层建筑的楼层多、高度高，容易遭受雷击，给人们的生命财产安全构成威胁。因此，进行科学合理的高层建筑电气设计防雷研究具有非常重要的现实意义。本文首先对雷电对高层建筑的危害及高层建筑的防雷要求进行简要分析，然后重点探讨了高层建筑电气设计中的防雷设计，并简要阐述了在进行防雷工作时的注意事项，以期促进我国高层建筑防雷技术的发展。
【关键词】高层建筑；电气设计；防雷设计
1引言
随着城市的发展，高层建筑逐渐成为城市建筑的主体。为了满足高层建筑日益增多的功能，需要在建筑中安装各种电气设备，如通信设备、消防设备等，每一种电气设备都有其对应的功能，对发挥建筑物整体功能有着非常重要的作用。如果电气设备受到雷击，其功能将会失效，影响到高层建筑的整体功能效果，因此在进行高层建筑电气设计时，必须要对防雷技术进行研究，并应用到实际中。
2雷击的危害及高层建筑的防雷要求
2.1雷击的危害
雷电作为一种威力巨大的自然现象，主要是通过以下四种方式对高层建筑进行破坏的：①直击雷、侧击雷。直击雷是带电云层中的雷电直接在高层建筑顶部发生的快速放电现象，侧击雷则是雷电从侧面打到高层建筑上，这种雷击会在极短的时间内产生强大的电流，若是没有采取有效的防雷措施，将会导致建筑物损坏、发热甚至发生火灾；②雷电波入侵。雷电可以通过建筑物的线路、天线等传导出巨大的电流，对电流经过的地方造成破坏，严重时还会发生触电事故；③感应过电压。雷电发生时，建筑中露在外面的线缆和金属管道会感应到雷电压，造成周围电磁场剧烈变化，导致建筑内的电子设备发生故障；④地电位反击。雷电打在建筑物的避雷装置上之后，使接地网在短时间内承受到极高的压力，会对电气设备造成了一定的危害。
2.2高层建筑对防雷的要求
随着城市化的发展，高层建筑越来越多，且其功能也变得复杂化，大部分都是集居住、商业及办公于一体，其配套设施较多，而随着人口增多，高层建筑物的人员密度也变得越来越高，而这些特点也表明，高层建筑物的安全性是至关重要。因此就必须在高层建筑电气设计时做好防雷工作，保证在雷电天气下，防雷设备能够发挥作用，保护高层建筑不受伤害。另外，在设计阶段应尽可能选择简单又有效的防雷装置，以便于施工单位施工。如今的高层建筑大部分都是钢筋混凝土或是钢结构，将这些结构作为防雷装置的一部分来利用，既安全又经济。随着高层建筑功能变得复杂化、人口增多，其用电需求量也越来越大，因此为了保证高层建筑物电力的充足和用电安全，要用到两个电源路径为高层建筑供电，并且每一路径都采用一级供电，一些超高层建筑物则至少需要三个电源路径。然而在实际供电工作中，很多的高层建筑并没有采用一级负荷供电的方式，也没有在建筑内设置发电机组，这样就为高层建筑埋下了一定的安全隐患。
3高层建筑电气设计中的防雷技术
3.1建筑外部防雷设计分析
3.1.1接闪器
接闪器位于防雷装置的顶部，利用其高出建筑物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷的放电，由避雷针、避雷网及金属屋面等部件任意组合或单独作为接闪器。为了进一步避免高层建筑被直击雷击中，避雷针要足够高，但当避雷针的高度太高又会增加雷击的概率，因此为了平衡避雷针的高度和雷击概率，可以增加避雷网或是避雷带来防护直击雷，如果只用避雷针，则应该尽量短针多针来进行保护，以降低雷击概率。铺设避雷网时要将建筑外部易受雷击的部位包含在内。需要注意的是屋面结构复杂的高层建筑，要将避雷带形成闭合环路，突出的金属器件要增设避雷针保护。
3.1.2引下线
引下线是连接避雷网与接地装置的金属导体，将雷电流引入地，以保护建筑物。雷电流的分流效果由引下线的数量和安装位置所决定，引下线多、间隔小，雷电流就会分布均匀。因此，对引下线的条数、间隔距离、位置安排等都要进行合理安排。
3.1.3接地装置
接地装置由接地线和接地体组成，将建筑受到的雷电流分散到大地深处。常见的接地装置方式是周圈式，其技术要点是要将接地网形成环形接地体，其接地电阻值、设备和布置等都要符合相关规范要求。当选择采用建筑物的基础钢筋网作为自然接地体时，应严格检查其安全距离和钢筋利用情况，图1为接地装置示意图。
3.1.4防侧击雷
将高层建筑外墙的空调外机、金属门窗、金属构架等金属物连接起来形成均压环，与引下线组成立体网状结构，通过建筑的外表面网状防雷装置将雷电流引至地下，以达到防止建筑物受到侧击雷的伤害。同时，这种结构形成的法拉第笼结构，具有屏蔽作用，可以避免建筑内部的设备感应到过电压，造成设备损坏。
3.2建筑内部防雷设计分析
3.2.1等电位联结
等电位联结是将防雷空间内的防雷物体、金属物、外来导体、电气和电信装置用导线连接在一起，以减少或消除电位差，使电位处于平衡状态，降低接触电压。现在住宅建筑电源中大多采用的是TN-C-S系统，当采用等电位联结时，便可以将故障状态下的接触电压降到最低。因此，在建筑高楼时，要在各层预先埋设和建筑内的防雷导体相连接的等电位连接板，并将其与接地主干线连接。
3.2.2屏蔽措施
这里的屏蔽主要是保证微电子设备处于无干扰的工作环境中。由于高层建筑中心位置受雷电磁场的影响最小，将电气线路的主干线铺设在该位置，可以减小干扰范围。电气线路最好采用金属管布线，这样不仅能防雷电的反击，耗能屏蔽各种电磁脉冲。另外还可以在建筑内部加装屏蔽网，将微电子设备的电源线和信号线的接口整理规整。
3.2.3防过电压
感应雷电流容易通过高层建筑中的线路及金属管道等进入建筑内部，造成设备产生的电压短暂超出额定电压，一旦超过设备的耐压值，将会击穿设备，导致设备损坏。因此为了防止这种情况发生，可以在线路进线的位置设置避雷器（如图2所示）或是浪涌保护器（SPD），阻挡高压进入设备内部，损坏设备。
4高层建筑防雷注意事项
4.1不锈钢管作为避雷带的承受力
避雷带是指在建筑物外易受雷击的突出部位设置的带形导电体，以承受雷电流，一般选用的是镀锌圆钢。但有些工程需要美观度，就以不锈钢管来替代镀锌圆钢，这就对使用的不锈钢管有一定的要求，必须严格满足《建筑防雷设计规范》的相关要求，保证管壁厚度不小于2.5mm，不锈钢管的对接部位要跨接处理，保证不锈钢管满足避雷带承受雷电流的要求。
4.2铝合金幕墙与避雷网的连接
一般情况下，为了更好地实现屏蔽和均压效果，会在高层建筑用避雷带、引下线及接地装置联结成笼形避雷网。但如今的高层建筑外墙大多采用铝合金幕墙来作装饰，这些幕墙若是不与避雷网连接，就会遭受雷击，因此就必须将幕墙与建筑的防雷装置连接成一个防雷整体。
4.3接地体材料的防雷性和防腐性
普通钢材的导电性能虽高，但其防腐性却不佳，埋在土壤中容易被氧化腐蚀，因此接地体的材料要选择那些经过防腐蚀处理的钢材。另外，铝、铜、石墨等其他导电性能稳定的非金属材料也可以替代钢材作为接地体。
5结束语
雷电对高层建筑的危害非常严重，因此对于高层建筑，要加强电气设计中的防雷工作。在进行防雷设计时要综合考虑高层建筑的外部和内部，注重等电位连接、接地系统等方面的设计，根据实际情况采取不同的防雷措施，不断提高设计的安全性和科学性，以消除雷电对高层建筑的影响。
参考文献
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[2]姜明.智能建筑配电系统的防雷电过电压保护[J].华东电力，2014，33（18）：80~82.
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作者:罗琼 单位:贵州省城乡规划设计研究院