中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 1 對 建筑物防雷設計規范 的學習理解 2013.3 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 2 雷擊，具有不確定性 （怪獸） 不知會擊向何處； 不知會擊中那棟建筑物； 不知每次雷擊的容量有多大； 不知一場雷暴雨會發生多少次雷擊閃電。 2012年澳洲某地，據新聞報道，一天發生的雷擊 閃電高達 4000多次。 由于雷擊造成的損害也經常見睹報端。 （故宮雷擊、 92年設計的小房子遭雷擊） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 3 在防雷的實踐中，逐步總結出一些方法，這就是 我們現行規范中所提及的內容。 目的：防止和減少雷擊造成的損害。 規范所規定的方法，能夠防絕大部分的雷擊，但 是不能做到 100%； 雷擊造成的各類損害都是有一定的概率的，我們 按照規范的要求作，就是要盡量減小這些概率。 這也是我們努力的方向。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 4 目前，關于防雷的規范，有我國自己編制的（參 照國際上一些好的，行之有效的做法）； 有采標 IEC的標準而形成的國標； 行業標準；地方標準。 建筑物防雷設計規范 GB50057-2010 建筑物電子信息系統防雷技術規范 GB50343-2012 通信局（站）防雷與接地工程設計規范 GB50689-2011 民用建筑電氣設計規范 JGJ16-2008 各類建筑電氣設計規范（行業標準） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 5 雷電防護第 1部分：總則 GB/T 21714.1 2008/IEC 62305-1:2006/2010 雷電防護 第 2部分：風險管理 GB/T 21714.2 2008/IEC 62305-2:2006/2010 雷電防護第 3部分：建筑物的物理損壞和生命危險 GB/T 21714.3 2008/IEC 62305-3:2006/2010 雷電防護 第 4部分：建筑物內電氣、電子系統 GB/T 21714.4 2008/IEC 62305-4:2006/2010 雷電電磁脈沖建筑防護標準 （天津市） DB29-58-2010 已形成報批稿的 古建筑物防雷設計規范 農村民居雷電防護工程技術規范 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 6 規范標準的特點： 1、覆蓋面廣：從城市到農村民居；從建筑物到電子信息系統； 2、新：對原有規范修編周期短；空白方面越來越少； 3、與國際接軌，內容均參照了 IEC以及發達國家好的內容； 建筑物防雷設計規范 GB50057-2010在編制過程 中就是參考 IEC標準、還有英國、美國、德國、日 本的標準。而且電氣產品主要與 IEC相同，規范中 提到的產品，就是 IEC的試驗和選擇要求。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 7 在建筑工程防雷設計中，在設計總說明中關于設 計內容部分，應包括：防雷、接地及安全系統。 防雷設計：主要是建筑物的防雷設計，在建（構） 筑物屋頂設置避雷帶、避雷網、避雷針等；利用建 筑物的鋼筋作為引下線，或是設置獨立的引下線； 利用建筑物基礎作為接地極，或是單獨設置接地裝 置等。 形成符合規范的各類防雷接地及安全要求。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 8 注意：對于雷電防護的分級， 建筑物防雷設計 規范 GB50057-2010是按類分為：一、二、三類 建筑物電子信息系統防雷技術規范 GB50343- 2012則是按級，分為 A、 B、 C、 D四級。 它們是針對不同的目標來分的，前者是針對建筑物 （ GB50057第 3章建筑物的防雷分類），后者是針對 建筑物中的電子信息系統（ GB50343第 4.3節按電子 信息系統的重要性、使用性質和價值確定雷電防護 等級）。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 9 與原規范（ 2000年版）的變化： 第 1章：總則（有 3處變化）； 第 3章：建筑物的防雷分類（有 10處變化）； 第 4章：建筑物的防雷措施（有 46處變化）； 第 5章：防雷裝置（由 14處變化）； 第 6章：防雷擊電磁脈沖（由 17處變化）。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 10 建筑物防雷設計規范 GB50057-2010主要變化 1 增加了第 2章 術語； 2 簡化了雷擊大地的年平均密度計算公式 , 并相應調整了 預計雷擊次數判定建筑物的防雷分類的數值； 3 修改防側擊的規定； 4 變更防接觸電壓和防跨步電壓的措施； 5 補充外部防雷裝置采用不同金屬物的要求； 6 詳細規定電氣系統和電子系統選用電涌保護器的要求； 7 共 9個附錄。 在這些變化中，有的只是文字上做了些修改，內容的意思 還與原來的差異不大，但有部分條款作了更具體的要求； 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 11 總則第 1.0.1條就提到： 防止或減少雷擊建 （構）筑物所發生的人身傷亡和文物、財產損 失，以及雷擊電磁脈沖引發的電氣和電子系統損 壞或錯誤運行， 裝設了防雷裝置，并不能保證不遭雷擊。設置的 接閃器，就是要對雷擊進行攔截，攔不住就會遭 雷擊，所以用了 “ 防止或減少 ” 。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 12 術語中 2.0.5防雷裝置（ lightning protection system) 英文是系統，但我國的習慣稱呼還是裝置。 用于減少閃擊擊于建（構）筑物上或建（構）筑 物附近造成的物質性損害和人身傷亡，由外部防 雷裝置和內部防雷裝置組成。 （原規范為 由接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護器等 ） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 13 術語第 2.0.17閃電電涌 閃電擊于防雷裝置或線路上以及由閃電靜電感應 或雷擊電磁脈沖引發，表現為過電壓、過電流的 瞬態波。 注意： 50Hz的電源和閃電電涌不一樣，電力系統 50Hz的操作過電壓，不屬于避雷的范疇，應由配 電系統的電涌保護器解決，有相應的產品標準。 電涌保護器的作用比避雷器更廣。 有的建筑不做防雷，但還須考慮操作過電壓。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 14 關于等電位連接，有的設計人員在設計中要求從總 電位處用絕緣導線穿塑料管引導設備機房某處，實 際上沒有必要。因為邏輯地要接到設備機殼上，PE 線也接到機殼上，形成了并聯，其實這根線是多余 的，電磁兼容手冊中有此概念。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 15 防雷分類是根據建筑物的重要性、使用性質、發 生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三 類。在二、三類防雷建筑物分類中，還應注意雷 擊次數。 二類： 3.0.3條第 9款：預計雷擊次數大于 0.5次 /a的 部、省級辦公建筑和其他重要或人員密集的公共 建筑物以及 火災危險場所 。 第 10款：預計雷擊次數大于 0.25次 /a的住宅、辦 公樓等一般性民用建筑或一般性工業建筑。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 16 三類： 3.0.4條第 2款：預計雷擊次數大于或等于 0.01 次 /a，且小于或等于 0.05次 /a的部、省級辦公建 筑和其他重要或人員密集的公共建筑物，以及火 災危險場所。 3.0.4條第 3款：預計雷擊次數大于或等于 0.05 次 /a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑或一般性 工業建筑物。 這兩條中的其他款均容易對號入座，唯獨這四款 是需要經過計算后，根據結果來確定防雷的類 別，工程中經常出現問題是分類不準確。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 17 第 4章 二類防雷建筑的滾球半徑為 45m，三類防雷建筑的 滾球半徑為 60m，但在考慮防側擊雷時，均是要求 高于 60m，其上部占高度 20%的部位應防側擊雷。 這是 IEC標準所規定的，也是屬于各成員國之間爭 論后的結果。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 18 規范頒布執行，但在執行過程中由于理解不同，執行過程 中往往出現一些偏差或是疑慮，尤其是第 4章。 例如建筑物設置引下線問題，作為民用建筑設計防雷，無 論其防雷類別為二類或三類，大多數情況下完全有條件利 用建筑物內的鋼筋作為引下線。但在施工圖審查時，有的 審查人員根據 4.3.3條： 專設引下線不應少于 2根，并應沿建筑物四周和內庭園四 周均勻對稱布置，期間距沿周長計算不應大于 18m。當建 筑物的跨度較大，無法在跨距中間設引下線時，應在跨距 兩端設引下線并減小其他引下線的間距，專設引下線的平 均間距不應大于 18m。（二類） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 19 第 4.4.3條 專設引下線不應少于 2根，并應沿建 筑物四周和內庭院四周均勻對稱布置，其間距沿 周長計算不應大于 25m。當建筑物的跨度較大，無 法在跨距中間設引下線時，應在跨距兩端設引下 線并減小其他引下線的間距，專設引下線的平均 間距不應大于 25 m。 （三類） 因此施工圖審查單位就要求設計人員必須設置專 用引下線。 （為此接到過不少電話，反映相關問題） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 20 其實在 4.3.5條：利用建筑物的鋼筋作為防雷裝置 時，應符合下列規定 ： （ 共 6款） 目前民用建筑中，利用建筑物的鋼筋作為防雷裝 置是極為普遍的現象。 為此，中國建筑學會建筑電氣分會于 2012年 9月 1719日在天津就上述兩條強制性條文，并就如何 在民用建筑電氣設計中合理應用達成了共識。研 討情況如下 : 對于上述兩條強制條文執行的難點是如何界定“第 二類、第三類防雷建筑物設置專用引下線的問 題”。對此參加研討的理事一致認為： 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 21 1、在第 4.3.3條（第 4.4.3條）中，二類（三類） 防雷建筑物當為鋼筋混凝土結構時，應采用建筑 物四周和內庭院四周結構柱內不少于 2根主筋做引 下線，其間距沿周長計算不應大于 18m（ 25m）。 當建筑物的跨度較大，無法在跨距中間設引下線 時，應在跨距兩端設引下線并減小其他引下線的 間距，并使引下線的平均間距不應大于 18m （ 25m）。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 22 2、在第 4.3.3條（第 4.4.3條）中，二類（三類）防雷建 筑物當為木結構時，應設專用引下線，并不應少于兩根， 其間距沿周長計算不應大于 18m（ 25m）。 3、在第 4.3.3條（第 4.4.3條）中，二類（三類）防雷建 筑物當為磚混結構，毛石基礎時，宜設專用引下線，并不 應少于兩根。 注：采用磚混結構，毛石基礎的建筑物周邊亦有構造柱，內有四根 12 鋼筋，由于構造柱栽入毛石基礎距地面較淺，且毛石基礎的電 阻率相對較高，不宜直接做接地裝置。但是，如在埋入地下的構造 柱上預留鋼板并與柱內鋼筋焊接，再由此板焊接接地連接體至室外 接地極、而不設置專用引下線，也是可行的方案。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 23 其實在 4.3.5條：利用建筑物的鋼筋作為防雷裝置 時，應符合下列規定 ：（ 共 6款） 4.4.5條建筑物宜利用鋼筋混凝土屋面、梁、柱、 基礎內的鋼筋作為引下線和接地裝置， 目前民用建筑中，利用建筑物的鋼筋作為防雷裝 置是極為普遍的現象。 而且，規范是：專設引下線不應少于 2根，并沒有 要求必須設置專用引下線，而是當采用專用引下 線時，不應少于兩根。所以規范看了前面條文， 還要看后面的條文。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 24 另外建筑物的接地，有的工程設計人員不分對 象，籠統地要求做共用接地，并要求接地電阻不 大于 1歐姆，或是不大于 0.5歐姆。 做共用接地這是大家的共識，也是國際上認同的 好的做法，但是對于接地電阻值的要求，應是有 前提的。是根據供配電系統的接地型式來決定， 例如高壓系統通過燃弧線圈接地、通過小電阻接 地等。而且是針對工頻電源系統來說的，也就是 50Hz。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 25 建筑物防雷設計規范 GB50057-2010 第 4.3.6條就明確：共用接地裝置的接地電阻應按 50Hz電氣裝置的接地電阻確定，不應大于按人身 安全所確定的接地電阻值。 對于電子信息系統機房的信息系統接地，也要求 上述的電阻值，根本無法達到。只能靠等電位連 接來解決。（機房規范將明確） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 26 防接觸電壓和跨步電壓問題 4.5.6 在建筑物引下線附近保護人身安全需采取的防接觸 電壓和跨步電壓的措施，應符合下列規定： 1 防接觸電壓應符合下列規定之一： 1)利用建筑物金屬構架和建筑物互相連接的鋼筋在電 氣上是貫通且 不少于 10根柱子組成的自然引下線 ，作為自 然引下線的柱子包括位于建筑物四周和建筑物內的。 2)引下線 3m范圍 內地表層的電阻率 不小于 50km ， 或 敷設 5cm厚瀝青層或 15cm厚礫石層。 3)外露引下線，其距 地面 2.7m以下 的導體用耐 1.2/50s 沖擊電壓 100kV的絕緣層隔離 ，或用至少 3mm厚 的交聯聚乙烯層隔離。 4)用 護欄、警告牌 使接觸引下線的可能性降至最低限 度。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 27 2 防跨步電壓應符合下列規定之一： 1)利用建筑物金屬構架和建筑物互相連接的鋼筋在電 氣上是貫通且 不少于 10根柱子組成的自然引下線 ，作為自 然引下線的柱子包括位于建筑物四周和建筑物內的。 2)引下線 3m范圍 內地表層的電阻率 不小于 50km ， 或 敷設 5cm厚瀝青層或 15cm厚礫石層 。 3)用 網狀接地裝置 對地面作均衡電位處理。 4)用護欄、警告牌使進入距引下 線 3m范圍內地面的 可 能性減小到最低限度。 可增大土壤表面電阻率來減小通過人體的電流。（第 2款） 若有鋼筋網的水泥平地，則無跨步電壓問題。（第 3款） 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 28 第 5章防雷裝置 表 5.1.2防雷裝置各連接部件的最小截面，一般 1mm2的銅線能承受 8kA， 50kA宜用 10mm2。 表 5.2.1接閃器的材料，規范中列出了許多種，這 是從 IEC引來的。（以前主要使用鋼材） 5.2.3接閃桿的接閃端宜做成半球狀。其最小彎曲 半徑宜為 4.8mm，最大宜為 12.7mm。 這不是從 IEC引來，而是根據美國的標準。因為美 國做了這方面的研究，結論是比尖的效果好。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 29 第 6章防雷擊電磁脈沖 6.1.2當電源采用 TN系統時，從建筑物總配電箱 起供電給本建筑物內的配電線路和分支線路必須 采用 TN-S系統。（強條） 其主要目的就是不能出現 TN-C系統，否則正常的 電流會流到敏感設備的外殼上，影響敏感設備的 正常運行。 外來電源用 TN-C，進戶作重復接地，形成 TN-S。 進戶用 TN-S， N線和 PE線間的壓降增大，產生擾動 電壓。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 30 6.3.1-2在需要保護的空間內，采用屏蔽電纜時其 屏蔽層應至少在兩端，并宜在防雷區交界處做等 電位連接，系統要求只在一端做等電位連接時， 應采用兩層屏蔽或穿鋼管敷設，外層屏蔽或鋼管 應至少在兩端，并宜在防雷區交界處做等電位連 接。 這條很重要，模擬信號頻率低，怕干擾，一端接 地，外面有動態干擾，電壓能達到近 5kV，會出現 不穩定。兩端接地，形成環路，只有幾十伏甚至 更低的電壓。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 31 6.3.2是關于磁場強度問題，敏感的電子設備耐受 過電壓和過電流的能力較低，磁場對其的影響較 大，根據不同防雷類別， Sa的平均距離有要求。 雷擊在建筑物上和擊在建筑物附近是不同的。 6.3.3條與原來基本相同，只需就近接線，沒有必 要從總等電位處拉線。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 32 6.3.4條 穿過各防雷區界面的金屬物和建筑物內系統，以 及一個防雷區內部的金屬物和建筑物內系統，均 應在界面處附近做符合下列要求的等電位連接： 6.3.4-5電子系統的所有外露導電物應與建筑物的 等電位連接網絡作功能性等電位連接。電子系統 不應設獨立的接地裝置。 當采用 S型等電位連 接時，電子系統的所有金屬組件應與接地系統的 各組件絕緣。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 33 這就是要求一棟建筑就做一個接地 (共用接地系統 ) 美國的電磁兼容手冊是不允許做多個接地。 S型，頻率低的模擬信號，干擾信號進到設備來， 設備與周圍的接地體有分布電容，絕緣起來就不 會產生干擾。所以屏蔽要求高的， S形就不行了。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 34 6.3.4-7 當電子系統為兆赫茲級數字線路時，應 采用 M型等電位連接，系統的各金屬組件不應與接 地系統各組件絕緣。 M型等電位連接應通過多點連 接組合到等電位連接網絡中去，形成 M型的連接方 式。每臺設備的等電位連接線的長度不宜大于 0.5m，并宜設兩根等電位連接線安裝于設備的對 角處，其長度相差宜為 20%。 該款要求不宜大于 0.5m，美國用兩根，因為頻率 很高，產生諧振時阻抗無窮大，形成開路。所以 用兩根，長度相差 20%，目的就是一根處于諧振時 另一根沒諧振，確保等電位連接的可靠性。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 35 電流在導體中流過，其周邊就會產生電磁場。 伴隨雷電流同時產生的輻射電磁（脈沖）場就是 雷電流的電磁效應，稱為雷電電磁脈沖， LEMP。 電生磁，磁生電，以不同的形式表現： 雷電流是沿著導體流動，以 “ 路徑 ” 的形式出現； LEMP是以 “ 電磁場 ” 的形式出現。 雷電流和雷電電磁脈沖（ LEMP）是對建筑物和電 子信息系統造成危害的根源。 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 36 典型的由雷電電磁脈沖防護措施確定的雷電防護區 中國建筑設計研究院 . CHINA ARCHITECTURE DES