仪表分析||防雷接地工程都包含哪些？

概述

防雷接地工程是基于避雷针技术发展的综合防护体系，由科学家富兰克林与罗蒙偌索夫通过雷电实验共同建立基础理论，传统接地防雷技术始于美国科学家富兰克林，经过技术演进逐步形成涵盖直击雷与感应雷防护的技术框架。

该工程包含外部防雷与内部防雷两部分，外部防雷通过避雷针、避雷带、引下线等装置防御直击雷对建筑物的破坏，内部防雷采用屏蔽、等电位处理及限压装置削弱雷电感应对设备的干扰。

一、技术原理与构成

按照现代防雷观点，综合防雷分为外部防雷和内部防雷部分，外部防雷主要是指防雷击雷、侧击雷对建筑物的伤害，通过建筑物本身的基础接地体、引下线、避雷针、避雷网、避雷带、避雷网格、均压环、等电位、避雷器等的保护作用，以尽量大可能减弱雷击时对建筑物内的电磁效应，内部防雷保护主要是指设备防止雷电感应和防止线路上的雷电波的侵入，其采取主要的技术措施是屏蔽、接地、等电位处理，及安装分流限压装置。

除了传统的综合防雷理论，现代防雷技术也发展了新的理论，如“区域防雷”理论。2004年，防雷科学家濮方正发明区域防雷理论与应用。区域防雷设计施工理念强调根据区域环境的地形地貌、地质土壤条件、气象变化等特点，安装1-2根避雷针及防雷接地装置，使雷击电流泄放入地。防雷技术也在不断发展，前沿研究如激光避雷针。2023年1月16日，《自然光子学》杂志发表激光避雷针研究，称激光束可以使雷击偏转50米。此外，近年来出现了以电子设备为核心的“隔离式防雷接地技术”。该技术无需建设传统的大型接地网，而是利用建筑物的钢结构接地基础作为接地材料，通过电子设备阻止雷电流通过电源线或信号线进入被保护系统。隔离式防雷接地技术在建设速度、占地面积、避免降阻剂污染及成本方面有其特点。

二、设计规范与标准

建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷的要求分为一、二、三类防雷建筑物。根据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》的规定，一、二、三类防雷建筑物的滚球半径分别为30米、45米、60米。防雷工程设计还需考虑所在地的年平均雷暴日(Td)，通常Td>20天的地区被视为多雷区或强雷区，必须加强雷电防护措施。此外，针对农村地区，根据《农村民居雷电防护工程技术规范》（自2014年7月1日起实施），首次提出了“一般农村民居防雷建筑物”的概念，该规范在兼顾安全可靠和经济合理的前提下，对新建、扩建和改建农村民居的防雷工程设计和施工进行了规范。

接闪器在一般情况下多数采用避雷针、避雷网、避雷带，保护范围的计算分别可按一、二、三类防雷建筑物的滚球半径计算。接地装置宜采用联合接地方式，工频接地电阻一般不超过10Ω。土壤电阻率ρ高时，可通过延长接地体长度或使用降阻剂调整。数据中心内所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构必须进行等电位联结并接地。

三、历史发展

防雷接地工程的传统技术始于18世纪中叶，美国科学家本杰明·富兰克林于1754年研制出避雷针，其原理是通过接地网将雷电流泄放入地。

2004年，防雷科学家濮方正提出了国际首创的区域防雷理论与应用。该理论在多个工程中成功应用，如2006年贵州省地矿中心实验大楼片区改造后，雷击停电事故归零；2013年在中国“天眼”FAST工程的喀斯特岩石地质条件下，成功将核心设备接地电阻值降至小于1欧姆。贵阳方正稀土降阻材料厂生产的稀土防雷接地降阻剂应用于深圳大亚湾核电站等重大工程。2020年代，以深圳远征技术公司为代表的隔离式防雷接地技术成为新方向，该技术无需大型接地网，利用建筑物钢结构接地，并于2021年发布了深圳市地方标准。2022年，动态防雷技术被联合国选为‘全球先锋’。2023年，《自然光子学》杂志发表激光避雷针研究成果，称激光束可以使雷击偏转，这是自富兰克林发明避雷针以来防雷技术的重大进步。

四、应用案例

广州塔（“小蛮腰”）在建成后的11年里，得益于其符合规范的防雷接地工程，成功避免了雷击接闪。然而，在2020年及2024年的雷雨天气中，该塔出现了频繁的接闪现象。中国“天眼”（FAST）在2013年的防雷接地工程中，面临着喀斯特岩石山地、雷电多发区的困难条件，采用创新性的深井并联接地方案，使接地电阻值稳定达标（小于1欧姆）。平塘高速公路特大桥（“天空之桥”）在桥塔安装避雷针并结合创新设计，其所在公司承建的十余座特大桥均未发生雷电接闪事故。贵州省地矿中心实验大楼片区在2006年经“区域防雷”技术改造后，雷击停电事故从每年几十次降为零，效果持续十余年。深圳大亚湾核电站500千伏输电线路在1991年采用稀土防雷降阻剂后，未发生雷电接闪事故。北京中国疾病控制中心在2005年的防雷接地工程返工中，濮方正将接地电阻从16欧姆降至0.7欧姆。

五、行业规范与政策

防雷接地工程遵循国家标准，如GB 50057《建筑物防雷设计规范》、GB 50601《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》和GB 50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》。行业规范包括电力行业的DL/T 548、石化行业的GB 50650和SH/T 3164、通信行业的GB 50689、铁路行业的TB 10063以及民航行业的MH/T 5001 。专项标准《农村民居雷电防护工程技术规范》自2014年7月1日起实施。地方标准如深圳市2021年发布的《供配电及信息系统隔离式防雷接地技术系统要求》正式实施。

六、防雷问题

按照现代防雷观点，综合防雷分为外部防雷和内部防雷部分，外部防雷主要是指防雷击雷、侧击雷对建筑物的伤害。建筑物防雷通过建筑物本身的基础接地体、引下线、避雷针、避雷网、避雷带、避雷网格、均压环、等电位、避雷器等的保护作用，以尽量大可能减弱雷击时对建筑物内的电磁效应，同时为建筑物内部设备的感应雷防护提供必要的条件，避免了建筑物遭受直击雷和侧击雷的雷击，从而保护了建筑物本身、设备和人。内部防雷保护主要是指设备防止雷电感应和防止线路上的雷电波的侵入，其采取主要的技术措施是屏蔽、接地、等电位处理，及安装分流限压装置，来控制削减雷电感应和雷电波的入侵，从而保护设备和人身安全免遭雷电感应的伤害。因此，综合防雷工程设计也分为外部防雷装置设计和内部防雷装置设计问题。外部防雷工程设计应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护建筑物的使用特点等基础上，详细研究防雷装置的形式及布置，进行工程设计。内部防雷的设计应认真调查建筑物的供电形式、地极的设置情况、房屋的屏蔽效果、管线的敷设、电子设备的屏蔽情况放置的环境距离外墙的安全距离、等电位外理以及雷电活动的规律等情况，以便提出相应的改进措施，设计出合理，有效的防雷电感应的工程方案来。由于综合防雷工程设计内容繁杂，项目要求很细，而且还要涉及到很多各行各业的规范条文，限于篇幅内容，仅将个人了解的各个设计要点列举如下：

（1）、 防雷分类问题：建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷的要求分为一、二、三类防雷建筑物。具体来说就是根据建筑物的是否处于易燃易爆场所或者是否处于火灾危险环境；是否属于国家、省、市级重要办公场所，或者是否属于重点文物保护单位；是否处于地理、地质环境易遭受雷击的地方，或者是否属于孤立旷野的高耸建筑物等等来划分防雷类别。根据新的GB50057-94《建筑物防雷规范》的在关规定，一、二、三类防雷建筑物的滚球半径分别为了30M，45M，60M。滚球半径越少，保护范围越窄，受保护的建筑物越安全，遭受雷击的概率越低，因此，凡是属于易燃易爆场所、重要的办公场地、人员密集的公共场所、孤立旷野的高耸建筑物都属于一、二类的防雷建筑物。

（2）、 接闪器和引下线的问题：接闪器在一般情况下多数采用避雷针、避雷网、避雷带。有时在大面积需要保护情况下，可以采用避雷线保护。在搞环境防雷时，可以采用CA－A3防雷器或法国提前放雷避雷针保护。在一般情况下，除去一类雷建筑物需要采用独立避雷针、独立地极保护外，其余的类别均可采用针、网带保护，地极可作合设地极处理。保护范围的计算分别可按一、二、三类防雷建筑物的滚球半径计算。用GB50057-94规范作图方法来验证受保护的建筑物是否得到无空隙的保护。另外，不同的防雷类别其引下线及网格的距离不相同。一、二、三类防雷建筑物的引下线距离分别为12米、18米25米，天面网格的间距一类为5×5米，或6×4米，二类为10×10M或12×8M；三类为20×20或24×16M。

（3）、 地极及地极接地冲击电阻的问题：如果建筑物的防雷地极是独立地极的话，一般要离开建筑物基础的地中距离3M以远；如果是通信用的独立地极的话，则要求离开建筑物20M以远，并要求接地电阻〈4欧。除去一类防雷建筑物属于0区和1区，用独立避雷针、独立地极保护外，其余类别一般情况下，都采用合设地极的方式，尤其是框架结构的建筑物更应采用本身基础作合设地极使用。一、二类防雷建筑物的接地冲击电阻〈10欧、一般情况下，三类防雷建筑物的接地冲击电阻〈30欧。但若与防感应雷的地极共用，这时的接地冲击电阻也应为〈10欧。如果建筑物本身与通讯地合设地极，则这时的接地冲击电阻应〈1欧。

（4）、均压环的设计和施工问题：均压环是一条闭合的藏在建筑物外墙内的水平避雷带。它一方面与外墙所有的引下线焊接相连，另一方面又与外墙上所有金属门、窗、玻璃幕墙相通，将它们所接闪到的雷电流通过均压环、引下线的作用，将雷电流引入大地汇放。一、二、三类防雷建筑物均压环的设置高度分别为30M、45M、60M，并且每三层（12米间距）设置一条均压环。

（5）、电子设备的等电位处理问题：等电位处理就是用金属导体把设备的金属外壳与接地的汇流排连接起来。等电位处理的目的就是消除电位差，因此，所有引入室内的金属管道、电缆屏蔽层在各个不同的防雷区间之间均应作等到电位处理，另外，室外凡互相跨越或平行敷设的金属管道，如果其间距少于100MM规定的间距，也应用金属线互相跨接起来，采取等电位的处理方法避免反击。室内电子设备的等到电位的连接方式应采用一点式方法接地，而不应互相串联连接接地，以免引起干扰现象。

（6）、设备屏蔽的处理问题：屏蔽的作用是防止雷电感应对电子设备和干扰，根据不同的对象，屏蔽分有房屋屏蔽、管线屏蔽和设备屏蔽三种。屏蔽的效果与材料的导磁率有关，与材料的厚度尺寸有关；与网孔的大小尺寸有关。网孔越少，材料越厚，材料的导磁率越好则屏蔽的效果越好。因此，在房屋屏蔽上最好采用无间隙屏蔽，这时屏蔽效果最好。如果达不到全屏蔽的止的，则所采用的金属材料网孔越密越好。第二种管线的屏蔽，整段管线应金属连接良好，不应有空隙产生漏磁现象。另外，头尾两端都应良好接地，如果距离太长，中间也要接地一次。电子设备的屏蔽应将设备的金属外壳采用一点的接地方式接地，如果体积过大，应有两点接地。接地的线径应〉6平方毫米为宜。

（7）、 线缆的敷设问题：线缆最好采用埋地套铁管的方式敷设。缆井应设计在建筑物的几何中心。室内的线缆布置应避开外墙、梁柱等雷电流集中流过的地方，以免对线缆产生大的干扰现象。同理，电子设备的放置问题，也应离开外墙、梁柱有一定的安全距离。

（8）、供电形式：供电的形式最好采用TN－S系统。供电线路最好埋地套铁管引入。N线、PE线重复接地引出，电源装电源避雷器。

（9）、 各种信号线装信号避雷器问题：对信号避雷器的选择的要求是工作频率适合、传输功率大，插入损耗低、验波系数少，雷电通流量大，响应时间快，残压低的信号避雷器。同时避雷器应有良好的接地。

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