2.4　接地與防雷

2.4.1　建筑物防雷系統的安裝

1.避雷針的安裝

避雷針分為兩種：一種是獨立避雷針；另一種是安裝在高聳建筑物和構筑物上的避雷針。避雷針一般采用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制作，獨立避雷針一般采用直徑19mm鍍鋅圓鋼；屋面上避雷針一般采用直徑25mm鍍鋅鋼管；水塔頂部避雷針采用直徑25mm鍍鋅圓鋼或直徑40mm鍍鋅鋼管；煙囪頂部避雷針采用直徑25mm鍍鋅圓鋼或直徑40mm鍍鋅鋼管。

（1）獨立避雷針的安裝。獨立避雷針的制作安裝步驟：制作、組對、補漆和檢查、吊裝、埋設接地體并測量接地電阻、接地干線（引線）的焊接等。

1）制作。獨立避雷針廠用鍍鋅圓鋼、角鋼及鋼板分段焊接而成，通常設計應給出結構圖。

2）組對。在安裝現場清理出寬5m、長度大于避雷針總高度的一塊平地，其中一端位于避雷針的安裝基礎旁，以便于吊裝。將避雷針各段按順序在平地上擺好，其中最下一段的底部應靠近基礎，然后各節組對好，并且用螺栓連接，在螺栓連接點上下兩段間用φ12鍍鋅圓鋼焊接跨接線。有時為了連接可靠，可以把螺母與螺桿用電焊焊死。

在最低一段距離基礎1m處，每個棱上焊接兩條M16的鍍鋅螺栓，間隔100mm，作為接地體連接的緊固點。

3）補漆與檢查。組對好的避雷針，應進行補漆和檢查。避雷針的散件通常應用鍍鋅鐵件，也有涂防銹漆及銀粉漆的。采用鍍鋅散件的避雷針，組裝好后應將焊接處及鋅皮剝脫處補漆。焊接處應先涂瀝青漆，風干后再涂銀粉漆，涂刷前應將焊渣清除干凈。脫鋅皮處應先用紗布將污漬清除掉，然后再涂銀粉漆。

采用鐵件直接焊接的避雷針，應先將焊點的焊渣清理干凈，再用金屬刷、砂布除銹。然后涂防銹漆二道，銀粉漆一道。

4）吊裝。獨立避雷針重心低并且質量不大，可用起重機或人字抱桿吊裝。

5）埋設接地體。在距離避雷針基礎3m開外挖一深為0.8m、寬度宜于工人操作的環形溝，如圖2-94所示。并將避雷針接地螺栓至溝挖出通道。將鍍鋅接地極棒φ（25～30）×（2500～3000）圓鋼垂直打入溝內，溝底上留出100mm，間隔可按總根數計算，通常為5m。也可用50×50×5的鍍鋅角鋼或φ32的鍍鋅鋼管作接地極棒。

將所有的接地極棒打入溝內后，應分別測量接地電阻，然后通過并聯計算總的接地電阻，其值應小于10Ω。若不滿足此條件，應增加接地極棒數量，直到總接地電阻≤10Ω為止。

測量接地電阻時應注意以下幾點：

①測量時必須斷開接地引線和接地體（接地干線）的連接。

②電流極、電壓極的布置方向應和線路方向或地下金屬管線方向垂直。

③雨雪天或氣候惡劣天氣應停止測量，防雷接地宜在春季最干燥時測量；保護接地、工作接地宜在春季最干燥時或冬季冰凍最嚴重時測量。否則應將測量結果乘以季節調節系數，調節系數見表2-39和表2-40。其中，表2-39按土壤類別給出了調整系數。表2-40是按月份區分接地電阻率，主要是按土壤的潮濕程度衡量的，是工程中常用的一種簡易系數計算方法，不考慮土壤類別，只考慮潮濕程度，用起來比較方便。兩表可同時使用，以使測量值更準確。

6）接地干線、接地引線的焊接。接地干線與接地體的焊接示意圖如圖2-95所示。焊接通常應使用電焊，實在有困難可使用氣焊。焊接必須牢固可靠，盡量將焊接面焊滿。接地引線與接地干線的焊接如圖2-96所示，要求同上。接地干線和接地引線應使用鍍鋅圓鋼。焊接完成后將焊縫處焊渣清理干凈，然后涂瀝青漆防腐。

7）接地引線與避雷針連接。將接地引線與避雷針的接地螺栓可靠連接，若引線為圓鋼，則應在端部焊接一塊長300mm的鍍鋅扁鋼，開孔尺寸應與螺栓相對應。連接前應再測一次接地電阻，使其符合要求。檢查無誤后，即可回填土。

（2）高聳獨立建筑物、構筑物上避雷針的安裝。高聳獨立建筑物、構筑物主要指水塔、煙囪、高層建筑、化工反應塔、橋頭堡等高出周圍建筑物或構筑物的物體。

高聳獨立建筑物的避雷針通常是固定在物體的頂部，避雷針通常采用φ25～30mm，頂部鍛尖70mm、全長1500～2000mm的鍍鋅圓鋼；引下線一種是用混凝土內的主筋或構筑物鋼架本身充當；另一種是在構筑物外部敷設φ12～16mm的鍍鋅圓鋼，敷設方法使用定位焊焊在預埋角鋼上，角鋼伸出墻壁不大于150mm，引下線必須垂直，在距地2m處到地坪之間應用竹管或鋼管保護，竹管或鋼管上應刷黑白漆，間隔各100mm。

接地極棒敷設以及接地電阻要求同獨立避雷針。對于底面積較大并且為鋼筋混凝土結構的高大建筑物，在其基礎施工前，應在基礎坑內將數條接地極棒打入坑內，間距≥5m，數量由設計或底面積的大小定，并且用鍍鋅接地母線連接形成一個接地網。基礎施工時，再將主筋（每柱至少兩根）與接地網焊接，一直引至頂層。

煙囪避雷針的安裝如圖2-97所示。煙囪避雷針的設置可按表2-41選擇，當煙囪直徑大于1.7m、高度大于60m時，應在煙囪頂部裝設避雷帶；高度100m以上的，在地面以上30m處以及以上每隔12m處均設均壓環；其接地引線可以利用扶梯或內筋。

避雷帶一般是用鍍鋅圓鋼或扁鋼和避雷針及頂部避雷網連接，然后可靠接地，常用于高聳建筑物的頂部，用支持卡子支撐。

均壓環是在建筑物腰部用鍍鋅圓鋼或扁鋼沿四周并與建筑物做成一體的閉合接地防雷系統，一般與避雷針或避雷帶的接地引線（通常是建筑物柱體的主鋼筋）可靠連接，常用于高層建筑。可用直徑12mm鍍鋅圓鋼或截面面積為100mm2的鍍鋅扁鋼制作，通常在距地30m處設第一環，然后每隔12m設一環，直到頂部。避雷針、避雷帶、均壓環是高聳建筑物常用防雷形式，通常結合在一起使用。

2.避雷網（帶）的安裝

避雷網（帶）是指在建筑物頂部沿四周或屋脊、屋檐安裝的金屬網帶，用作接閃器。通常用來保護建筑物免受直擊雷和感應雷的破壞。由于避雷網接閃面積大，更容易吸引雷電先導，使附近的尤其是比它低的物體受到雷擊幾率大為減少。采用避雷網（帶）時，屋頂上任何一點距離避雷網（帶）不應大于10m。當有3m及以上平行避雷帶時，每隔30～40m宜將平行避雷帶連接起來。

避雷網分為明網和暗網。明網是用金屬線制成的網，架設在建筑物頂部，用截面面積足夠大的金屬件與大地相連防雷電；暗網則是用建（構）筑物結構中的鋼筋網進行雷電防護。只要每層樓樓板內的鋼筋與梁、柱、墻內鋼筋有可靠電氣連接，并且層臺和地樁有良好的電氣連接，就能起到有效的雷電防護。無論明網還是暗網，金屬網格越密，防雷效果越好。

避雷網和避雷帶宜采用圓鋼或扁鋼，并優先采用圓鋼。圓鋼直徑不應小于8mm，扁鋼截面面積不應小于48mm2，厚度不小于4mm。避雷網適用于對建筑物的屋脊、屋檐或屋頂邊緣及女兒墻上等易受雷擊部位進行重點保護，表2-42給出了不同防雷等級建（構）筑物上的避雷網規格。

（1）明敷避雷網（帶）。避雷帶明裝時，要求避雷帶距離屋面的邊緣不應超過500mm。在避雷帶轉角中心處嚴禁設置支座。避雷帶的制作可以在屋面施工時現場澆筑，也可以預制后再砌牢或與屋面防水層進行固定。

女兒墻上設置的支架應垂直預埋，或者在墻體施工時預留不小于100mm×100mm×100mm的孔洞。埋設時先埋設直線段兩端的支架，然后拉通線埋設中間支架。水平直線段支架間距為1～1.5m，轉彎處間距為0.5m，支架距轉彎中心點的距離為0.25m，垂直間距為1.5～2m，相互之間距離應均勻分布。

屋脊上安裝的避雷帶使用混凝土支座或支架固定。現場澆筑支座時，將脊瓦敲去一角，使支座與脊瓦內的砂漿連成一體；用支架固定時，用電鉆將脊瓦鉆孔，將支架插入孔中，用水泥砂漿填塞牢固。固定支座和支架水平間距為1～1.5m，轉彎處為0.25～0.5m。

避雷帶沿坡屋頂屋面敷設時，使用混凝土支座固定，并且支座應與屋面垂直。

明裝避雷帶應采用鍍鋅圓鋼或扁鋼制作。鍍鋅圓鋼直徑為12mm，鍍鋅扁鋼截面面積為25mm×4mm或40mm×4mm。避雷帶在敷設時，應與支座或支架進行卡固或焊接成一體，引下線上端與避雷帶交接處，應彎曲成弧形再與避雷帶并齊后進行搭接焊。

避雷帶沿女兒墻及電梯機房或水池頂部四周敷設時，不同平面的避雷帶至少應有兩處互相焊接連接。建筑物屋頂上的突出金屬物體，例如旗桿、透氣管、鐵欄桿、爬梯、冷卻水塔以及電視天線桿等金屬導體都必須與避雷網焊接成整體。避雷帶在屋脊上安裝做法如圖2-98所示。

明裝避雷帶采用建筑物金屬欄桿或敷設鍍鋅鋼管時，支架的鋼管直徑不應小于避雷帶鋼管的管徑，其埋入混凝土或砌體內的下端應焊接短圓鋼作加強肋，埋設深度不應小于150mm，中間支架距離不應小于管徑的4倍。明裝避雷網（帶）支架如圖2-99所示。避雷帶與支架應焊接連接固定，焊接處應打磨光滑無凸起，焊接連接處經處理后應涂樟丹漆和銀粉漆防腐。避雷帶之間連接處，管內應設置與管外徑和連接管內徑相吻合的鋼管作襯管，襯管長度不應小于管外徑的4倍。

避雷帶通過建筑物伸縮沉降縫時，應向側面彎曲成半徑100mm的弧形，并且支持卡子中心距建筑物邊緣距離為400mm，如圖2-100所示。或將避雷帶向下部彎曲，如圖2-101所示。還可以用裸銅軟絞線連接避雷網。

安裝好的避雷網（帶）應平直、牢固，不應有高低起伏和彎曲現象。平直度檢查：每2m允許偏差不宜大于3%，全長不宜超過10mm。

（2）暗裝避雷網（帶）。暗裝避雷網是利用建筑物內的鋼筋作為避雷網。用建筑物內V形折板內鋼筋作避雷網時，將折板插筋與吊環和網筋綁扎，通長筋與插筋、吊環綁扎。為便于與引下線連接，折板接頭部位的通長筋應在端部預留鋼筋頭100mm。對于等高多跨搭接處，通長筋之間應用φ8圓鋼連接焊牢，綁扎或連接的間距為6m。V形折板屋頂防雷裝置的做法如圖2-102所示。

當女兒墻上壓頂為現澆混凝土時，可利用壓頂內的通長鋼筋作為建筑物暗裝防雷接閃器，防雷引下線可采用直徑不小于φ10的圓鋼，引下線與壓頂內的通長鋼筋采用焊接連接。當女兒墻上的壓頂為預制混凝土板時，應在頂板上預埋支架做接閃帶；若女兒墻上有鐵欄桿，防雷引下線應由板縫引出頂板與接閃帶連接，引下線在壓頂處應與女兒墻頂板內通長鋼筋之間用φ10圓鋼作連接線進行連接；當女兒墻設圈梁時，圈梁與壓頂之間有立筋時，女兒墻中相距500mm的兩根φ8或一根φ10立筋可用作防雷引下線，可將立筋與圈梁內通長鋼筋綁扎。引下線的下端既可以通過焊接到圈梁立筋上，把圈梁立筋與柱的主筋連接起來，也可以直接焊接到女兒墻下的柱頂預埋件上或鋼屋架上。

當屋頂有女兒墻時，將女兒墻上明裝避雷帶與所有金屬導體以及暗裝避雷網焊接成一個整體作為接閃器，就構成了建筑物整體防雷系統。

（3）引下線的安裝。

1）一般要求。防雷裝置引下線通常采用明敷、暗敷，也可以利用建筑物內主筋或其他金屬構件作為引下線。引下線可沿建筑物最易受雷擊的屋角外墻處明敷設，建筑藝術要求較高者也可暗敷設。建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構件宜作為引下線，各部件之間均應連接成電氣通路。各金屬構件可被覆有絕緣材料。

引下線可采用圓鋼或扁鋼，優先采用圓鋼，圓鋼直徑不應小于8mm，扁鋼截面面積不應小于48mm2，厚度不應小于4mm。引下線采用暗敷時，圓鋼直徑不應小于10mm，扁鋼截面面積不應小于80mm2，厚度不應小于4mm。

煙囪上的引下線采用圓鋼時，其直徑不應小于12mm；采用扁鋼時，截面面積不應小于100mm2，厚度不應小于4mm。

明敷引下線應熱鍍鋅或涂漆。在腐蝕性較強的場所，應采取加大截面面積或其他防腐措施。

對于各類防雷建筑物引下線還有以下要求：

①第一類防雷建筑物安裝獨立避雷針的桿塔、架空避雷線和架空避雷網的各支柱處應至少設一根引下線。用金屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網的混凝土桿塔、支柱可以作為引下線，引下線不應少于2根，并且應沿建筑物的四周均勻或對稱布置，其間距不應大于12m。

②第二類防雷建筑物引下線不應少于2根，并且應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不大于18m。

③第三類防雷建筑物引下線不應少于2根。建筑物周長不超過25m，并且高度不超過40m時，可以只設一根引下線。引下線應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于25m。高度超過40m的鋼筋混凝土煙囪、磚煙囪應設兩根引下線，可利用螺栓連接或焊接的一座金屬爬梯作為兩根引下線。

④用多根引下線明敷時，在各引下線距離地面0.3～1.8m處應設斷接卡。當利用混凝土內鋼筋、鋼柱做自然引下線并且同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡，但是應在室內外的適當地點設置若干連接板，供測量、接人工接地體和做等電位聯結用。當僅用鋼筋作引下線并且采用埋入土壤中的人工接地體時，應在每根引下線上距地不低于0.3m處設置接地體連接板。采用埋于土壤中的人工接地體時應設斷接卡，其上端應與連接板或鋼柱焊接。連接板處要有明顯標志。

⑤在易受機械損傷和防人身接觸的地方，地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地線采取暗敷或采用鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護設施。

⑥當利用金屬構件、金屬管道作接地引下線時，應在構件或管道與接地干線間焊接金屬跨接線。

2）明敷引下線的安裝。明敷引下線應預埋支持卡子，支持卡子應突出外墻裝飾面15mm以上，露出長度應一致，然后將圓鋼或扁鋼固定在支持卡子上。通常第一個支持卡子在距室外護坡2m高處預埋，距第一個卡子正上方1.5～2m處埋設第二個卡子，依此向上逐個埋設，間距應均勻相等。

明敷引下線調直后，從建筑物的最高點由上而下，逐點與預埋在墻體內的支持卡子套環卡固，用螺栓或焊接固定，直到斷接卡子為止，如圖2-103所示。

引下線經過屋面挑檐處，應做成彎曲半徑較大的慢彎，引下線經過挑檐板和女兒墻的做法如圖2-104所示。

3）暗敷引下線的做法。沿墻或混凝土構造柱暗敷的引下線，通常使用直徑不小于φ12鍍鋅圓鋼或截面面積為25mm×4mm的鍍鋅扁鋼。鋼筋調直后與接地體（或斷接卡子）用卡釘或方卡釘固定好，垂直固定距離為1.5～2m，由上至下展放或者一段段連接鋼筋。暗裝引下線經過挑檐板或女兒墻的做法，如圖2-105所示，圖中B為女兒墻墻體厚度。

利用建筑物鋼筋作引下線，鋼筋直徑為φ16及以上時，應利用綁扎或焊接的兩根鋼筋作為一組引下線；當鋼筋直徑為φ10及以上時，應利用綁扎或焊接的四根鋼筋作為一組引下線。

引下線上下應與接閃器焊接，焊接長度不應小于鋼筋直徑的6倍，并且應雙面施焊；中間與每一層結構鋼筋需進行綁扎或焊接連接，下部在室外地坪下0.8～1m處焊接一根φ12或截面面積為40mm×4mm的鍍鋅導體，伸向室外距外墻皮的距離不應小于1m。

4）斷接卡子。為便于測試接地電阻值，接地裝置中自然接地體與人工接地體連接處和每根引下線都應有斷接卡子，斷接卡子應有保護措施，引下線斷接卡子應設在距地面1.5～1.8m的位置。

斷接卡子包括明裝和暗裝兩種，如圖2-106和圖2-107所示。可用截面面積為40mm×4mm或截面面積為25mm×4mm鍍鋅扁鋼制作，用兩個鍍鋅螺栓擰緊。引下線的圓鋼與斷接卡子的扁鋼應采用搭接焊接，搭接長度不應小于圓鋼直徑的6倍，并且應雙面施焊。

明裝引下線在斷接卡子的下部，應套竹管、硬塑料管保護，保護管伸入地下部分不應小于300mm。明裝引下線不應套鋼管，必須外套鋼管保護時，須在鋼保護管的上、下側焊接跨接線，并且與引下線連接成一體。

用建筑物內鋼筋作引下線時，由于建筑物從上而下電器連接成為一個整體，所以不能設置斷接卡子，需要在柱或剪力墻內作為引下線的鋼筋上，另外焊接一根圓鋼，引至柱或墻外側的墻體上，在距地面1.8m處，設置接地電阻測試箱；也可在距地面1.8m處的柱（或墻）外側，用角鋼或扁鋼制作預埋連接板與柱（或墻）的主筋進行焊接，再用引出連接板與預埋連接板焊接，引至墻體的外表面。

3.避雷器的安裝

輸電線路遭受雷擊時，高壓雷電波會沿著輸電線路侵入變配電所或用戶，擊毀電氣設備或造成人身傷害，這種現象稱為雷電侵入波。據統計資料，電力系統中雷電侵入波造成的雷害事故占整個雷害事故近一半。所以，對雷電波侵入應予以相當程度的重視。

避雷器是用來防護雷電波侵入的重要電氣設備，用于防止雷電波的高電壓沿線路侵入變、配電站或其他建筑物內，損壞被保護設備的絕緣。安裝時與被保護設備并聯，如圖2-108所示。當線路上出現危及設備絕緣的高電壓時，避雷器對地放電以保護設備。常用避雷器包括閥型避雷器、低壓避雷器和管型避雷器。

（1）閥型避雷器的安裝。閥型避雷器由火花間隙和閥電阻片組成，封裝在密閉瓷套管內。火花間隙通常采用多個單位間隙串聯而成，閥電阻片為非線性電阻，加在其上的電壓越高其電阻值越小，加在上面的電壓低時，電阻值很大，通常用金剛砂顆粒和結合劑制成，如圖2-109所示。

正常情況下，火花間隙阻止線路工頻電流通過，但是線路上出現雷電高電壓時，火花間隙被擊穿，閥電阻片在高壓作用下阻值迅速減小，使雷電流可以順暢地向大地泄放，從而保護電氣設備不被擊穿。當過電壓消失，線路上恢復工頻電流時，閥電阻又呈現高電阻狀態，火花間隙的絕緣也迅速恢復，電路正常運行。閥型避雷器通常用于變配電所內。

閥型避雷器在安裝前應檢查測量。首先應檢查瓷套管是否完整，有無裂紋或閃絡燒痕，有無嚴重污穢；水泥結合縫及其瓷釉是否完好，接線端子有無松動；底座和拉緊絕緣子的絕緣應良好。組合元件的絕緣電阻（FS型避雷器絕緣電阻應大于2500MΩ）、電導電流、工頻放電電壓以及雷電記錄器的動作試驗皆應合格。

閥型避雷器的安裝原則如下：

1）各連接處的金屬接觸面應除去氧化膜和油漆，并且涂一層中性凡士林或電力復合脂。

2）垂直安裝，每個元件的中心軸線與安裝點中心線的垂直偏差不應大于該元件高度的1.5%。若有歪斜可在法蘭間加金屬片來校正，并且將其縫隙用膩子抹平后涂漆處理。均壓環應水平安裝，不應有歪斜。電站用避雷器一般落地安裝，應用儀器測量其垂直度。均壓環應安裝水平，不應歪斜。

3）放電記錄器要密封良好，位置一般在標高1.4m處，記錄器應在零位，將其串聯在接地引線回路里，如圖2-110所示。

4）避雷器上端子應與被保護裝置或線路的相線連接，連接線采用≥16mm2的裸銅線；下端子也用大于或等于16mm2的裸銅線和接地引線可靠連接。墊圈、螺母、彈簧墊圈應使用與避雷器配套供應的緊固件。

低壓避雷器用于50～60Hz、220～500V交流電氣線路設備、低壓網絡戶內裝置或通信廣播線路、半導體器件等的過電壓保護。其上下各有接線螺釘，分別接在網絡和地線上，安裝位置可在柜內或低壓進戶處，其外形及安裝尺寸如圖2-111所示。其中FYS型為低壓金屬氧化物避雷器，適用于配電變壓器的低壓側、電能表、鐵路與通信部門線路以及各種半導體器件的過電壓保護。

低壓避雷器的安裝方法同閥型避雷器。

（2）管型避雷器的安裝。管型避雷器由產氣管、內部間隙和外部間隙組成，結構如圖2-112所示。產氣管由纖維、有機玻璃或塑料制成。內部間隙裝在摻汽管內，一個電極為棒狀，另一個電極為環形。

當線路遭受雷擊或發生雷電感應時，雷電過電壓使管型避雷器的外部間隙和內部間隙擊穿，雷電流通過接地裝置瀉入地下。同時，由于隨之而來的工頻續流也很大，雷電流和工頻續流在管子內部產生強烈電弧，試管內壁材料燃燒產生大量氣體，由于管子容積很小，使得管內氣體壓力很大，快速把電弧從管口噴出，使其熄滅。外部間隙在雷電流入地后很快恢復絕緣，使避雷器與線路隔離，線路恢復正常運行。管型避雷器通常用于架空線路。

管型避雷器安裝要求如下：

1）安裝前應進行外觀檢查，要求管壁無破損、裂痕，漆膜無脫落；管口無堵塞，配件齊全；絕緣良好，試驗合格。

2）管型避雷器一般應垂直安裝，當需要斜射安裝時，其軸線與水平方向的夾角，普通型應不小于15°，無續流管型應不小于45°，安裝于污穢地區時應該增大傾斜角度。

3）避雷器應在管體閉口端固定，開口端指向下方，并且下方或噴射方向上應無其他設施和接地金屬物，以防排出的氣體引起相間或對地閃絡；下方應禁止通行，有遮攔并且設置警告牌。動作指示蓋應打開向下。

4）支架必須安裝牢固，應用＜50×50×5鍍鋅角鋼制作，防止因反沖力導致的變形和位移。上端蓋用M12自帶螺栓固定在支架上，支架應可靠接地。被保護裝置的高壓引線接于下部的外電極上，如圖2-113所示，腰部應與支架固定。

5）被保護設備連接線長度應小于4m，并且與被保護設備用同一個接地裝置，接地裝置的接地電阻應小于或等于12Ω。