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摘要：建筑物遭受雷灾时，其内的电气设备将受到损害，甚至会危害到人身安全，对居民生活带来严重影响。结合现代建筑的特点，对电气设计中的防雷技术进行针对性的探究具有重要意义。笔者从该角度出发，分析现代建筑的主要特征，并对防雷设计中的准备工作、防雷重点问题以及放雷对策进行重点探究，为现代建筑加强电气防雷设计提供借鉴。
关键词：现代建筑；电气设计；防雷技术
引言
现代建筑中不论是民用建筑还是工业建筑，在对建筑进行设计的时候都要满足人们生活与生产等基本需要，而生活和生产离不开电能。因此，建筑设计中包含大量的电气设备，几乎所有的电气设备抗过压能力较差，一旦雷电天气建筑遭受雷击，建筑中的电气设备会一定程度上受损，增加建筑的安全隐患，影响生活和生产的质量。在城市化建设的趋势之下，高层建筑数量有增无减，建筑环境越来越复杂，这对建筑电气设计的防雷工作带来了新的要求。笔者结合现代建筑结构，针对电气设备防雷设计的工作重点，进行以下深入探究。
一、防雷设计的准备工作
（一）了解建筑环境
在进行建筑内部防雷设计之前，要对目标建筑进行全方面的了解，包括建筑的用途、楼层、高度、占地面积以及其他特殊设计等，并对建筑的外围环境进行分析。同时，也要充分了解建筑所在区域的气象资料，结合建筑的地理位置和外部环境，分析其被雷击的概率，为之后的防雷设计进行充分的准备。
（二）计算雷击次数
在对建筑环境进行分析和了解之后，结合已知的条件计算建筑物的年预计雷击次数，权衡各方面考虑各种因素。按照我国建筑防雷设计规范，确定建筑物的防雷类别。如果目标建筑物并没有达到三类防雷，则可以针对建筑的详细情况来进行防雷设计。例如，调查建筑物的用途，明确目标建筑是否是人员密集的公共建筑，如超市、办公楼、商场等。如果目标建筑是公共建筑，尽管级别没有达到三类，也宜依照三类防雷建筑来进行设防。同时，调查建筑物内部是否有综合布线系统等智能化系统，如果有中心机房等信息电气设备，应采取加强防雷措施。
二、雷电侵入电气设计的主要方式
雷电侵入电气系统主要有两种方式，一是直击雷，二是感应雷。直击雷直接侵入电气设计的情况较少，笔者主要对感应类的侵入方式进行研究。感应雷是由雷电击中建筑或进出建筑的管线之后电磁脉冲感应产生。感应雷会对建筑内部供电线路的电压造成影响，形成过电压的几率较高。电气设备一般需要稳定电压，一旦出现过电压的情况会对电气设备带来不可逆转的损害[2]。因此，在对建筑进行防雷设计的时候，减少感应雷对建筑内电气设备的危害是重点。随着建筑电气设计对防雷研究的重视程度加深，研究学者们已经明确了感应雷侵入建筑和产生过电压的三种主要途径，分别是从供电线路侵入、从综合布线系统等信息线路侵入和从接地装置侵入。笔者从这三个方面入手，对感应雷过电压产生的途径和原理进行以下分析。
（一）供电线路
建筑中的高压电力线路在受到雷击之后，过电压会经过变压器耦合到各个低电压线路，而后在传递到电气设备子中。如果受到雷击的是低压线路，由于低压电路距离雷电区域过近，也会导致过电压的产生[3]。为建筑供电的线路一旦受到雷电的影响，线路出现过电压时，电气设备电压会剧增，严重情况会直接导致电气设备烧毁引发安全事故。
（二）信息线路
随着信息时代的来临，综合布线系统已经成为了建筑设计中不可缺少的一部分。信息系统中包括大量的信息设备，尤其是现代智能建筑和公共建筑内部设有信息机房，一旦受到雷击导致机房内弱电设备受损，会严重影响整个建筑内部的信息通讯。雷电可以从信息线路入侵，具体可以分为三种情况：
1.雷电电压从电缆或者其他导线传输，相邻的导线感应出现过电压，影响该线路连接的电气设备。
2.建筑附近环境较为复杂的情况下，地表存在突出物并被雷电击中，高强度的电压击穿附近土壤，导致雷电侵入到土壤中的电缆，导致过电压侵入电路，电气设备受损。
3.雷云在信息系统线路附近放电，线路对过电压进行感应，进而导致电气设备受损。
能够看出，信息系统更加容易受到雷电的影响，导致信息设备损坏。因此，对建筑进行电气设计的时候要充分考虑中心机房等信息系统的布设情况，让线路绕开容易受到雷电袭击的位置。
（三）接地装置
地电位反击电压通过接入体入侵，尤其是在强烈的雷雨天气，强大的雷电电流经过引下线和接地体进入大地，在接地体附近呈现出放射状的电位分布，一旦在附近有其他的电气设备，就会产生高压地电位反击[4]。
三、防雷设计的重点问题
通过对雷电过电压侵入方式继续系统分析和探究，能够看出对于建筑电气安全来说，防雷设计具有至关重要的作用。从整体上看，防雷设计要具有较强的系统性，从各个角度保障建筑电气设备不受雷击。结合建筑环境以及可能受到的雷击情况，进行全方面的因素考虑，做好充足的设计和防护，将建筑和电气设备的损害和影响降到最低。在现代建筑电气防雷设计中，应该更加注意防护措施，包括接闪、均衡点位、屏蔽、接地和合理布线等，具体可以划分为外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置和内部防雷装置作为防雷设计中的关键点，具有较高的研究价值。笔者结合现代防雷设计中常用的内、外部防雷装置，并进行以下简析。
（一）外部防雷装置
外部防雷装置主要有三方面组成，包括接闪器、引下线、接地装置[5]。其中，接闪器是承接闪电的装置，雷电天气中雷击在一定的范围内按照人们设计的固定“通道”流入大地，减少建筑受到雷击的概率。雷电流入大地的接口就是接闪器，而引下线是将接闪器与接地装置相连的中间部分，能够承载高压电流。接地装置将引下线与大地相连，避免电压集中在特定的区域而后对周围电气造成影响，能够实现快速释放电流，并避免电压反击。外部防雷装置是防止建筑受到直接雷击的最重要的方式，能够大大减少电气受损的概率，让电气设备在雷电天气也能够正常运行。
（二）内部防雷装置
内部防雷装置包括分流、均压、屏蔽、加强综合布线系设计和安装电涌保护器等[6]。内部防雷装置并不能直接消化雷电电压，只能够采取众多的方式对过电压进行及时调节，将受损程度降到最低。
分流保护电气系统的重要手段，其原理是直接在容易受到雷电影响的电气设备与避雷装置相连，一旦过量电流入电气设备，避雷装置承担分流。
均压是结合整体建筑电气系统设计，及时保障电气系统中的各个部分都是等点位，即建筑物中的导电结构形成整体。雷电的出现不会对建筑内的导体产生电位差，就无法威胁到电气设备的安全。
屏蔽指的是建筑内的部分结构设计可以达到“屏蔽”的作用。以上分析能够看出建筑最容易受到雷电影响的是综合布线系统以及连接的电子终端。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了减少雷电对信息系统的影响，在建筑设计的时候会尽可能选择钢筋等具有屏蔽效果的建材，例如主体结构中必用的钢筋等。将钢筋连接成等电位网状结构的整体即‘法拉第网笼’，一旦建筑受到雷电袭击，“屏蔽”结构可以实现快速分流，从而保护综合布线系统不受到电流侵入。
合理布线指的是在进行综合布线系统设计的时候，要充分考虑到雷电袭击的因素和影响，将弱电机房设计在更加安全的位置。在现代建筑中，综合布线系统已经成为了人们生活和生产必不可少的部分，且综合布线系统的接口连接着大量的终端电子设备，一旦布线系统受到雷击影响，会损害到居民的个人财产。
电涌保护器又称作避雷器，能够对直接雷电侵入和其他瞬间过压的电涌进行保护，是现代建筑设计中常见和必设的防雷装置。现代建筑中的电涌保护器，不仅能够限制因雷电而产生的过电压，对由于系统操作而导致的过电压也有一定的保护作用。
能够看出，建筑内部的防雷装置设计较为复杂，不仅结合建筑结构以及综合布线系统，想要做到全方面的防雷设计是十分细致的工程。一旦在防雷设计的时候出现了某一个方面的缺失，就会增加雷电侵入的概率，对建筑内的电气设备带来巨大的安全隐患。因此，结合外部防雷装置和内部防雷装置设计，统筹设计方案，充分考虑多种因素，减少雷电入侵的概率。
四、加强防雷设计的对策
随着人们生活质量的提高，对建筑舒适度和智能化程度要求也有所提升，建筑智能化程度越高，其中的布线系统和电气设备越复杂，对雷电影响越敏感。人们生活要求的变化，对建筑电气防雷设计提出了更高的要求，同时也促进了防雷技术的发展。研究学者们为了加强建筑的防雷效果，进行了更多研究设计，目前已经取得了良好的成绩。在对现在建筑电气防雷设计的过程中，要重视雷电电磁感应作用，注意防雷方式的系统和全面性，并选择合理的接地结构，减少雷电灾难事件的发生。
（一）重视雷电电磁感应危害
最初的防雷设计侧重于防直击雷，随着防雷技术的发展，雷电电磁感应的重视程度逐渐增加。在雷电天气，尽管雷电没有直击建筑，却依旧能够对建筑电压造成影响。雷电产生的电磁感应会增加附近建筑线路中的电压，从而导致电气设备损坏。从本质上来看，雷电电磁感应对线路电压的影响没有直击雷大，却仍旧能够让电气设备损坏，因此不能忽视。且从损害影响的范围来看，只要雷电发生，不管是否集中建筑物，都有在较大的范围产生感应雷过电压，并可能通过城市线路系统进行传输，扩大受灾范围。从受灾对象来看，感应雷击对电气设备和电子设备的影响更大。当雷击直接集中建筑物的时候，即使建筑装有避雷针，仍会有部分雷击电流分配到系统电路当中来实现分流，一旦从信息系统或者其他线缆继进入到电子设备或电气设备中，依旧会造成设备损坏。因此，在进行防雷设计的时候，要更加重视雷电电磁感应作用，减少雷电电磁感应对建筑内部信息系统的影响，进而减少灾害事件的发生。
（二）注意防雷设计的系统性
雷电入侵的方式较多，想要最大限度降低雷电灾害的发生，就要加强雷电设计的系统性和全面性。我国建筑防雷设计规范中指出，要按照电磁兼容的原理将信息系统所在的建筑按照不同的雷电防护区进行设计，确定各个空间雷击电磁脉冲的强度，采取针对性保护措施。雷电防护区的划分为直击雷非防护区、直击雷防护区、第一屏蔽防护区、后续防护区。
1.直击雷非防护区
在非保护区内部，所有建筑和物体都有可能直接受到雷电的袭击，该区域是十分危险的。且非防护区域的物体不受到外部防雷装置的保护，该区域没有影响重大的电气设备和布线，不然会导致附近区域建筑的线路电压受到影响。
2.直击雷防护区
直击雷防护区是外部防雷装置的保护区域，但是建筑内部的电磁感应依旧存在[7]。一旦直击雷防护区域受到雷击，会直接击中范围内的避雷针，导致了范围内的其他物体不会受到直接雷击。直击雷防护区一般为受避雷针、避雷带等防雷装置保护的建筑物外部空间。
3.第一屏蔽防护区
第一屏蔽防护区内通常不可能直接受到雷击，但是受到电磁感应影响严重。为了减少电磁感应怼供电线路电压带来影响，会采取适当的屏蔽措施。通常第一屏蔽防护区指的是建筑物内部空间等。
4.后续防护区
不同的建筑有不同的地理环境，导致防雷设计的不同，在设计的时候需要对特殊情况进行考虑，采取针对性的防范措施。随着智能建筑的发展，其中高敏感度的智能电气设备也有所增加，为了减少雷击对该部分电气设备的影响，需要另外设计屏蔽网络，将屏蔽网络外壳接地。
在对建筑电气防雷设计的过程中，要对每个防护区进行正确划分，加强对直击雷防护区、第一屏蔽防护区的防雷设计，并明确防护区的效果和弊端，加强建筑的防雷特性，将雷电天气对电气设备的影响降到最低，大大提高防雷设计的可靠性和系统性。
（三）选择合理的接地结构
建筑电气防雷设计中，接地结构也是最防雷设计的重点，不同接地方式有不同的效果，因此要结合建筑的具体情况进行考量。接地装置的形式有两种，分别是独立接地、共用接地；电气系统的接地结构有三种，分别是一点接地、多点接地和混合接地。
独立接地指的是具有独自的接地系统，各个接地系统之间不会相互干干扰。对于综合布线等信息系统来说，独立接地系统是十分重要的，但是采用独立接地容易导致网络被雷电击坏。绝大部分防雷设计中采用独立接地都是在较为危险的环境。除了特殊的环境，一般建筑不采取独立接地的方式，独立接地的难度大、成本高，且实际效果不佳，已经逐渐被更新的接地结构所取代。
共用接地也被称作统一接地，是将建筑中的各个系统结构进行统一的防雷设计，并统一采用金属导体进行连接，实现共同接地[8]。目前我国的绝大部分建筑都采用共同接地的方式，不仅设计较为简单，成本造价较低，且更加容易实现，能够实现良好的防雷效果，该接地方式通常应用在建筑工程当中，能有效保障工程的顺利建设和完成。
一点接地是将建筑中的各个系统的导线接在同一个金属平面上，在能够有效解决各个系统地线的等电位问题，并降低各个系统之间的干扰。
多点接地是多点短连线接地，该方式容易产生强烈的干扰，通常应用在高频电路当中[9]。
混合接地是将电气设备的电路板直接与外壳进行连接，而后用导线将各个设备的外壳连接在同一个金属体上，来实现接地。
通过对各种接地方式加强了解，在此的基础上合理选择接地方式，使其更加能够满足建筑的防雷需求。各种接地方式的优势与短处有所不同，在设计的时候还应加以考虑，实现全方位的防雷设计。
结论
随着城市化建设进程的加快，智能建筑的数量与日俱增，建筑内部的布线系统越加复杂，对防雷系统的设计来说越是具有挑战性。信息时代的来临，人们对信息网络的依赖程度越高，越是要加强对信息系统的防雷设计，防止雷电天气对人们的电子设备造成直接性的损害。在对建筑电气设备进行防雷设计的过程中，要充分考虑到建筑的适用性，并加强对建筑内部和外部环境的考察，充分考虑到建筑的结构特点，结合综合布线系统的设计情况，实现全方位的防雷设计，保障建筑内部的电气设备安全。最后，结合防雷系统的实际效果，对缺漏的地方进行优化建设，提高防雷系统的稳定性。
参考文献：
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作者简介：
龙广海（1977-12-12），男，汉族，籍贯：贵州省平坝县，当前职务：无，当前职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：建筑电气。
论文作者:龙广海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/8
标签：防雷论文; 雷电论文; 建筑论文; 过电压论文; 电气设备论文; 装置论文; 防雷设计论文; 《防护工程》2018年第17期论文;