[工学]第4章-建筑物的防雷措施课件

1、 第四章 建筑物的防雷保护 第一节 划分建筑物防雷分类的基本原则 建筑物的防雷分类是为防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理，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物的特点等的基础上，根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求详细研究防雷装置的形式及其布置，将建筑物分为三类。 第二节 防雷建筑物分类 第一类防雷建筑物 凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物以及具有炸危险环境、因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。 注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大

2、破坏和人身伤亡的严重后果。 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、国宾馆、国家级挡案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。 3、国家级计算中心、国家通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。 1-3重点考虑建筑物的重要性和雷击后可能造成的后果。 4、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，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。 5、具有爆炸危险环境的建筑物，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。 6、工业企业内有爆炸危险的的露天钢质封闭气罐。 在这里也提到了制造、使

3、用或贮存爆炸物质的建筑物；具有爆炸危险环境的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。 如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，属爆炸危险环境，划为第二类防雷建筑物；但当置在地下或半地下时，其泵房又是大型石油化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑物。 7、预计雷击次数大于0.06次/a的部省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。 8、预计雷击次数大于0.3次/a的住宅办公楼等一般性民用建筑物。 7-8重点考虑发生雷电事故的可能性和后果，即雷击发生越多，产生的后果越严重。 第三类防雷建筑物： 1、省级重点文物保护的建筑物、省级挡案馆。 2、预计雷击次数大于或等于0.0

4、12次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。 3、预计雷击次数大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅办公楼等一般性民用建筑物. 4、预计雷击次数大于或等于0.6次/a的一般性工业建筑物。 5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的火灾危险环境。 6、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；在平均雷暴日小于15d/a的地区，高度在20m以上的烟囱、水塔等孤立的高建筑。 第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据预计雷击次数划分防雷建筑

5、物的类别，那么预计雷击次数又是如何得到的？ 要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防雷装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏危险度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概率）减小到小于或等于最大损坏危险度Rc值（即R Rc ）。 取每年Rc=10-5，即每年十万分之一的损坏概率。 基于建筑物年预计雷击次数（N）和防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（P），对于时间周期t=1年，有 R=NP （4.1） P=PiPid+PfPfd （4.2）式中Pi 防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率（也用Ei 表示），其值与接闪器的布置有关； Pf 闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑

6、物的概率，也即防雷 装置截收雷击失败的概率，等于（1-Pi）或（1-Ei）； Pid防雷装置截收雷击后所选用的各种尺寸和规格保护失败而发 生损坏的概率； Pfd 防雷装置没有截收而发生损坏的概率。 出现引发损坏事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率有关，在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。 在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑物的特点、存放和用途。 为简化起见，假定： 1、在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类损坏采用相同的值，用共同概率Pr代替； 2、没有截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定的，损坏的出现与可能被损坏的周围物体的出现是同时

7、发生的，因此，Pfd= Pr ； 3、被截到的雷击引发的损坏的总概率只与防雷装置的尺寸效率Es有关，并假定（1- Es）。 Es 规定为这样一个综合概率，即被截收的雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害， Es与用来确定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关。 将Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，Pid用Pr（1-Es），代入（4.2）式，此外，引入一个附加系数Wr，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，Wr值越大。因此（4.2）式转化为： P=PrWr（1-EiEs） （4.3） 概率Pr应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程度，它取决于建筑物的结构、用途、存放物

8、或设备。 =EiEs （4.4） 或EiEs为防雷装置的效率。 从（4.1），（4.3），（4.4）式得：（4.5）如果R值采用可接受的最大损坏危险度Rc=10-5，并使式中Nc建筑物可接受的年允许遭雷击次数。 因此，防雷装置所需要的效率应符合下式： （4.6）（4.7）（4.8）第三类防雷建筑物所装设的防雷装置EiEs=EiEs0.850.950.80Ei 和Es值 根据IEC-T81的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值如下表 根据验算和对比，一般建筑物和公共建筑物所采用的PW值如下表：建 筑 物 PrWr型式特点一般建筑物正常危害1.610-4610-2公共建筑物 重大危害

9、（引起惊慌、重大损失）810-41.210-2 PrWr值 由上面可以看到防雷装置所需要的效率是与建筑物可接受的年允许遭雷击次数Nc及建筑物年预计雷击次数（N）有关，根据上表中给出的数值看看规范中划分第二和第三类建筑物的预计年雷击次数是如何得到的。 对公共建筑物：（部、省级场所，人密集） =0.8 NC=1.210-2 代入（4.8） 0.81- （1.210-2）/ N） N0.06（次/a） 只有N0.06（次/a）才能保护Rc值不大于10-5，从而才能保证防护的效率。 若N0.06， Rc大于10-5，再采用第三类建筑物的防护就达不到应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。 同

10、理，对一般建筑物，可算出 N0.3 Rc值不大于10-5 N0.3 Rc大于10-5 升二类 没有防雷装置时， =0 对公共建筑物：（部、省级场所，人密集） N0.012 可不设防雷装置 N 0.012 要设防雷装置 对一般建筑物，可算出 N0.06 可不设防雷装置 N0.06 要设防雷装置第三节 建筑物的防雷保护 一.一般规定（原则） 各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。 第一类防雷建筑物和具有爆炸危险环境但不致遭成巨大破坏的建筑物的第二类防雷建筑物应采取防雷电感应的措施。 装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接。 二.避雷针

11、、线、网、带和它们的保护范围 作为防地面物体免受直接雷击的设备是避雷针和避雷线，在防雷保护中已被长期普遍使用。避雷针和避雷线均为金属体，安装在比被保护物体高的位置上，从工作原理来看，两者具有相同的保护功能，即吸引雷电。 1避雷针与避雷线 （1）避雷针 属于结构最简单的防雷装置，由接闪器，引下线和接地体组成。 避雷针的针状接闪器是直接承受雷电的部分，当雷云出现在地面上空时，由于静电感应作用，大地及避雷针上将出现与雷云电荷极性相反的电荷。于是，在接闪器的顶端处电场将发生畸变，出现局部集中的高电场区，如图所示，该图中示出的曲线为等电位线。在雷云的下行先导发展初期，先导向下的发展是随机取向的，并不受地

12、面物体上避雷针接闪器存在的影响。随着阶梯式先导向下发展到邻近地面时，接闪器顶端周围的电场发生的严重畸变，使这里的电场强度明显高于其他地方，这就为先导向接闪器法展创造了十分有利的件，因此就能容易地将先导吸引到接闪器上，使雷击点出现在接闪器的顶端，而不致出现在其下面的被保护物体上。避雷针接衫闪器顶端处的电场畸变条 避雷针接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，为了保证足够的雷电流通流量，其直径应不小于下表给出的数值。接闪器顶端的针尖应做成圆锥状，具有较大的尖度，且应光滑。避雷针接闪器最小直径 避雷针一般适用于保护那些比较低矮的地面建筑物以及保护高层楼房顶上突出的设施，它特别适合于保护那些要求防雷引下线与内

13、部各种金属管道隔离的建筑物。 直径针型圆钢(mm）钢管(mm）针长1m以下1220针长12m1625烟囱顶上的针2040 （2）避雷线 避雷线是由悬挂在空中的水平导线，接地引下线和接地体组成。水平悬挂的导线用于直接承受雷击，起接闪器作用。避雷线设置在被保护物体的上方，能提供与自身线长相等的保护长度，其工作原理与避雷针类似，也是由于避雷线周围的电场畸变吸引下行先导，将雷击引向自身。但避雷线对周围电场的畸变效果不如避雷针，因此其引雷效果也不如避雷针。 避雷线广泛用于高压架空输电线路的防雷保护，架设在架空高压输电线路的上方，保护输电线路免受直接雷击，如图所示。 高压架空输电线路跨越长距离范围，绵延分

14、布在广阔的地面上，很容易遭受雷击，引起停电事故。在架空输电线路上方设置避雷线，就能利用避雷线的引雷作用将雷云的下行先导引向其自身，从而使输电线路免受雷击。用于保护架空输电线路的避雷线通过引下线和接地体连接泄放雷电流，固也通常称为架空地线。 架空线路上方的避雷线 （3）避雷带与避雷网 当受建筑物造型或施工限制而不便直接使用避雷针或避雷线时，可在建筑物上设置避雷带或避雷网来防直接雷击。避雷带和避雷网的工作原理与避雷针和避雷线类似。在许多情况下，采用避雷带或避雷网来保护建筑物既可以收到良好的效果，又能降低工程投资，因此在现代建筑物的防雷设计中得到了十分广泛的应用。 避雷带 避雷带是用圆钢或扁钢作成的

15、长条带状体，常装设在建筑物易受直接雷击的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋顶），屋顶边缘及女儿墙或平屋面上，如图所示。避雷带应保持大地良好的电器连接，当雷云的下行先导向建筑物上的这些易受雷击部位发展时，避雷带率先接闪，承受直接雷击，将强大雷电流引入大地，从而使建筑物得到保护。这是一种对建筑物上易受雷击部位进行重点保护的措施，目前已广泛应用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保护。 （a）屋顶突出物加设避雷针 （b）平屋面上设避雷带 （c）女儿墙上设避雷带避雷带的设置a b c 避雷网 避雷网实际上相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，在建筑物上设置避雷网可以实施对建筑物的全面防雷保护。避雷网的设置有明装和暗

16、装两种形式。明装防雷网是在建筑物的屋顶上或层顶屋面上以可见金属网格作为接闪器，沿其四周或沿外墙做引下线接地。由于明装避雷网不甚美观，在施工方面也会带来困难，同时还会增加额外的工程投资，因此现在已较少使用。 明装避雷网 立体金属笼网 建筑物的笼式避雷网 相对于明装避雷网来说，暗装避雷网目前则使用得十分广泛。暗装避雷网一般为笼式结构，它是将金属网格、引下线和接地体等部分组合成一个立体的金属笼网，将整个建筑物罩住，如下图所示。这种笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击。 笼式避雷网还可以看作是一个拉法第笼，它同时具有屏蔽和均衡暂态对地

17、悬浮电压两种功能。 一方面，笼式避雷网能够对雷电流产生的暂态脉冲电磁场起屏蔽作用，使进入建筑物内部的电磁干扰受到削弱；、 另一方面，笼式避雷网也能够对雷击时产生的暂态电位升高起到电位均衡作用，将笼网各部位的暂态对地悬浮电位均衡到大致相等的水平。当然，笼式避雷网的这些防护雷电损害作用的效果与笼体的大小及其网格尺寸有关，笼体越小且其网格尺寸越小，则其防雷效果就越好。网格尺寸的大小取决于被保护建筑物的重要性，应按建筑物防雷设计规范来确定。 笼式避雷网通常是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋来构成的，即将建筑物屋面内原有的钢筋网格作接闪器使用，将梁、柱、楼板中的横向和纵向钢筋按防雷设计规范要求进行电气上

18、的相互连接，这样就将整个建筑物构件中的所有钢筋连接成一个统一的导电系统，构成一个大的立体法拉第笼。其中的纵向钢筋兼作引下线试用，建筑物基础中的接地钢筋兼作接地体使用。 总之，暗装避雷网是以建筑物自身结构中现成的钢筋作为其组成构件的，所以它能节省投资，同时又能保持建筑物造型的完美性，笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击，能够全方位地接闪受雷，这些都是它的显著优点。 但是，采用暗装避雷网也存在着一个缺点，即在每次承受雷击后，雷击点处的屋面表层要被击出小洞并会有一些碎片脱落，使得这一小块的防水和保温层受到破坏。实际上，建筑物防水和保

19、温隔离层中的钢筋距层面的厚度很小。但有些建筑物的防水和保温层较厚，当其中的钢筋距层面的厚度大于20cm时，应另设辅助避雷网。 在建筑物顶部常有一些金属突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属天沟和金属烟囱等，这些金属突出物必须与避雷网焊接，以形成统一的接闪系统。对于建筑物顶部突出的非钢筋混凝土物体，可以另设避雷网或避雷针加以保护，如图所示。建筑物顶部突出物体的保护 2.避雷针、带、网保护范围的确定 1777年5月伦敦附近一座火药库因雷击而受损，避雷针是富兰克等人组成的委员会设计的。雷击火药库，说明避雷针没有截闪，从而提出避雷针保护范围的计算问题。在本世纪的70年代，德、英、法、美等欧美国家采用

20、不同的计算方法，这些方法包括圆柱体、圆锥体、特殊圆锥体等等。 我国GBJ5783标准，使用了30、45、60的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范围就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑物上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的中部和下部遭遇雷击。在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔顶部避雷针的“绕击雷”。 从80年代起，经过讨论和研究，世界上大多数国家均已采用滚球法计算避雷针的保护范围（日本除外，仍用45、60保护的圆锥体）。 （1）确定避雷针、线、带、网保护范围方法的分类 meshmethodprotective angle

21、 methodrrolling spheremethod （2）滚球法确定避雷针、线、带、网保 护范围的方法 避雷针和避雷线等接闪器对其周围物体的保护范围，常以它们可能防护直接雷击的空间区域来表示，在此空间区域内被保护物体遭受直接雷击的概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于经济可靠地进行建筑物的防雷设计是至关重要的。目前国际上流行用滚球法计算确定避雷针和避雷线接闪器保护范围。 滚球法的保护原理 在雷云对地放电过程中，下行先导在到达由雷击距所限界定的定向高度范围之前，其发展路径是随机的，直到下行先导头部达到地面上某物体可被雷击的范围时，他才会定向的击向该物体，如图所示，当先导头部进入建筑物顶上避

22、雷针的雷击范围时，它就定向地向避雷针顶端发展，这样避雷针的顶端即为雷击点。从下行先导头部达到地面上被击物体的距离就称为雷击距。雷击距范围 以这种雷击过程为基础，根据下行先导发展的随机性和定向性来确定建筑物上以及地面上可能出现的雷击点，这就是滚球法的基本思想。 从上图还可看出被雷击的点距下行先导的距离都等于ds，称为雷击距，即滚球半径。 可知，滚球半径的大小取决于回击时雷电流幅值的大小，由于雷电流幅值是个随机量，则雷电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。 在运用滚球法确定雷击点时，应先选定一个对应于一定雷电流幅值的滚球半径ds，在建筑物的防雷设计中，滚球半径的选择应采用建筑防雷设计规范推荐的数值，

23、然后将半径为ds的滚球从天空随机地抛向地面建筑物，滚球与地面和建筑物屋面接闪器相接触的点，如下图中所示的A点和C点，即为可能的雷击点。用滚球法确定雷击点 从雷云对地放电过程来看，下行先导在到达由雷击距所界定的定向范围之前，其发展路径是随机的，这就意味着滚球可能会从各个方向随机下落去接触地面和建筑物。因此，为了确定建筑物上各个可能的雷击点，需要从其上空沿各个方向反复多次地抛投滚球，统计出大量被滚球接触过的点，这一做法可以等值地转变为将滚球沿建筑物屋面连续地滚越建筑物的整体，如下页图所示。滚球所能接触到的屋面就是建筑物上可能遭受雷击的区域；滚球不能接触到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器能够保护的

24、区域，这一区域称为保护区。在下图中，弧AC和DE以下的空间区域就是保护区滚球法在建筑物面上的连续滚动确定雷击点和保护范围 建筑物接闪器将能对该区域空间提供保护。对于强雷来说，其雷电流幅值大，相应的滚球半径就大，保护区就较大；对于弱雷来讲，其雷电流幅值小。例如下图，当滚球半径由ds2减小到ds1时，保护区将缩小，原先受到保护的B点将会与减小半径后的滚球相接触，从而由被保护点转变为雷击点。应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面。保护区随滚球半径的变化 应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面， 如下左图所示。将滚球沿建筑物屋面及突出的接闪器滚遍，其球心运动轨迹即构成了空间受雷曲面。当下行先导发展碰到

25、该曲面时，将会击到该建筑物应屋面。用滚球法，还可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷击部位，这也是滚球法一个显著优点。 如下左图表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所能触及到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图中阴影区。建筑物的空间受雷曲面 复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定 滚球法确定避雷针保护范围的方法 （） 单支避雷针的保护范围 A、单支避雷针的高度不大于滚球半径ds。确定避雷针保护范围的确定方法如图,其具体步骤如下： a、距地面ds处作一平行于地面的平行线； b、以避雷针的针尖为圆心，ds为半径画圆弧，该圆弧线交于平行线

26、的A、B两点； c、 分别以A、B为圆心，hr为半径画圆弧，这两条圆弧线上与避雷针尖相交，下与地面相切。再将圆弧与地面所围面以避雷针为轴旋转180，所得圆弧曲面圆锥体即为避雷针的保护范围。单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护空间域 d、 避雷针在hx高度的xx平面上和地面上的保护半径： 避雷针在高度为hx的平面xx上的保护半径rx可确定为 避雷针在地面上的保护半径r0，可确定为 式中，ds为滚球半径，h为避雷针的高度，hx为距平面x处的高度，rx在高度为hx处的保护半径，各量的单位均为m。 B、单支避雷针的高度hds的保护范围ds 在避雷针部取高度为ds的一点代替避雷针针尖为圆心，其余的作图

27、步骤同hds的情况。当h pdprPositioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p （）建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定 建筑物顶部突出屋面的部分是易受直接雷击的部位，常常要装避雷针加以保护，利用滚球法，可以确定所设避雷针的长度，以下将分两种典型情况加以说明。 A、建筑物顶部周边设有避雷带如图所示，该图为某建筑物顶部的剖面，其左右对称，A为顶部周边屋檐处的避雷带（或可被利用做接闪器的金属物），B为需要保护突出屋面上的最外一点。先分别以A、B为圆心，以选定的

28、滚球半径ds为半径画两条圆弧，他们相交于C点，在以C点为圆心，以ds为半径， 画圆弧交对称轴线于O点，则在O处设立一支避雷带情况的避雷针长度确定针，其长度大于OO即可实现对突施出屋面部分的保护。建筑物顶部设避雷 单根避雷线的保护范围 当单根避雷线的高度h2ds时，避雷线没有保护范围；当单根避雷线的高度h2ds时，应分以下两种情况来确定避雷线的保护范围。hds时避雷线的保护范围 （） hds 如图所示，在距地面ds处作一条地面的平行线，以避雷线位置为圆心，以ds为半径画圆弧交平行线于A、B两点。再分别以A、B两点为圆心画两条圆弧，这两条圆弧与地面相切并与避雷线相交，它们与地面所围面即为保护范围的

29、截面。在距离地面hx高度处xx平面上的保护宽度bx，可由下式来计算：上式中各量的单位均为m。 在避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法加以确定。单根避雷线完整的保护范域如右图。 hds时避雷线的保护范围 （） dsh2ds 如图所示，保护范围最高点的高度h0按下式来计算： 其作图步骤同于hds时作图步骤。由图可见，当h2ds后，避雷线的保护范围不仅不增大，反而会随h的增大而减小。处在避雷线下方且高度大于h0的范围内将失去避雷线的保护，因为半径ds可以接触到这一范围内的空间点。 对于多支避雷针和多根避雷线的保护范围，由于他们的作图步骤较繁，这里从略。dsh25重或轻于空气55 3、排放爆炸危险气

30、体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可以仅保护到管帽，无管帽时可以保护到管口。 4、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、电缆等金属物之间的距离，应符合下列表达式的要求，但不得小于3m： （1）地上部分：当hx5Ri时, Sa10.4(Ri+0.1hx) 当hx5Ri时， Sa10.1(Ri+hx) （2）地下部分：Se10.4Ri 式中 Sa1空气中距离(m)；Se1地中距离(m)； Ri独立避雷针或架空避雷线(网)支柱

31、处接地装置的冲击接地电阻)； Hx被保护物或计算点的高度(m)。 为什么要保护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、电缆等金属物之间的距离？ 其目的是为了防止雷电流流过防雷装置时所产生的高电位对被保护的建筑物或与有联系的金属物发生反击。应使防雷装置与这些物体之间保持一定的安全距离。防雷装置至被保护物的距离 当接闪器受雷接闪时 ，雷电流将沿接闪器注入防雷装置，并经引下线和接地体汇入大地。在此雷电流的传输过程中，在防雷装置中距地面为hx的点A处的暂态电位为UA取决于由雷电流幅值与冲击接地电阻所决定的电阻压降和由雷电流波头陡度与引下线电感所决定的电感压降：式

32、中 uAA点对真实地的暂态电位，（kV）； uR雷电流流过防雷装置时接地装置上的电阻压降， （kV） ； uL雷电流流过防雷装置时引下线上的电感电阻压降，（kV） ； di/dt雷电流波头陡度，（kA/s） ； I雷电流幅值，（kA）； Ri接地体的冲击接地电阻，（）； L0引下线单位长度电感，（H/m ），取其等于1.5 H/m； hAA点到接地体的长度，（m）； ER电阻压降的空气击穿强度（Kv/m），取其等于500kV/m； EL电感压降的空气击穿强度（Kv/m），取其等于500kV/m。 式中各参数值可按本规范中给出的各类防雷建筑物的雷电流参量（下表）首次及雷击的雷电流参量雷电流参数

33、防雷建筑物类别一类二类三类I幅值（Ka）200150100T1波头时间（s）101010T2半波值时间（s）350350350QS电荷量（c）100 7550W/R单位能量（MJ/）105.62.5后续雷击的雷电流参量雷电流参数 防雷建筑物类别一类二类三类I幅值（kA）5037.525T1波头时间（s）0.250.250.25T2半波值时间（s）100100100T1/T2平均突度（kA/s） 200 150100 长时间雷击的雷电流参量雷电流参数 防雷建筑物类别一类二类三类Q1电荷量（c）200 150100I幅值（Ka）200150100T时间（s）0.50.50.5注：平均电流I= Q1

34、/T 根据IEC-TC81提供的电感电压降的空气击穿强度为 EL=600(1+1/ t1)（Kv/m） 当t1=10s时， EL=600(1+1/ 10)=660（Kv/m） 当t1=0.25s时， EL=600(1+1/ 0.25)=3000（Kv/m） 知道电阻电压降的空气击穿强度和电感电压降的空气击穿强度。 （1）独立避雷针和架空线（网）的支柱与被保护物体及其有联系的管道、电缆等金属物之间的安全距离就可以求出：在地上部分：对第一类防雷建筑物首次雷击 I=200kA，T1=10 s， ER=500（Kv/m） EL=660（Kv/m）L0=1.5 H/m考虑计算简单取Sal0.4Ri+0.

35、04hx因此 Sa10.4（Ri+0.1hx）对第一类防雷建筑物后续雷击 I=50kA，T1=0.25 s， ER=500（Kv/m） EL=3000（Kv/m）L0=1.5 H/mSa10.1（Ri+hx ） 在安全距离的计算式中还出现了hxRi的条件是 ，即hx=5Ri 因此，当hx Sa10.1（Ri+hx） 当hx5Ri时， Sa10.1（Ri+hx ） Sa10.4（Ri+0.1hx） 由上面可以看出这一条件保护了计算的可靠性。在地下部分： 同样可算出 Se10.4Ri 根据计算，避雷线立杆高度为20m，避雷线长度为50150m，冲击接地电阻为310的条件下，避雷线立杆顶受雷击时，流

36、过一根立杆的雷电流为全部雷电流都3%90%，照理sa1和Se1可相应减小，但计算很麻烦，因此这类问题依然按独立避雷针的方法进行计算。 按雷击于避雷线挡距中央考虑sa2，由于两端分流，对任意一端可近似地将雷电流幅值和陡度减半计算，因此避雷线中央的电位为： U=UR+UL1+UL2 于是得到距防雷装置引下线和避雷线的安全距离sa1 （2）架空避雷线至各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的安全距离 将以上两式相等，得到 。对后续雷击（当 时）：式中 uL1雷电流流过防雷装置时引下线上的电感压降（Kv）； uL2雷电流流过防雷装置时避雷线上的电感压降（Kv）； L01垂直敷设的引下线的单位长度电感（H

37、/m）。按引下线直径 8mm2、高20m时的平均值L01=1.69 H/m计算。 L02垂直敷设的引下线的单位长度电感（H/m）。按引下线直径 35mm2、高20m时的平均值L01=1.93 H/m计算。 h引下线的长度（m），其它参数与前面相同。对首次雷击（当 时）：式中 从避雷网中间最低点沿导线至最近支柱的距离（m） n 从避雷网中间最低点沿导线至最近不同支柱并有同一距离 的个数 （3）用同样的方法可求出架空避雷网至和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的安全距离。 对首次雷击（当 ）时：对后续雷击（当 ）时： 在一般情况下，接地电阻不宜大于10，但在土壤电阻率高的地区，要求低于10，有一

38、定难度，因此，在满足安全距离的前提下，允许适当提高接地电阻值。（二）雷电感应的防护措施 1、被保护建筑物内的金属物接地是防雷电感应的主要措施。因为金属屋面或钢筋混凝土屋面内的钢筋进行接地有一定的屏蔽功能和良好的防雷电感应的作用。 2、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。 下面用一个事例计算来说明这个问题： 两根间距300mm的平行管道，与引下线平行敷设，距引下线3m，并处与同一平面上。如果把引下线视作无限长，这时在管道环路内的感应电压U为： 它可能击穿的气隙距离为：式中 L

39、平行管道环路的因下线长度（m），取30m； di/dt流经因下线的雷电流的陡度（kA/s），取200 kA/s； M1m长两根间距300mm平行管道环路与因下线之间的互感 （ H/m），经计算M=0.0191 H/m； EL电感压降的空气击穿强度（kV/m），取3000kV/m。 d =（0.019130200）/3000=0.038（m） 即在管道间距300mm的情况下，所感应的电压仅可击穿0.038m的气隙。若间距减到100mm，所感应的电压就更小了。 这是因为脉冲磁场在回路中感应出电压大小与回路尺寸、雷电流波头陡度以及回路与载流导体之间的距离有关。而互感系数与回路的尺寸大小有关 当回路的

40、长和宽r（回路导体的截面半径）时， 当载流导体（这里指引下线）为感应回路的一部分时：当载流导体与感应回路分离时：不难看出，管道间距越大，M就越小，感应电压就越小。 3、当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。 4、由于已设有独立避雷针（线或网），因此，流过防雷电感应接地装置的只是数值很小的感应电流。在金属物已普遍接地的情况下，电位分布均匀，因此，规定工频接地电阻不大于10。在共用接地装置的场合下，接地电阻只要满足各自要求的阻值就可以，不要求达到更低的接地电阻。 （三）雷电波侵入的防护措施 为

41、了防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险，低压线路宜采用电缆埋地引入，不得将架空线路直接引入屋内； 当难于全长采用电缆时，允许从架空线上换接一段有金属铠装的电缆或护套电缆穿钢管埋地引入。这时需要强调的是，电缆首端必须装设避雷器并与绝缘子铁脚、金具、电缆外皮等共同接地，入户端电缆外皮、钢管必须接到防雷电感应接地装置上，电缆端才能其到应有的保护作用。 理由：（1）当雷电波到达电缆首短时，避雷器被击穿，电缆外导体与芯接通，一部分雷电流经接地电阻入地，一部分雷电流流经电缆。由于雷电流属于高频（通常为数千赫兹），产生集肤效应，流经电缆的电流被排挤到外导体上去。此外，流经外导体的雷电流在芯线中产生感应反电

42、势，从理论上分析在没有集肤效应下将使流经芯线的电流趋向于零。 （2）由于电脉冲在地中的速度是有限的，而且由于冲击雷电流的陡度是高的，一接地装置仅有一定的最大延伸长度有效地将冲击电流散流入地。 在规范中规定埋地电缆长度不小于 是考虑电缆金属外皮、铠装、钢管等起散流接地体的作用。 根据IEC/TC81 1984年1月的文件，对应于雷击对大地的第一次闪击接地体延伸长度的最大值为： 对应于雷击对大地的后续闪击接地体延伸长度的最小值为： 二者平均（四）建筑物太高或其它原因难以装设独立避雷针、架空 避雷线、避雷网时的防护措施 当建筑物太高或其它原因难以装设独立避雷针、架空避雷线、避雷网时，可将避雷针或网格

43、不大于5m5m或6m4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上，避雷网应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并必须符合下列要求： 1、所有避雷针应采用避雷带相互连接。 2、引下线不少与两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于12m。 采用间距不应大于12m的目的是基于法拉第笼的观点。然后再依据IEC1024的标准对第一、二、三类防雷建筑物的引下线间距应为10、15、25m。考虑我国工业建筑物实际一般为6m，按6m倍数考虑本规范定为12、18、25m。 3、建筑物应装设均压环，环间垂直距离不应大于12m。所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上。均压

44、环可利用电气设备的接地干线环路。 对较高的建筑物引下线很长，电感压降可达到很大的数值，需要每隔12m处用均压环将各引下线在同一高度连接起来，环间垂直距离不应大于12m。目的减小其间的电位差。 4、防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环行接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10，并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连，此接地装置可兼作防雷电感应之用。 为了将雷电流引入大地而不会产生危险的过电压，接地装置的布置和尺寸比接地电阻的特定值更重要。通常，建议有低的接地电阻。 根据IEC1024标准，对于环行接地体，其所包围的面积的平均几何半径r应不小于L （接地体的长度），即rL（L示

45、于下图），当L大于r时，则必须增加附加的水平放射形或垂直（或斜形）导体，其长度Ls（水平）为： Ls = L-r其长度Lv（垂直）为： Lv =（L-r）/2100908070605040302010 500 1000 1500 2000 2500 3000第二、三类防雷建筑物第一防雷建筑物（m）L（m）按防雷建筑物类别确定的接地体最小半径 环行接地体（或基础接地体），其所包围的面积A的平均几何半径r为： 。根据上图，对于第一类防雷建筑物，当500m时，对环行接地体所包围的面积的等效半径r（r= ）大于或等于5m 时，无需要补加水平或垂直接地体。当 小于5m时，需要补加水平或垂直接地体。 补加

46、水平接地体时其长度按下式计算： 补加垂直接地体时其长度按下式计算：（五）30m以上建筑物的防护措施 1、从30m以上不大于6m沿建筑物四周设水平本来子带并与引下线连接。 2、30m以上外墙的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。 3、在电源引入的总配电箱出宜社过电压保护器。 另外，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。 若当=5003000m时， L与的关系是一条斜线（上图），从斜线上找出任意两点，就可求出L与的关系式为： L=（11-3600）/380 对环行接地体所包围的面积的等效半径r（r= ）大于或等于（11-3600）/380时，无需补加水

47、平或垂直接地体。当 小于（11-3600）/380时，需要补加水平或垂直接地体。 补加水平接地体： 补加垂直接地体：第二类防雷建筑物的防雷措施 1、第二类防雷建筑物防直击雷的揩施，宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器。避雷网(带)应按本规范附录二的规定沿屋角、屋脊、屋檐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10m10m或12m8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接。 2、引下线不少于两根； 3、间距不应大于18m； 4、冲击接地电阻不应大于10； 5、防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信 息系统等接地共同一接地装置；并宜与埋地金属管道相连；若不

48、共用、不相连时两者间的距离应符合下式，但不应小于2m。式中Ri地中距离（m）； kc分流系数。注： 分流系数kc： 单根引下线时为1； 两根及接闪器不成闭合的多根引下线时为0.66； 接闪器成闭合环或网状的多根引下线时为0.44； 当采用网格型接闪器，引下线用多根环形导体互相连接，接地体采用环形接地体，或者用建筑物钢筋或钢筋构架作为防雷装置时分流系数按下页图确定h1h2h3h4h5CsCd分流系数kc 6、利用基础内钢筋网做为接地体时，在周围地面以上距地面不小于0.5m，每根引下线所连接的钢筋的表面积总合应符合要求；还要考虑湿度温度 第三类防雷建筑物的防雷措施（略）第四节 防雷装置一.接闪器

49、材 料圆钢(直径）（mm)钢管(直径）（mm)扁钢截面（mm2)厚度（mm)避雷针针长1m1220针长12m1625烟囱顶上的针2040避雷带避雷网848烟囱顶避雷环12100材料及尺寸接闪器类型 表中材料的尺寸是考虑了风压力、空气对金属物体的腐蚀及雷击热量熔化金属材料的可能性。 例：规范中要求钢管、钢罐的壁厚不小于2.5mm，但钢管、钢罐一旦被雷击穿，其介质对周围环境造成危险时，其壁厚不得小于4mm。 金属体与雷击通道接触处的热过程极为复杂，而且不好计算。当这一现象用简化的模型表示时可假定，接触区的热分配与固定的电弧类同。 电弧在金属表面产生数10伏的电压降（u，计算时常取值为30伏）它几乎

50、与雷电流的大小无关，使金属加热的能量为： W=UQ式中Q为流经雷击点的电荷（c） 雷击点处热量 现代建筑、高层、金属结构，兼作防雷装置，引导雷电流。雷电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷击金属物时，雷电放电通道直接与金属物接触，在雷击点产生的热量可通过在雷电流持续时间内的积分来计算，即式中 W 热量，J； UAR金属物体上雷击点处电弧压降，其经验值取为 2030V； i从雷击点注入金属物体的雷电流，A。上式中，考虑到UAR近似取为常数，并代入电荷表达式式中Q电荷量，C。则有 由上式可知：在雷击点处产生的热量与雷电放电通道注入的电荷量成正比。雷云对地放电具有随机性，雷击时放电通道注入地面被

51、击物体的电荷量也是个随机量，其概率分布如图 3-1所示。 注入电荷的概率分布量 全部雷击过程；-仅首次雷击 1正雷；2负雷雷击点处的温升 由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的温升以及雷电流通过金属物体所产生的温升时，均可忽略散热的影响，于是温度可表示为式中 T温升，； m金属物体质量，； 比热，J /（）。 当温升值过高时，就会造成金属的熔化。考虑全部能量用于加热金属时，雷击每库仑（c）电荷能熔化以下的金属体积： 铁， V/Q4.4 （mm3/C）； 铜， V/Q5.4 （mm3/C） ； 铝， V/Q12 （mm3/C） ；金属的熔化深度 雷击点加热面积的直径取50100mm，相应的面

52、积为19637854mm2。若已知电荷Q值，可估算金属的熔化深度。 按正闪击的全部电荷的平均值（50%的概率）为80C负闪击的相应值仅为8C），则熔化深度： 铁： 0.0450.179mm； 铜： 0.0550.22mm ； 铝： 0.1220.489mm ； 已证实，铁板遭雷击时其与雷击通道接触处由于熔化而烧穿仅当其厚度小于4mm时才可能。 接闪器的布置防雷级别滚球半径（m）避雷针的高度（m）避雷网网格尺寸（m）202055或 6430301010或 12845451010或 12860602020或 2416二.引下线 1、引下线沿最短的接地路径敷设，减小电感； 2、暗敷； 3、在距地面1

53、.8m处设断接卡，方便。三.接地装置 1、接地的概念和目的 把电力、通信、电脑、避雷装置等设备通过接地线与接地体连接起来的技术叫接地；为了安全保护的需要，把不属于电气装置的导体，例如水管、风管、输油管及建筑物的金属构件和接地极相连，亦称为接地； 就物理意义而言，电位的高低总是相对于零电位为参考的，由于大地是一个导体，当其中没有电流流过时，它是等电位的，所以可方便地将此时的地看做是零电位，并取为零电位参考点。如果地面上的金属物体与大地具有良好的电气连接，则在没有电流（或很小电流）流过的情况下，金属物体与大地之间没有电位差，该金属物体就具有了大地的电位，即零电位。这就是接地的含义。 接地的目的：防

54、止人身遭到电击，保证电力系统的正常运行，保护线路和设备免遭损坏，预防电气火灾、防止雷击和防止静电损害。电子设备接地是由埋在大地中的接地极或接地体，通过接地线（引下线）与电子设备连接，使电子设备接地。接地好坏的指示是接地电阻，接地电阻值低，就实现了与大地的良好连接。 2、规范对接地电阻的要求 与电子系统接地类似，防雷与接地是一个统一的整体，无论是对直接雷击的防护，还是对雷电过电压和雷电电涌的防护，总是要把雷电流传导入地，没有良好的接地装置，各种防雷措施就不能发挥令人满意的保护作用，接地装置的性能将直接决定着防雷保护措施的实际效果。 测定防雷装置好坏的物量是接地电阻独立，规范对接地电阻提出了要求。

55、避雷针、架空线、架空避雷网每一引下线的冲击接地电阻、低压线路中装置的避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘脚、金具等应连接在一起接地的接地电阻、建筑物的环行接地提每根引下线的冲击接地电阻不宜大于10；防雷电感应的接地装置和电气设备接地装置共用其工频接地电阻不宜大于10；规范中还指出了20、30 和电子信息系统1 的规定。 （1）接地电阻 当接地电流一流入接地电极，接地电极的电位就比接地电流流入前升高EV，把E/I作为那个接地电极的接地电阻 。 接地线的电阻及接地电极自身的电阻。 接地电极的表面及其与其接触的大地之间的接触电阻。 电极周围大地的电阻。 其中是最重要的，接地电阻的主要部分是包围电极的大地

56、的电阻。 影响接地电阻的最重要因素是接地电极周围大地的电阻率，次要因子是接地电极的形状和尺寸，当其形状和尺寸确定后，电极的接地电阻可用下式表示：R：接地电阻、 ：大地电阻率、 f ：接地电阻的形状、尺寸。 在电极形状确定后，接地电阻可表示如下： L:电极的特征几何尺寸，k: 是形状系数。 在一定的大地电阻率条件下，如形状变化，接地电阻会明显变大变小，这在电极设计上很重要。 反过来，在形状确定后。大地电阻率影响接地电阻的大小。 （2）土壤电阻率 土壤电阻率随土壤中含水量、温度、电场强度、外加电场频率、土 壤的结构相关而变化。 物理特性 绝大多数土壤在完全干燥的状态下是不导电的，但在自然界中不存在

57、完全干燥的土壤。由于土壤中常会含有金属矿物质和各种无机盐、酸和碱等电解质化合物，同时也含有水分。金属矿物质会在土壤中直接形成电子导电，但更为普遍的是在土壤中无机电解质通过水分电离产生金属离子，形成离子导电，这就使得土壤具有一定的电阻率，而不会象完全干燥的土壤那样处于绝缘状态。依赖于土壤的类型及土壤中所含水分、金属矿物质和电解质等含量的多少，土壤电阻率可以在很大范围内变化，表7-6给出了各种典型土壤的电阻率。 表7-6 典型土壤的电阻率类别名称电阻率近似值（m）不同情况下电阻率的变化范（m）较湿时（一般地区，多雨区）较干时（少雨区、沙漠区）地下水含盐碱时土陶粘土泥炭、泥灰岩、沼泽地捣碎的木炭黑土

58、、园田土、陶土、白垩土粘土沙质粘土黄土含砂粘土、砂土河滩中的砂煤多石土壤上层红色风化粘土、下层红色页岩表层土夹石，下层烁石1020405060100200300-400500(30%湿度)600(30%湿度)5201030-301003010030300100200300350-1010050300-50300503008010002501000以上-310330-1030103010303030100-砂砂、砂烁1000250100010002500-砂层深度大于10米、地下水较深的草原地面粘土深度不大于1.5米、底层多岩石1000-岩石烁石、碎石多岩山地花岗岩50005000200000-

59、混凝土在水中在湿土中在干土中在干燥的大气中405510020050013001200018000-矿金属矿石0.011- 在接地体泄散电流，特别是泄散大电流时，其周围土壤中的电场强度可能会达到较高的数值，在较高的场强下，土壤的电流密度与场强之间不再满足式（7-1）线性关系，而是呈现出非线性变化的特性，前苏联学者给出的关系式为上式常数系数；b非线性指数。利用上式非线性关系，土壤电阻率可近似表示为在上式中，各种土壤的非线性指数b一般均小于1，例如沙土的b为0.87左右，黄粘土的b在0.35-0.56范围，植腐土的b在0.65-0.9范围，红粘土的b在0.55-0.95范围，水的b为0.93。于是，

60、土壤电阻率随场强的变化是按负幂函数规律变化的，前者随后者的增大而减小。 图7-25给出了几种常见土壤电阻率随场强变化的特性曲线，其中为土壤的视在电阻率，各特性曲线端点处的横坐标即为该土壤的临界击穿场强（Ec）。 土壤电阻率随场强变化的特性 在前面介绍的接地计算中，土壤的结构被认为是均匀的，其电阻率也被认为是个恒定值，实际上，由于地下土质结构的变化，土壤电阻率沿地向下纵深方向的分布是不均匀的，为了近似描述这种纵向不均匀特征，可以将土壤沿纵向进行分层，在每一层内近似认为土壤电阻率是恒定的，如图7-26示意，由于分层越细，层数就越多，计算分析起来就困难，工程上出于简化考虑，通常只分成2-3层。土壤的