雷电是一种常见自然现象，能产生强烈的闪光、霹雳；落到地面上会击毁房屋、杀伤人畜，给人类带来极大危害。防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。

防雷是现代建筑物、电气设备和线路必须采用的重要安全保护措施，防雷接地工程图是建筑电气工程图中不可缺少的图纸。

8.4.1.1　雷电的形成和危害

1.雷电的形成

雷电是由雷云（带电的云层）对地面建筑物及大地的自然放电引起的，它会对建筑物或设备产生严重破坏。因此，对雷电的形成过程及其放电条件应有所了解，从而采取适当的措施，保护建筑物不受雷击。

在天气闷热潮湿的时候，地面上的水受热变为蒸汽，并且随地面的受热空气而上升，在空中与冷空气相遇，使上升的水蒸气凝结成小水滴，形成积云。云中水滴受强烈气流吹袭，分裂为一些小水滴和大水滴，较大的水滴带正电荷，小水滴带负电荷。细微的水滴随风聚集形成了带负电的雷云；带正电的较大水滴常常向地面降落而形成雨，或悬浮在空中。由于静电感应，带负电的雷云，在大地表面感应有正电荷。这样雷云与大地间形成了一个大的电容器。当电场强度很大，超过大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的放电，就是一般所说的雷击。

2.雷电的危害

（1）直接雷击。直接雷击指雷电对电气设备或建筑物直接放电，放电时雷电流可达几万甚至几十万安培。强大的雷电流通过被击物体时产生大量的热量，凡是雷电流流过的物体，金属被熔化，树木被烧焦，建筑物被炸裂。尤其是雷电流通过易燃易爆物体时，还会引起火灾或者爆炸，造成建筑物倒塌、设备损坏以及人身伤害等重大事故。其后果在雷电危害中最为严重。直击雷一般采用由接闪器、引下线、接地装置构成的防雷装置防雷。

（2）雷电感应。雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花从而损害设备。

雷电感应分静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。在雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波的形式，沿凸出物极快地传播。电磁感应是由于雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。如在送电线路附近发生雷云对地放电时，在送电线路上就会产生电磁感应过电压。当雷击杆塔时，在导线上也会产生电磁感应过电压。防止雷电感应造成伤害的主要措施是将建筑物内的金属设备、管道、结构、钢筋等进行接地。

（3）雷电波侵入。雷电波侵入是指由于线路、金属管道等遭受直接雷击或感应雷而产生的雷电波沿线路、金属管道等侵入变电站或建筑物而造成危害。

防雷电波侵入措施：可采取在进户处装设避雷器（图8.45）、过电压保护器（图8.46），或将其金属护物埋地长度不小于15m 等办法。

图8.45　避雷器

图8.46　过电压保护器

（4）雷电“反击”。雷击直击雷防护装置时，雷电流经接闪器，沿引下线流入接地装置的过程中，由于各部分阻抗的作用，接闪器、引下线、接地装置上将产生不同的较高对地电位，若被保护物与其间距不够时，会发生直击雷防护装置对被保护物的放电现象，称为“反击”。

预防雷电“反击”的措施如下：

1）将建筑物的金属物体（含钢筋）与防雷装置的接闪器、引下线分隔开，并且保持一定的距离。

2）将建筑物内的金属管道系统，在其主干管道处与靠近的防雷装置相连接，有条件时，宜将建筑物每层的钢筋与所有的防雷引下线连接。

8.4.1.2　建筑物的防雷分类

根据建筑物的重要程度、使用性质、雷击可能性大小以及所造成后果的严重程度，建筑物的防雷分级，共分3级。

1.在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第一类防雷建筑物

（1）凡制造、使用或储存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

（2）具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。

（3）具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

2.在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第二类防雷建筑物

（1）国家级重点文物保护的建筑物。

（2）国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场（不含停放飞机的露天场所和跑道）、国宾馆，国家级档案馆、大型城市的重要给水泵房等特别重要的建筑物。

（3）国家级计算中心、国际通信枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物。

（4）国家特级和甲级大型体育馆。

（5）制造、使用或储存火炸药及其制品的危险建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

（6）具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

（7）具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物。

（8）有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。

（9）预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。

（10）预计雷击次数大于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。

3.在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第三类防雷建筑物

（1）省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。

（2）预计雷击次数不小于0.01次/a，且不大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物，以及火灾危险场所。

（3）预计雷击次数不小于0.05次/a，且不大于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。

（4）在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m 及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日不大于15d/a的地区，高度在20m 及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

8.4.1.3　建筑物的防雷装置

防雷装置的作用是将雷击电荷或建筑物感应电荷迅速引入大地，以保护建筑物、电气设备及人身不受损害。一个完整的防雷装置都是由接闪器、引下线和接地装置3个部分组成，如图8.47所示。

1.接闪器

接闪器是专门用来接受直击雷的金属物体。接闪的金属杆称为接闪杆 [以前的叫法是避雷针，但是避雷针严格意义上不会避雷，只会引雷，所以最新规范《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）上把避雷针改为接闪杆，下同]；接闪的金属线称为接闪线，或称为架空地线；接闪的金属带、网称为接闪带、接闪网。

（1）接闪杆。安装在建筑物突出部位或独立装设的针形导体，可以吸引雷电流进行放电，从而保护建筑物免受雷击，如图8.48所示。

接闪杆宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：

图8.47　防雷装置

1—接闪器；2—建筑物；3—引下线；4—接地装置；5—地面

图8.48　各种形状接闪杆

1）针长1m 以下：圆钢为12mm；钢管为20mm。

2）针长1～2m：圆钢为16mm；钢管为25mm。

3）烟囱顶上的针：圆钢为20mm；钢管为40mm。

（2）接闪带和接闪网。接闪带是设置于屋脊、屋檐、屋角、女儿墙和山墙等条形长带。接闪网相当于纵横交错的接闪带叠加在一起，即可防直击雷，又可防感应雷，如图8.49所示。

接闪网和接闪带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。当烟囱上采用接闪环时，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。

（3）接闪线。架设在架空线路之上，保护架空线路免受直接雷击，如图8.50所示。

2.引下线

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体。

引下线宜采用圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。

图8.49　接闪带在挑檐板上安装平面示意图

1—接闪带；2—支架；3—凸出屋面的金属管道；4—建筑物凸出物；5—支持件；6—女儿墙；7—卡码；8—螺钉(www.daowen.com)

当烟囱上的引下线采用圆钢时，其直径不应小于12mm；采用扁钢时，其截面不应小100mm2，厚度不应小于4mm。

引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地；建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小于80mm2。

除设计要求外，兼做引下线的承力钢结构构件、混凝土梁、柱内钢筋与钢筋的连接，应采用土建施工的绑扎法或螺丝扣的机械连接，严禁采用热加工连接（采用焊接连接时可能会降低建筑物结构的负荷能力）。

建筑物的钢梁、钢柱和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。

采用多根引下线时，宜在各引下线上于距地面0.3～1.8m 之间装设断接卡（图8.51、图8.52）。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，利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板，该连接板可供测量、接人工接地和作等电位连接用。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，应在每根引下线上于距地面不低于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。

在易受机械损坏和防人身接触的地方，地面上1.7m 至地面下0.3m 的一段接地线应采取暗敷或镀锌角钢、改性塑料管或橡胶管等保护设施。

3.接地装置

接地体和接地线组成的总体称为接地装置。

（1）接地体或接地极。直接与土壤接触的金属导体称为接地体或接地极。接地体可分为人工接地体和自然接地体。人工接地体是指专门为接地而装设的接地体；自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的混凝土基础内钢筋等。

图8.50　接闪线

图8.51　明装引下线断接卡安装

D—圆钢直径；B—扁钢厚度
1—圆钢引下线；2—25×4；L=90+6D（2B）连接板；3—M8×30镀锌螺栓；4—圆钢接地线；5—扁钢接地线

图8.52　暗装引下线断接卡安装

1—专用引下线；2—至柱筋引下线；3—断接卡；4—M10×30镀锌螺栓；5—断接卡箱；6—接地线

（2）接地线。连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线。由若干个接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网，如图8.53所示。

（3）接地装置的相关规定。埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。接地线应与水平接地体的截面相同。

人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m，当受地方限制时可适当减小。

人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。

防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3m。当小于3m 时应采取下列措施。

1）水平接地体局部深埋不应小于1m。

2）水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm 厚的沥青层。

3）采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm 厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。

埋在土壤中的接地装置，其连接应采用放热焊接，放热焊接是一种新型的焊接方法，把焊接点包裹起来焊接、焊好后直接就做好了防腐处理；当采用通常的焊接方法时，应在焊接处作防腐处理。

8.4.1.4　建筑物的防雷措施

为使建（构）筑物因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建（构）筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

1.一类防雷建筑物措施

（1）应装设独立的避雷针或架空避雷线（网），使被保护的建筑物及其相关装置在接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×5m 或6m×4m。

（2）独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。

（3）独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属之间的距离不得小于3m。

（4）架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离不得小于3m。

（5）当建筑物高于30m 时，还应采取防侧击措施。

（6）当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m。

图8.53　接地网示意图

1—接地体；2—接地干线；3—接地支线；4—电气设备

2.二类防雷建筑物措施

（1）宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线（网）或由其混合组成的接闪器，避雷网（带）应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m×10m 或12m×8m 的网格。

（2）引下线不少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。

（3）高度超过45m 的建筑物，应采取防侧击和等电位保护措施。

（4）有爆炸危险的露天钢质封闭气罐，当其壁厚不小于4mm 时，可不装设接闪器，但应接地，且接地点不应少于两处；两接地点间距不宜大于30m，冲击接地电阻不应大于30Ω。

3.三类防雷建筑物措施

（1）宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线（网）或由其混合组成的接闪器，避雷网（带）应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于20m×20m 或24m×16m 的网格。平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m 时，可仅沿周边敷设一圈避雷带。

（2）引下线不少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25m。周长不超过25m，高度不超过40m，可只设一根引下线。

（3）砖烟囱、钢筋混凝土烟囱，宜在烟囱上装设避雷针或避雷环保护。多支避雷针应连接在闭合环上。金属烟囱应作为接闪器和引下线。

（4）高度超过60m 的建筑物，应采取防侧击和等电位措施。

8.4.1.5　建筑物内部的防雷措施

1.安装电涌保护器（SPD）

SPD 中文简称电涌保护器，又称浪涌保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通信线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

2.等电位连接

等电位连接是建筑物内电气装置的一项基本安全措施，可以消除建筑物外从电源线路或金属管道引入建筑物的危险电压。

等电位连接技术是我国20世纪90年代出现的新技术。在具体的实践中，等电位连接就是把建筑物内和附近的所有金属物，如建筑物的基础钢筋、自来水管、煤气管及其金属屏蔽层，电力系统的零线、建筑物的接地系统，用电气连接的方法连接起来，使整座建筑物成为一个良好的等电位体，如图8.54所示。

等电位连接的目的就是使整个建筑物的正常非带电导体处于电气连通状态，防止设备与设备之间、系统与系统之间危险的电位差，确保设备和人员的安全。

3.屏蔽

屏蔽有遮蔽、阻挡和隔离的意思。防雷屏蔽就是利用金属形成的网格，阻挡或减弱外界雷击电磁脉冲对内部设备的影响，屏蔽措施应当分层设置。

图8.54　等电位连接

1—主筋（至建筑接地）；2—供电设备；3—外壳接地；4—等电位铜排；5—桥架、电管以及水管等金属物均与等电位铜排连接；6—桥架；7—计算机设备；8—用电设备外壳与等电位铜排连接；9—水泥地面；10—等电位联结；11—静电地板支撑脚；12—静电地板

如在计算机系统中所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均要采用屏蔽线或穿金属管屏蔽（且强电线路与弱电线路不能同槽或同沟敷设，分别做好屏蔽后并保持相应的安全距离），在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼（即法拉第笼）。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。网络机柜和设备外壳（都是金属）均是良好的屏蔽层，屏蔽层应要良好接地。

4.合理布线

整个布线必须采取屏蔽处理，或埋地布线，并将屏蔽层两端接地。进出建筑物的线路必须采取埋地并采取屏蔽措施，禁止架空进出。布线必须远离电话或其他电源等线路，以防其他未作防雷的线路上的感应效应对信号线路产生二次感应。带金属加强芯的光纤作信号传输时，应对金属加强芯两端接地。