建筑物防雷设计规范(马)

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建筑物防雷设计规范

马忠安

普洱市雷电中心

2012年5月8日（手机建筑物防雷设计规范

（GB50057—2010）

2010年11月3日发布

2011年10月1日实施各时期版本★

GBJ57-83：经验总结和参考前苏联标准★GB50057-94：在IEC/TC8161024基础上修改★GB50057-94（2000年版）：增加了第六章防雷击电磁脉冲，参考IEC61312标准★

GB50057-2010：

1.增加了术语一章；2.变更防接触电压和防跨步电压的措施；3.补充外部防雷装置采用不同金属物的要求；4.修改防侧击的规定；5.详细规定电气系统和电子系统选用电涌保护器的要求；6.简化了雷击大地的年平均密度计算公式,并相应调整了预计雷击次数判定建筑物的防雷分类的数值。7.部分条款作了更具体的要求。

1总则

适用于新建、扩建、改建建筑物的防雷设计。

旧条文中：不适用于天线塔、共用天线电视接收系统、油罐、化工户外装置已删去。2术语

对雷电、防雷装置、被保护系统共作了50条定义：1、对地闪击：

雷云与大地（含地上的突出物）之间的一次或多次放电。2、雷击：对地闪击中的一次放电。3、雷击点：闪击击在大地或其上突出物（例如，建筑物、防雷装置、户外管线、树木、等等）上的那一点。一次闪击可能有多个雷击点。4、雷电流：

流经雷击点的电流。5、防雷装置(LPS)用于减少闪击击于建筑物上或建筑物附近造成的物质性损害和人身伤亡，由外部防雷装置和内部防雷装置组成。2术语6、外部防雷装置：由接闪器、引下线和接地装置组成。注：外部防雷装置完全与被保护的建筑物脱离者称为独立的外部防雷装置，其接闪器称独立接闪器。7、内部防雷装置：由防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。8、接闪器：

由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。注：以前，接闪杆称为避雷针，接闪带称为避雷带，接闪线称为避雷线，接闪网称为避雷网。9、闪电静电感应：由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如没有就近泄入地中就会产生很高的电位。2术语12、闪电电磁感应：

由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。13、闪电感应：闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。2.0.17闪电电涌闪电击于防雷装置或线路上以及由闪电静电感应或雷击电磁脉冲引发表现为过电压、过电流的瞬态波。14：闪电电涌侵入：

由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，雷电波即闪电电涌，可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。2术语15、内部系统：建筑物内的电气和电子系统。16、电气系统：由低压供电组合部件构成的系统。17、电子系统：由通信设备、计算机、控制和仪表系统无线电系统和电力电子装置构成的系统。18、防雷区(LPZ)划分雷击电磁环境的区，一个防雷区的区界面不一定要有实物界面，例如不一定要有墙壁、地板或天花板作为区界面。19、雷击电磁脉冲(LEMP)：雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，包含闪电电涌和辐射电磁场。2术语20、防雷等电位连接(LEB)：将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差。21、电涌保护器(SPD)：用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的器件。它至少含有一个非线性元件。22、电压保护水平(Up)：表征电涌保护器限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。该值应大于所测量的限制电压的最高值。23、通流容量：避雷器的通流容量是指避雷器允许通过雷电波最大峰值电流量。

3建筑物防雷分类分类原则：根据重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果。分类：第一类（Ⅰ、Ⅱ级） 第二类（Ⅲ级） 第三类（Ⅳ级）3建筑物的防雷分类第一类防雷建筑物

1.制造（使用、贮存）炸药（火药、起爆、药、火工品等）大量爆炸物的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 2.具有0区或10（20）区爆炸危险环境的建筑物。 3.具有1（或21）区爆炸危险环境的建筑物，因电火花引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。3建筑物的防雷分类第二类防雷建筑物 1国家重点文物保护的建筑物 2国家级会堂、办公、展览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家档案馆、大城市重要给水水泵房 3国家级计算中心、国际通讯枢纽等

4特级和甲级体育馆 4制造（使用、贮存）爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸 5具有1区（或21区）爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸 6具有2区或11（22）区爆炸危险环境的建筑物 7工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭所罐 8预计N＞0.06（0.05）次/a的部（省）办公建筑及重要或人员密集的公共建筑物 9预计N＞0.3（0.25）次/a的住宅、办公楼等民建3建筑物的防雷分类第三类防雷建筑物 1省级重点文物保护的建筑物、省级档案馆 2预计N≥0.012（0.01）次/a，≤0.06（0.05）次/a的部（省）办公建筑及重要或人员密集的公共建筑物 3预计N≥0.06（0.05）次/a，≤0.3（0.25）次/a的住宅、办公楼等民建 4预计N≥0.06（0.05）次/a的一般性工业建筑物 5综合评估后确定需防雷的21区、22区、23区火灾危险环境 6Td＞15d/a地区，≥15m的烟囱、水塔等孤立建筑物 Td≤15d/a地区，≥20m的烟囱、水塔等孤立建筑物

4建筑物的防雷措施综合防雷系统组成外部防雷装置

防LEMP系统（LEMS）接闪器接地装置引下线等电位连接间隔距离内部防雷装置屏蔽措施电涌保护器4建筑物的防雷措施外部防雷包括防直击雷、侧击雷、雷电反击等内容。内部防雷是防止雷电及其他形式的过电压侵入设备造成损坏。4建筑物的防雷措施防直击雷和闪电电涌侵入：各类防雷建筑物防雷电感应：一类和第二类中5－7款设内部防雷装置：（各类防雷建筑物） ——在建筑物的地面层处等电位连接，有建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线 ——外部防雷装置与金属物的间隔距离4建筑物的防雷措施防LEMP（雷击电磁脉冲）：

第二类中的2－4款（会堂、展馆、火车站、机场、水泵房、计算中心、通讯枢纽、特甲级体育馆）系统所接设备重要、雷击磁场环境和加于设备电涌满足不了要求……4建筑物的防雷措施

建筑物外部防雷指防建筑物外部直击雷，包括防建筑物外侧击雷和雷电反击等。外部防雷装置的原理：将雷电引向自身并泄入大地使被保护物免遭直接雷击。

4建筑物的防雷措施

（1）接地电阻值要求降低（2）绝缘段前后的处理（3）具体规定了SPD的选择4.1接地电阻4.2.1中第8款规定：（第一类防雷建筑物）每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。在土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻，但在3000Ωm以下地区，冲击接地电阻不应大于30Ω。4.2.2中第3款规定：（第一类防雷建筑物）防雷电感应的接地装置应与电气和电子系统的接地装置共用，其工频接地电阻不宜大于10Ω。4.1接地电阻4.2.3中第5款规定：（第一类防雷建筑物防闪电电涌侵入）进入建筑物的架空金属管道接地，冲击接地电阻不应大于30Ω。在4.3.6和4.4.6中对第二、三类防雷建物：共用接地装置的接地电阻应按50Hz电气装置的接地电阻确定，以不大于其按人身安全所确定的接地电阻值为准。

第一类：土壤电阻率ρ≤500Ω·m时 R≥5m时无须补加接地体（R=A/π）

土壤电阻率ρ在500~3000Ω·m时 11ρ-3600R≥时无须补加接地体380防雷接地电阻值可不计及的要求防雷接地电阻值可不计及的要求第二类： ρ≤800Ω·m时，A/π≥5mρ为800Ω·m至3000Ω·m时，

A/π≥（ρ-550）/50第三类：

ρ≤3000Ω·m时 A/π≥5m或A≥79m2接地分析（1）接地的定义：一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体。其目的是：1.使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；2.引导地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。接地的两种结构型式：

A型（单独的水平/垂直接地体）

B型（利用建筑物基础钢筋或围绕建筑物的环型人工接地体）接地分析（1）接地电阻是表征接地体向大地泄散电流的一个基本物理参数，在接地设计中占有十分重要的地位。地分为保护性接地、功能性接地和重复接地。影响接地电阻的主要因子：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。接地电阻的估算方法：

R=0.5ρ/A

其中，A为建筑占地面积（m2）

ρ为土壤电阻率（Ω·m）

A型接地分析

1.不少于2个接地极 2.在土壤电阻率很低，接地电阻很容易低于10Ω时，无其他要求 3.土壤电阻率较高，接地电阻不易达到10Ω以下时，对各类防雷建筑物的接地体有一长度要求。A型接地分析图B型接地分析1.第一类防雷建筑物： ——总长度80%与土壤接触 ——环型地网的等效半径re=A/πre≥l2.第二类防雷建筑物：

ρ≤800Ω·m时，A/π≥5mρ为800Ω·m至3000Ω·m时， A/π≥（ρ-550）/503.第三类防雷建筑物：ρ≤3000Ω·m时 A/π≥5m或A≥79m2接地分析（2）a)b)c)图1典型接地体的三种表示图接地分析（2）在高土壤电阻率的场地，降低防直击雷冲击接地电阻宜采用下列方法：①采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度，有效长度应符合有效长度的规定。②接地体埋于较深的低电阻率土壤中。③换土。④采用降阻剂。接地分析

在高频（如1MHz）下，Ω=Rf+2πfL很大，接地线成了天线问题一：环路感应出高电位 Uoc/max=μ0blH1/max/T1问题二：引下线长度为干扰频率的波长λ的λ/4或奇数位时产生谐振，能干扰设备正常工作

接地分析图10活动地板下专设等电位连接基准网4.2绝缘段前后的处理

4.2.4条第13款:对输送火灾爆炸危险物质的埋地金属管道和有阴极保护的埋地金属管道在入户处设绝缘段时，规定如下：—选择Ⅰ级试验的密封型SPD—Iimp按计算0.5I/n.m计算，m=1—UP应小于绝缘段的UW,在无法确定时UP≤2.5且≥1.5kvSPD的上端头接到等电位连接带新增内容（1）4.5.6款1条：防接触电压 1.利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。 2.引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于50kΩm。注：例如，采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层通常符合本要求。 3.外露的引下线，其距地面2.7m以下的导体用耐1.2/50μs冲击电压100kV的绝缘层隔离，例如用至少3mm厚的交联聚乙烯层。 4.用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。

4.5.6款1条：防跨步电压：1.利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。2.引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小50kΩm。注：例如，采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层通常符合本要求。3.用网状接地装置对地面作均衡电位处理。4.用护栏、警告牌使进入距引下线3m范围内地面的可能性减小到最低限度。新增内容（2）5外部防雷装置（1）

防雷的基本原理：是利用接闪杆、接闪带（避雷针、带）和电涌保护器（避雷器）将雷电所产生的高电位、大电流进行接闪和分流后及时泄入大地。由于地球是一个巨大的良导体，使泄入大地的雷电流很快分散，从而可以保护所要保护的建（构）筑物、人、畜和其他物体不受雷电的危害。接闪杆的防雷原理：将雷电引向自身并泄入大地使被保护物免遭直接雷击。

5外部防雷装置（2）

接闪器规格（1）长1m以下圆钢≥12钢管≥20避雷针1~2m圆钢≥16钢管≥25（直径mm）烟囱上圆钢≥20钢管≥40避雷带（网）一般用圆钢≥8mm扁钢≥48mm2

（直径、截面）烟囱上圆钢≥12mm扁钢≥100mm2

避雷线架空网用镀锌钢绞线≥35mm2

（截面mm2）注：扁钢厚度≥4mm5外部防雷装置（3）接闪器规格（2）金属板搭接长度≥100mm金属屋面板下无易燃物时，厚度≥0.5mm板下有易燃物时，厚度钢铁≥4mm铜板≥5mm铝板≥7mm金属板无绝缘被覆层（不适用于一类防雷物）钢管一般：壁厚≥2.5mm（钢罐）特殊：壁厚≥4mm接闪器滚球半径及网尺寸建筑物避雷针避雷网网格防雷类别滚球半径尺寸/m×m

第一类30m≤5×5或6×4第二类45m≤10×10或12×8第三类60m≤20×20或24×165外部防雷装置（3）

滚球法的原理滚球法的保护范围5外部防雷装置（3）单支避雷针的保护范围：避雷针在地面上的保护半径r0，可确定为：

避雷针在hx高度的xx′平面上和地面上的保护半径：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。

5外部防雷装置（3）5外部防雷装置（4）引下线规格

一般：圆钢直径≥8mm、扁钢截面≥50mm2

暗敷：圆钢直径≥10mm、扁钢截面≥80mm2

烟囱：圆钢直径≥12mm、扁钢截面≥100mm2

宜利用建筑物钢柱、消防梯等金属构件5外部防雷装置（5）人工接地体规格 水平接地体：圆钢直径≥10mm 扁钢截面≥90mm2

垂直接地体：角钢厚度≥3mm （50×50mm） 钢管壁厚≥3.5mm5外部防雷装置（6）修改： 热镀锌接闪环：φ≥12mm扁钢≥100mm2

架空接闪网：截面≥50mm25外部防雷装置（7）接地体材料增加： 铜材：水平接地体用铜绞线、单根圆铜和单根扁铜时，截面≥50mm2 垂直接地体用单根圆纲φ≥15mm、用铜管时φ≥20mm 不锈钢材要比热镀锌钢稍大EMCprotectionzoneconcept电磁兼容保护区方案EMCPZ0(LPZ0)(PZ=保护区)EMCPZ1EMCPZ2EMCPZ3EMCPZ3TT371CN18.11.986防LEMP防雷区（LPZ）LPZ1区LPZ2区LPZ0A区LPZ0B区外部防雷装置代表屏蔽1的建筑物代表屏蔽2的房间计算机机房（例）LPZ1与LPZ2区界面上的等电位连接带2LPZ0A、LPZ0B与LPZ1区界面上的等电位连接带1电缆，线路等电位连接线接地装置6防LEMP

防雷区（LPZ）6LEMP

防雷区（LPZ）LPZOA区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减（直击雷非防护区）LPZOB区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击；本区内的电磁场强度没有衰减（直击雷防护区）LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZOB区更小；本区内的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施（第一屏蔽防护区）LPZn+1：后续屏蔽防护区，进一步减小流入电流和电磁场强度的防护区6防LEMP

防雷区（LPZ）的作用

确定等电位连接的位置确定等电位连接导体的最小截面确定SPD的安装位置确定SPD的选型计算H1或H2，决定是否增加屏蔽措施6防LEMP

屏蔽伴随雷击产生的磁场在屏蔽空间内的磁场大空间屏蔽Sa附近的雷击点6防LEMP（等电位连接）GasZTankPipeCathodicallyProtectedFoundationEarthElectrodeLightningProtectionEquipotentialBondingEBBExternalLightningProtectionPSCZWater6防LEMP（等电位连接）等电位连接是将各防雷区的金属和系统以及在一个防雷区内部的金属物和系统，在界面处作等电位连接。一信息系统的各金属组件（如各种箱体、壳件、机架）与建筑物的公用接地系统的等电位连接有两种基本形式：M型和S型结构。6LEMP

SPD避雷器的保护原理：

在发生雷击时，当雷电波过电压沿线路传输到避雷器安装点后，由于这时作用于避雷器上的电压很高，避雷器将动作，并呈低阻状态，从而限制过电压，同时将过电压引起的大电流泄放入地，使与之并联的设备免遭过电压的损害。在雷电侵入波消失后，线路又恢复了正常传输的工频电压，这一工频电压相对雷电侵入波过电压来说是低的，于是避雷器将转变为高阻状态，接近于开路.

避雷器设备线路被保护设备雷电侵入波6LEMP

SPD电涌保护器分为电压开关型和限压型。在电力系统中使用的电涌保护器（避雷器）：

①保护间隙；②排气式避雷器；③阀型避雷器；④氧化锌避雷器。在电子信息系统中使用的电涌保护器件：

①气体放电管；②压敏电阻；③雪崩二极管；④拟制晶闸管等。

6LEMP

SPDComponents/元器件ArcChopping

sparkgap放电间隙SGgas-filled

surgearrester气体放电管GDTVDR压敏电阻MOVsuppressor

diode抑制二极管ABDTT019CN18.11.986LEMP

SPD电涌保护器——用于限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件，它至少含有一非线性元件。电源SPD——连接到低压配电系统的SPD。电信SPD——连接到电信和信号网络的SPD。6LEMP

电源SPD分类T1（I级分类试验） 用标称放电电流In、1.2/50μs冲击电压和10/350μs冲击电流Iimp做的试验，对应为电压开关型SPDT2（Ⅱ级分类试验） 用标称放电电流In、1.2/50μs冲击电压和8/20μs最大放电电流Imax做的试验，对应为限压型SPD。T3（Ⅲ级分类试验）用混合波（1.2/50μs和8/20μs）做的试验，对应为组合型SPD。电信、信号SPD分类分类小类别开路电压短路电流非常低的上升速率ACA1≥1kV0.1～100kV/s10A0.1～2A/μs≥1000μsA2由交流负载试验的规定决定低上升速率B11kV(10/1000)100A(10/1000)B21kV或4kV(10/700）25或100A（5/300）B3≥1kV(100V/μs）10、25、100A(10/1000)快上升速率C10.5、1kV(1.2/50）0.25、0.5kA（8/20）C22、4、10kV(1.2/50）1、2.5kA(8/20）C3≥1kV(1kV/μs）10、25、100A(10/1000)高能量D1≥1kV0.5、1、2.5kA(10/350)D2≥1kV1-2.5kA(10/250)4.2.3第一类防雷电波侵入（1）A.低压线全采用铠装电缆埋地敷设时： 入户处总配电箱是否要SPD要根据具体情况确定。B.低压线部分埋地（l≥2ρ）敷设时： 在电缆和架空线连接处SPD应选： T1型SPD Up≤2.5kVIimp≥10kA4.2.3第一类防雷电波侵入（2）A.电子系统室外线路全线埋地敷设时， 入户处终端箱体是否要SPD要根据具体情况确定。B.线路采用钢筋混凝土杆架设时，应穿一段管埋地引入，长度不小于15m时，终端箱内SPD应选： D1型SPD短路电流≥2kA（10/350）、Up≤0.8Uw4.2.4第一类建筑物LPS在屋面上时A.总配电箱内SPD选择： T1型SPDUp≤2.5kVIimp值≥12.5kA 也可按雷电流分配计算选取B.电子系统的终端箱处SPD选择： D1型SPD短路电流≥2kA（10/350）Up≤0.8UwC.电子系统采用光缆时，在终端箱的电气线路侧，可选： B2型SPD短时电流≥100A（5/300μs）4.3.8第二类防反击中要求A.电气接地与防雷接地共地（或相连）时，总配电箱上SPD的选择同4.2.4款8条。B.当无线路引出建筑物时，可选T2型， In≥5kA（8/20）Up≤2.5kV。C.电子系统的SPD选择同4.2.4条款11－12条。

4.4.7第三类防反击中要求SPD同4.3.8条，D1的2kA改为1kA B2的0.1kA改为0.05kA4.5.4节日彩灯等户外灯的SPD

在其配电箱内选T2型SPD，Up≤2.5kV，In根据具体情况确定。

第6.4.4条：SPD必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压；有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。6LEMP

使用安装SPD的三项基本要求★

安装SPD之后，在无电涌发生时，SPD不应对电气（电子）系统正常运行产生影响。★安装SPD之后，在有电涌发生的情况下，SPD能承受预期通过的雷电流而不损坏，并能箝制电涌电压和分走电涌电流。★在电涌电流通过后，SPD应迅速恢复高阻状态，切断工频续流。Uc——最大持续运行电压： 可以持续加在SPD上而不导致SPD动作的最大交流电压（r·m·s）或直流电压为SPD的动作阈值，也是SPD的额定电压值。UC最小值电涌保护器接于配电网络的系统特征TT系统TN-C系统TN-S系统引出中性线的IT系统无中性线引出的IT系统每一相线与中性线间1.15U0不适用1.15U01.15U0不适用每一相线与PE线间1.15U0不适用1.15U01.732U0相间电压中性线与PE线间U0不适用U0U0不适用每一相线与PEN线间不适用1.15U0不适用不适用不适用Uc（电信和信号中SPD）原则上Uc≥1.2Un 通信类型 Un（V） Uc（V） DDN/X·25 6或40～60 18或80 ISDN 40 80 百兆以太网 5 6.5 RS232 12 18 视频线 6 6.5 现场控制线 24 29I放电电流 SPD必须能承受通过它们的电流

Ⅰ级SPD——Iimp冲击电流（10/350）

Ⅱ、Ⅲ级SPD——In标称放电电流（8/20）

Iimp（冲击电流）方法一： 按GB50057中雷电流分配计算方法二：按GB16895.22中S1和S2的规定选取外部防雷装置进入建筑物的各服务性管线等电位连接带ii建筑物100%50%50%接地装置iiiiis雷电流在建筑物内的分配：6防LEMP

SPDIimp值计算条件：一属第二类防雷建筑物，引入水管、电力线和信息线。电力线为TN-C-S，需安3台SPD： 150kA/2=75kA（LPS分流） 75kA/3=25kA（入户三线分流） 25kA/3=8.3kA（三个SPD） Iimp为8.3kA（10/350μs） 在LPZ0～LPZ1区的MB处，SPD1：★UC：1.15UO、1.55UO或1.15U★UP≤2.5kV★Iimp≥12.5kA（Ⅰ级），适用于S1和S2及S3和S4中架空线为木杆★In≥5kA（Ⅱ级），适用于S3和S4中架空线为金属杆★可不装：S3和S4型中金属杆（＜25d/a）、埋地引入（l＞2ρ）电源SPD1的选择电信及信号网络中SPD1选择瞬态源对建筑物的直接雷击（S1）对建筑物附近的雷击（S2）对连接线路的雷击（S3）对连接线路附近的雷击（S4）b

交