1、 第四章 建筑物的防雷保護 第一節 劃分建筑物防雷分類的基本原則 建筑物的防雷分類是為防止或減少雷擊建筑物所發生的人身傷亡和文物、財產損失，做到安全可靠、技術先進、經濟合理，在認真調查地理、地質、土壤、氣象、環境等條件和雷電活動規律以及被保護物的特點等的基礎上，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，按防雷要求詳細研究防雷裝置的形式及其布置，將建筑物分為三類。 第二節 防雷建筑物分類 第一類防雷建筑物 凡制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質的建筑物以及具有炸危險環境、因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物。 注意：重點考慮雷擊后可能造成的巨大

2、破壞和人身傷亡的嚴重后果。 第二類防雷建筑物： 1、國家級重點文物保護的建筑物。 2、國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級擋案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。 3、國家級計算中心、國家通訊樞紐等對國民經濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物。 1-3重點考慮建筑物的重要性和雷擊后可能造成的后果。 4、制造、使用或貯存爆炸物質的建筑物，且電火花 不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。 5、具有爆炸危險環境的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。 6、工業企業內有爆炸危險的的露天鋼質封閉氣罐。 在這里也提到了制造、使

3、用或貯存爆炸物質的建筑物；具有爆炸危險環境的建筑物，但電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。 如：易燃液體泵房，當布置在地面以上時，屬爆炸危險環境，劃為第二類防雷建筑物；但當置在地下或半地下時，其泵房又是大型石油化工聯合企業的原油泵房，劃為第一類防雷建筑物。 7、預計雷擊次數大于0.06次/a的部省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。 8、預計雷擊次數大于0.3次/a的住宅辦公樓等一般性民用建筑物。 7-8重點考慮發生雷電事故的可能性和后果，即雷擊發生越多，產生的后果越嚴重。 第三類防雷建筑物： 1、省級重點文物保護的建筑物、省級擋案館。 2、預計雷擊次數大于或等于0.0

4、12次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。 3、預計雷擊次數大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅辦公樓等一般性民用建筑物. 4、預計雷擊次數大于或等于0.6次/a的一般性工業建筑物。 5、根據雷擊后對工業生產的影響及產生的后果，并結合當地氣象、地形、地質及周圍環境等因素，確定需要防雷的火災危險環境。 6、在平均雷暴日大于15d/a的地區，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在平均雷暴日小于15d/a的地區，高度在20m以上的煙囪、水塔等孤立的高建筑。 第二類和第三類防雷建筑物都涉及到依據預計雷擊次數劃分防雷建筑

5、物的類別，那么預計雷擊次數又是如何得到的？ 要作好防雷，就要選擇防雷裝置，選擇防雷裝置的目的在于將需要防直擊雷的建筑物的年損壞危險度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷擊而損壞的概率）減小到小于或等于最大損壞危險度Rc值（即R Rc ）。 取每年Rc=10-5，即每年十萬分之一的損壞概率。 基于建筑物年預計雷擊次數（N）和防雷裝置或建筑物遭雷擊一次發生損壞的綜合概率（P），對于時間周期t=1年，有 R=NP （4.1） P=PiPid+PfPfd （4.2）式中Pi 防雷裝置截收雷擊的概率，或防雷裝置的截收效率（也用Ei 表示），其值與接閃器的布置有關； Pf 閃電穿過防雷裝置擊到需要保護的建筑

6、物的概率，也即防雷 裝置截收雷擊失敗的概率，等于（1-Pi）或（1-Ei）； Pid防雷裝置截收雷擊后所選用的各種尺寸和規格保護失敗而發 生損壞的概率； Pfd 防雷裝置沒有截收而發生損壞的概率。 出現引發損壞事件的概率直接或間接與閃擊參量的分布概率有關，在設計防雷裝置和選用其規格尺寸時是依據閃擊參量的。 在引發事件的地方出現可能被損壞的周圍物體的概率取決于建筑物的特點、存放和用途。 為簡化起見，假定： 1、在引發事件的地方出現可能被損壞的周圍物體的概率對每一類損壞采用相同的值，用共同概率Pr代替； 2、沒有截到的雷擊（直擊雷）所引發的損壞是肯定的，損壞的出現與可能被損壞的周圍物體的出現是同時

7、發生的，因此，Pfd= Pr ； 3、被截到的雷擊引發的損壞的總概率只與防雷裝置的尺寸效率Es有關，并假定（1- Es）。 Es 規定為這樣一個綜合概率，即被截收的雷擊在此概率下不應對被保護空間造成損害， Es與用來確定接閃器、引下線、接地裝置的尺寸和規格的閃擊參量值有關。 將Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，Pid用Pr（1-Es），代入（4.2）式，此外，引入一個附加系數Wr，它是考慮雷擊后果的一個系數，后果越嚴重，Wr值越大。因此（4.2）式轉化為： P=PrWr（1-EiEs） （4.3） 概率Pr應看成一個系數，它表示建筑物自身保護程度，它取決于建筑物的結構、用途、存放物

8、或設備。 =EiEs （4.4） 或EiEs為防雷裝置的效率。 從（4.1），（4.3），（4.4）式得：（4.5）如果R值采用可接受的最大損壞危險度Rc=10-5，并使式中Nc建筑物可接受的年允許遭雷擊次數。 因此，防雷裝置所需要的效率應符合下式： （4.6）（4.7）（4.8）第三類防雷建筑物所裝設的防雷裝置EiEs=EiEs0.850.950.80Ei 和Es值 根據IEC-T81的有關資料，第三類防雷建筑物所裝設的防雷裝置的有關值如下表 根據驗算和對比，一般建筑物和公共建筑物所采用的PW值如下表：建 筑 物 PrWr型式特點一般建筑物正常危害1.610-4610-2公共建筑物 重大危害

9、（引起驚慌、重大損失）810-41.210-2 PrWr值 由上面可以看到防雷裝置所需要的效率是與建筑物可接受的年允許遭雷擊次數Nc及建筑物年預計雷擊次數（N）有關，根據上表中給出的數值看看規范中劃分第二和第三類建筑物的預計年雷擊次數是如何得到的。 對公共建筑物：（部、省級場所，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）才能保護Rc值不大于10-5，從而才能保證防護的效率。 若N0.06， Rc大于10-5，再采用第三類建筑物的防護就達不到應有的效率，因此應升級采用第二類建筑物的防雷措施。 同

10、理，對一般建筑物，可算出 N0.3 Rc值不大于10-5 N0.3 Rc大于10-5 升二類 沒有防雷裝置時， =0 對公共建筑物：（部、省級場所，人密集） N0.012 可不設防雷裝置 N 0.012 要設防雷裝置 對一般建筑物，可算出 N0.06 可不設防雷裝置 N0.06 要設防雷裝置第三節 建筑物的防雷保護 一.一般規定（原則） 各類防雷建筑物應采取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。 第一類防雷建筑物和具有爆炸危險環境但不致遭成巨大破壞的建筑物的第二類防雷建筑物應采取防雷電感應的措施。 裝有防雷裝置的建筑物，在防雷裝置與其它設施和建筑物內人員無法隔離的情況下，應采取等電位連接。 二.避雷針

11、、線、網、帶和它們的保護范圍 作為防地面物體免受直接雷擊的設備是避雷針和避雷線，在防雷保護中已被長期普遍使用。避雷針和避雷線均為金屬體，安裝在比被保護物體高的位置上，從工作原理來看，兩者具有相同的保護功能，即吸引雷電。 1避雷針與避雷線 （1）避雷針 屬于結構最簡單的防雷裝置，由接閃器，引下線和接地體組成。 避雷針的針狀接閃器是直接承受雷電的部分，當雷云出現在地面上空時，由于靜電感應作用，大地及避雷針上將出現與雷云電荷極性相反的電荷。于是，在接閃器的頂端處電場將發生畸變，出現局部集中的高電場區，如圖所示，該圖中示出的曲線為等電位線。在雷云的下行先導發展初期，先導向下的發展是隨機取向的，并不受地

12、面物體上避雷針接閃器存在的影響。隨著階梯式先導向下發展到鄰近地面時，接閃器頂端周圍的電場發生的嚴重畸變，使這里的電場強度明顯高于其他地方，這就為先導向接閃器法展創造了十分有利的件，因此就能容易地將先導吸引到接閃器上，使雷擊點出現在接閃器的頂端，而不致出現在其下面的被保護物體上。避雷針接衫閃器頂端處的電場畸變條 避雷針接閃器宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，為了保證足夠的雷電流通流量，其直徑應不小于下表給出的數值。接閃器頂端的針尖應做成圓錐狀，具有較大的尖度，且應光滑。避雷針接閃器最小直徑 避雷針一般適用于保護那些比較低矮的地面建筑物以及保護高層樓房頂上突出的設施，它特別適合于保護那些要求防雷引下線與內

13、部各種金屬管道隔離的建筑物。 直徑針型圓鋼(mm）鋼管(mm）針長1m以下1220針長12m1625煙囪頂上的針2040 （2）避雷線 避雷線是由懸掛在空中的水平導線，接地引下線和接地體組成。水平懸掛的導線用于直接承受雷擊，起接閃器作用。避雷線設置在被保護物體的上方，能提供與自身線長相等的保護長度，其工作原理與避雷針類似，也是由于避雷線周圍的電場畸變吸引下行先導，將雷擊引向自身。但避雷線對周圍電場的畸變效果不如避雷針，因此其引雷效果也不如避雷針。 避雷線廣泛用于高壓架空輸電線路的防雷保護，架設在架空高壓輸電線路的上方，保護輸電線路免受直接雷擊，如圖所示。 高壓架空輸電線路跨越長距離范圍，綿延分

14、布在廣闊的地面上，很容易遭受雷擊，引起停電事故。在架空輸電線路上方設置避雷線，就能利用避雷線的引雷作用將雷云的下行先導引向其自身，從而使輸電線路免受雷擊。用于保護架空輸電線路的避雷線通過引下線和接地體連接泄放雷電流，固也通常稱為架空地線。 架空線路上方的避雷線 （3）避雷帶與避雷網 當受建筑物造型或施工限制而不便直接使用避雷針或避雷線時，可在建筑物上設置避雷帶或避雷網來防直接雷擊。避雷帶和避雷網的工作原理與避雷針和避雷線類似。在許多情況下，采用避雷帶或避雷網來保護建筑物既可以收到良好的效果，又能降低工程投資，因此在現代建筑物的防雷設計中得到了十分廣泛的應用。 避雷帶 避雷帶是用圓鋼或扁鋼作成的

15、長條帶狀體，常裝設在建筑物易受直接雷擊的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋頂），屋頂邊緣及女兒墻或平屋面上，如圖所示。避雷帶應保持大地良好的電器連接，當雷云的下行先導向建筑物上的這些易受雷擊部位發展時，避雷帶率先接閃，承受直接雷擊，將強大雷電流引入大地，從而使建筑物得到保護。這是一種對建筑物上易受雷擊部位進行重點保護的措施，目前已廣泛應用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保護。 （a）屋頂突出物加設避雷針 （b）平屋面上設避雷帶 （c）女兒墻上設避雷帶避雷帶的設置a b c 避雷網 避雷網實際上相當于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起，在建筑物上設置避雷網可以實施對建筑物的全面防雷保護。避雷網的設置有明裝和暗

16、裝兩種形式。明裝防雷網是在建筑物的屋頂上或層頂屋面上以可見金屬網格作為接閃器，沿其四周或沿外墻做引下線接地。由于明裝避雷網不甚美觀，在施工方面也會帶來困難，同時還會增加額外的工程投資，因此現在已較少使用。 明裝避雷網 立體金屬籠網 建筑物的籠式避雷網 相對于明裝避雷網來說，暗裝避雷網目前則使用得十分廣泛。暗裝避雷網一般為籠式結構，它是將金屬網格、引下線和接地體等部分組合成一個立體的金屬籠網，將整個建筑物罩住，如下圖所示。這種籠式避雷網可以全方位地接閃、保護被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物頂部遭受雷擊；又可以防建筑物側面遭雷擊。 籠式避雷網還可以看作是一個拉法第籠，它同時具有屏蔽和均衡暫態對地

17、懸浮電壓兩種功能。 一方面，籠式避雷網能夠對雷電流產生的暫態脈沖電磁場起屏蔽作用，使進入建筑物內部的電磁干擾受到削弱；、 另一方面，籠式避雷網也能夠對雷擊時產生的暫態電位升高起到電位均衡作用，將籠網各部位的暫態對地懸浮電位均衡到大致相等的水平。當然，籠式避雷網的這些防護雷電損害作用的效果與籠體的大小及其網格尺寸有關，籠體越小且其網格尺寸越小，則其防雷效果就越好。網格尺寸的大小取決于被保護建筑物的重要性，應按建筑物防雷設計規范來確定。 籠式避雷網通常是利用建筑物鋼筋混凝土結構中的鋼筋來構成的，即將建筑物屋面內原有的鋼筋網格作接閃器使用，將梁、柱、樓板中的橫向和縱向鋼筋按防雷設計規范要求進行電氣上

18、的相互連接，這樣就將整個建筑物構件中的所有鋼筋連接成一個統一的導電系統，構成一個大的立體法拉第籠。其中的縱向鋼筋兼作引下線試用，建筑物基礎中的接地鋼筋兼作接地體使用。 總之，暗裝避雷網是以建筑物自身結構中現成的鋼筋作為其組成構件的，所以它能節省投資，同時又能保持建筑物造型的完美性，籠式避雷網可以全方位地接閃、保護被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物頂部遭受雷擊；又可以防建筑物側面遭雷擊，能夠全方位地接閃受雷，這些都是它的顯著優點。 但是，采用暗裝避雷網也存在著一個缺點，即在每次承受雷擊后，雷擊點處的屋面表層要被擊出小洞并會有一些碎片脫落，使得這一小塊的防水和保溫層受到破壞。實際上，建筑物防水和保

19、溫隔離層中的鋼筋距層面的厚度很小。但有些建筑物的防水和保溫層較厚，當其中的鋼筋距層面的厚度大于20cm時，應另設輔助避雷網。 在建筑物頂部常有一些金屬突出物，如金屬旗桿、透氣管、鋼爬梯、金屬天溝和金屬煙囪等，這些金屬突出物必須與避雷網焊接，以形成統一的接閃系統。對于建筑物頂部突出的非鋼筋混凝土物體，可以另設避雷網或避雷針加以保護，如圖所示。建筑物頂部突出物體的保護 2.避雷針、帶、網保護范圍的確定 1777年5月倫敦附近一座火藥庫因雷擊而受損，避雷針是富蘭克等人組成的委員會設計的。雷擊火藥庫，說明避雷針沒有截閃，從而提出避雷針保護范圍的計算問題。在本世紀的70年代，德、英、法、美等歐美國家采用

20、不同的計算方法，這些方法包括圓柱體、圓錐體、特殊圓錐體等等。 我國GBJ5783標準，使用了30、45、60的圓錐體，按此方法，避雷針越高，則其覆蓋的保護范圍就越大。事實上卻不是這樣，許多高聳的鐵塔或建筑物上的避雷針不但無法按圓錐體實現保護，往往自身的中部和下部遭遇雷擊。在巴黎的愛菲爾鐵塔的中部還架設了向外水平伸出的避雷針，以防備側面襲來或繞過鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。 從80年代起，經過討論和研究，世界上大多數國家均已采用滾球法計算避雷針的保護范圍（日本除外，仍用45、60保護的圓錐體）。 （1）確定避雷針、線、帶、網保護范圍方法的分類 meshmethodprotective angle

21、 methodrrolling spheremethod （2）滾球法確定避雷針、線、帶、網保 護范圍的方法 避雷針和避雷線等接閃器對其周圍物體的保護范圍，常以它們可能防護直接雷擊的空間區域來表示，在此空間區域內被保護物體遭受直接雷擊的概率非常小。確定接閃器的保護范圍，對于經濟可靠地進行建筑物的防雷設計是至關重要的。目前國際上流行用滾球法計算確定避雷針和避雷線接閃器保護范圍。 滾球法的保護原理 在雷云對地放電過程中，下行先導在到達由雷擊距所限界定的定向高度范圍之前，其發展路徑是隨機的，直到下行先導頭部達到地面上某物體可被雷擊的范圍時，他才會定向的擊向該物體，如圖所示，當先導頭部進入建筑物頂上避

22、雷針的雷擊范圍時，它就定向地向避雷針頂端發展，這樣避雷針的頂端即為雷擊點。從下行先導頭部達到地面上被擊物體的距離就稱為雷擊距。雷擊距范圍 以這種雷擊過程為基礎，根據下行先導發展的隨機性和定向性來確定建筑物上以及地面上可能出現的雷擊點，這就是滾球法的基本思想。 從上圖還可看出被雷擊的點距下行先導的距離都等于ds，稱為雷擊距，即滾球半徑。 可知，滾球半徑的大小取決于回擊時雷電流幅值的大小，由于雷電流幅值是個隨機量，則雷電流幅值變化時，滾球半徑也隨之變化。 在運用滾球法確定雷擊點時，應先選定一個對應于一定雷電流幅值的滾球半徑ds，在建筑物的防雷設計中，滾球半徑的選擇應采用建筑防雷設計規范推薦的數值，

23、然后將半徑為ds的滾球從天空隨機地拋向地面建筑物，滾球與地面和建筑物屋面接閃器相接觸的點，如下圖中所示的A點和C點，即為可能的雷擊點。用滾球法確定雷擊點 從雷云對地放電過程來看，下行先導在到達由雷擊距所界定的定向范圍之前，其發展路徑是隨機的，這就意味著滾球可能會從各個方向隨機下落去接觸地面和建筑物。因此，為了確定建筑物上各個可能的雷擊點，需要從其上空沿各個方向反復多次地拋投滾球，統計出大量被滾球接觸過的點，這一做法可以等值地轉變為將滾球沿建筑物屋面連續地滾越建筑物的整體，如下頁圖所示。滾球所能接觸到的屋面就是建筑物上可能遭受雷擊的區域；滾球不能接觸到的地方，則可認為是由建筑物的接閃器能夠保護的

24、區域，這一區域稱為保護區。在下圖中，弧AC和DE以下的空間區域就是保護區滾球法在建筑物面上的連續滾動確定雷擊點和保護范圍 建筑物接閃器將能對該區域空間提供保護。對于強雷來說，其雷電流幅值大，相應的滾球半徑就大，保護區就較大；對于弱雷來講，其雷電流幅值小。例如下圖，當滾球半徑由ds2減小到ds1時，保護區將縮小，原先受到保護的B點將會與減小半徑后的滾球相接觸，從而由被保護點轉變為雷擊點。應用滾球法可以確定建筑物的空間受雷曲面。保護區隨滾球半徑的變化 應用滾球法可以確定建筑物的空間受雷曲面， 如下左圖所示。將滾球沿建筑物屋面及突出的接閃器滾遍，其球心運動軌跡即構成了空間受雷曲面。當下行先導發展碰到

25、該曲面時，將會擊到該建筑物應屋面。用滾球法，還可以方便地確定復雜形狀建筑物上易受雷擊部位，這也是滾球法一個顯著優點。 如下左圖表示在給定雷電流幅值所對應半徑的球在給定外形尺寸的建筑物屋面接閃器（避雷網）上連續地滾動，遍滾球體所能觸及到的地方，即為建筑物上易受雷擊的部位，如圖中陰影區。建筑物的空間受雷曲面 復雜形狀建筑物上易受雷擊的部位的確定 滾球法確定避雷針保護范圍的方法 （） 單支避雷針的保護范圍 A、單支避雷針的高度不大于滾球半徑ds。確定避雷針保護范圍的確定方法如圖,其具體步驟如下： a、距地面ds處作一平行于地面的平行線； b、以避雷針的針尖為圓心，ds為半徑畫圓弧，該圓弧線交于平行線

26、的A、B兩點； c、 分別以A、B為圓心，hr為半徑畫圓弧，這兩條圓弧線上與避雷針尖相交，下與地面相切。再將圓弧與地面所圍面以避雷針為軸旋轉180，所得圓弧曲面圓錐體即為避雷針的保護范圍。單支避雷針的保護范圍 單支避雷針的保護空間域 d、 避雷針在hx高度的xx平面上和地面上的保護半徑： 避雷針在高度為hx的平面xx上的保護半徑rx可確定為 避雷針在地面上的保護半徑r0，可確定為 式中，ds為滾球半徑，h為避雷針的高度，hx為距平面x處的高度，rx在高度為hx處的保護半徑，各量的單位均為m。 B、單支避雷針的高度hds的保護范圍ds 在避雷針部取高度為ds的一點代替避雷針針尖為圓心，其余的作圖

27、步驟同hds的情況。當h pdprPositioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p （）建筑物頂部突出屋面上避雷針長度的確定 建筑物頂部突出屋面的部分是易受直接雷擊的部位，常常要裝避雷針加以保護，利用滾球法，可以確定所設避雷針的長度，以下將分兩種典型情況加以說明。 A、建筑物頂部周邊設有避雷帶如圖所示，該圖為某建筑物頂部的剖面，其左右對稱，A為頂部周邊屋檐處的避雷帶（或可被利用做接閃器的金屬物），B為需要保護突出屋面上的最外一點。先分別以A、B為圓心，以選定的

28、滾球半徑ds為半徑畫兩條圓弧，他們相交于C點，在以C點為圓心，以ds為半徑， 畫圓弧交對稱軸線于O點，則在O處設立一支避雷帶情況的避雷針長度確定針，其長度大于OO即可實現對突施出屋面部分的保護。建筑物頂部設避雷 單根避雷線的保護范圍 當單根避雷線的高度h2ds時，避雷線沒有保護范圍；當單根避雷線的高度h2ds時，應分以下兩種情況來確定避雷線的保護范圍。hds時避雷線的保護范圍 （） hds 如圖所示，在距地面ds處作一條地面的平行線，以避雷線位置為圓心，以ds為半徑畫圓弧交平行線于A、B兩點。再分別以A、B兩點為圓心畫兩條圓弧，這兩條圓弧與地面相切并與避雷線相交，它們與地面所圍面即為保護范圍的

29、截面。在距離地面hx高度處xx平面上的保護寬度bx，可由下式來計算：上式中各量的單位均為m。 在避雷線兩端的保護范圍按單支避雷針的方法加以確定。單根避雷線完整的保護范域如右圖。 hds時避雷線的保護范圍 （） dsh2ds 如圖所示，保護范圍最高點的高度h0按下式來計算： 其作圖步驟同于hds時作圖步驟。由圖可見，當h2ds后，避雷線的保護范圍不僅不增大，反而會隨h的增大而減小。處在避雷線下方且高度大于h0的范圍內將失去避雷線的保護，因為半徑ds可以接觸到這一范圍內的空間點。 對于多支避雷針和多根避雷線的保護范圍，由于他們的作圖步驟較繁，這里從略。dsh25重或輕于空氣55 3、排放爆炸危險氣

30、體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等，當其排放物達不到爆炸濃度、長期點火燃燒、一排放就點火燃燒時，及發生事故時排放物才達到爆炸濃度的通風管、安全閥，接閃器的保護范圍可以僅保護到管帽，無管帽時可以保護到管口。 4、獨立避雷針和架空避雷線(網)的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的距離，應符合下列表達式的要求，但不得小于3m： （1）地上部分：當hx5Ri時, Sa10.4(Ri+0.1hx) 當hx5Ri時， Sa10.1(Ri+hx) （2）地下部分：Se10.4Ri 式中 Sa1空氣中距離(m)；Se1地中距離(m)； Ri獨立避雷針或架空避雷線(網)支柱

31、處接地裝置的沖擊接地電阻)； Hx被保護物或計算點的高度(m)。 為什么要保護獨立避雷針和架空避雷線(網)的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的距離？ 其目的是為了防止雷電流流過防雷裝置時所產生的高電位對被保護的建筑物或與有聯系的金屬物發生反擊。應使防雷裝置與這些物體之間保持一定的安全距離。防雷裝置至被保護物的距離 當接閃器受雷接閃時 ，雷電流將沿接閃器注入防雷裝置，并經引下線和接地體匯入大地。在此雷電流的傳輸過程中，在防雷裝置中距地面為hx的點A處的暫態電位為UA取決于由雷電流幅值與沖擊接地電阻所決定的電阻壓降和由雷電流波頭陡度與引下線電感所決定的電感壓降：式

32、中 uAA點對真實地的暫態電位，（kV）； uR雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電阻壓降， （kV） ； uL雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感電阻壓降，（kV） ； di/dt雷電流波頭陡度，（kA/s） ； I雷電流幅值，（kA）； Ri接地體的沖擊接地電阻，（）； L0引下線單位長度電感，（H/m ），取其等于1.5 H/m； hAA點到接地體的長度，（m）； ER電阻壓降的空氣擊穿強度（Kv/m），取其等于500kV/m； EL電感壓降的空氣擊穿強度（Kv/m），取其等于500kV/m。 式中各參數值可按本規范中給出的各類防雷建筑物的雷電流參量（下表）首次及雷擊的雷電流參量雷電流參數

33、防雷建筑物類別一類二類三類I幅值（Ka）200150100T1波頭時間（s）101010T2半波值時間（s）350350350QS電荷量（c）100 7550W/R單位能量（MJ/）105.62.5后續雷擊的雷電流參量雷電流參數 防雷建筑物類別一類二類三類I幅值（kA）5037.525T1波頭時間（s）0.250.250.25T2半波值時間（s）100100100T1/T2平均突度（kA/s） 200 150100 長時間雷擊的雷電流參量雷電流參數 防雷建筑物類別一類二類三類Q1電荷量（c）200 150100I幅值（Ka）200150100T時間（s）0.50.50.5注：平均電流I= Q1

34、/T 根據IEC-TC81提供的電感電壓降的空氣擊穿強度為 EL=600(1+1/ t1)（Kv/m） 當t1=10s時， EL=600(1+1/ 10)=660（Kv/m） 當t1=0.25s時， EL=600(1+1/ 0.25)=3000（Kv/m） 知道電阻電壓降的空氣擊穿強度和電感電壓降的空氣擊穿強度。 （1）獨立避雷針和架空線（網）的支柱與被保護物體及其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的安全距離就可以求出：在地上部分：對第一類防雷建筑物首次雷擊 I=200kA，T1=10 s， ER=500（Kv/m） EL=660（Kv/m）L0=1.5 H/m考慮計算簡單取Sal0.4Ri+0.

35、04hx因此 Sa10.4（Ri+0.1hx）對第一類防雷建筑物后續雷擊 I=50kA，T1=0.25 s， ER=500（Kv/m） EL=3000（Kv/m）L0=1.5 H/mSa10.1（Ri+hx ） 在安全距離的計算式中還出現了hxRi的條件是 ，即hx=5Ri 因此，當hx Sa10.1（Ri+hx） 當hx5Ri時， Sa10.1（Ri+hx ） Sa10.4（Ri+0.1hx） 由上面可以看出這一條件保護了計算的可靠性。在地下部分： 同樣可算出 Se10.4Ri 根據計算，避雷線立桿高度為20m，避雷線長度為50150m，沖擊接地電阻為310的條件下，避雷線立桿頂受雷擊時，流

36、過一根立桿的雷電流為全部雷電流都3%90%，照理sa1和Se1可相應減小，但計算很麻煩，因此這類問題依然按獨立避雷針的方法進行計算。 按雷擊于避雷線擋距中央考慮sa2，由于兩端分流，對任意一端可近似地將雷電流幅值和陡度減半計算，因此避雷線中央的電位為： U=UR+UL1+UL2 于是得到距防雷裝置引下線和避雷線的安全距離sa1 （2）架空避雷線至各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的安全距離 將以上兩式相等，得到 。對后續雷擊（當 時）：式中 uL1雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感壓降（Kv）； uL2雷電流流過防雷裝置時避雷線上的電感壓降（Kv）； L01垂直敷設的引下線的單位長度電感（H

37、/m）。按引下線直徑 8mm2、高20m時的平均值L01=1.69 H/m計算。 L02垂直敷設的引下線的單位長度電感（H/m）。按引下線直徑 35mm2、高20m時的平均值L01=1.93 H/m計算。 h引下線的長度（m），其它參數與前面相同。對首次雷擊（當 時）：式中 從避雷網中間最低點沿導線至最近支柱的距離（m） n 從避雷網中間最低點沿導線至最近不同支柱并有同一距離 的個數 （3）用同樣的方法可求出架空避雷網至和各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的安全距離。 對首次雷擊（當 ）時：對后續雷擊（當 ）時： 在一般情況下，接地電阻不宜大于10，但在土壤電阻率高的地區，要求低于10，有一

38、定難度，因此，在滿足安全距離的前提下，允許適當提高接地電阻值。（二）雷電感應的防護措施 1、被保護建筑物內的金屬物接地是防雷電感應的主要措施。因為金屬屋面或鋼筋混凝土屋面內的鋼筋進行接地有一定的屏蔽功能和良好的防雷電感應的作用。 2、平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m；交叉凈距小于100mm時，其交叉處亦應跨接。 下面用一個事例計算來說明這個問題： 兩根間距300mm的平行管道，與引下線平行敷設，距引下線3m，并處與同一平面上。如果把引下線視作無限長，這時在管道環路內的感應電壓U為： 它可能擊穿的氣隙距離為：式中 L

39、平行管道環路的因下線長度（m），取30m； di/dt流經因下線的雷電流的陡度（kA/s），取200 kA/s； M1m長兩根間距300mm平行管道環路與因下線之間的互感 （ H/m），經計算M=0.0191 H/m； EL電感壓降的空氣擊穿強度（kV/m），取3000kV/m。 d =（0.019130200）/3000=0.038（m） 即在管道間距300mm的情況下，所感應的電壓僅可擊穿0.038m的氣隙。若間距減到100mm，所感應的電壓就更小了。 這是因為脈沖磁場在回路中感應出電壓大小與回路尺寸、雷電流波頭陡度以及回路與載流導體之間的距離有關。而互感系數與回路的尺寸大小有關 當回路的

40、長和寬r（回路導體的截面半徑）時， 當載流導體（這里指引下線）為感應回路的一部分時：當載流導體與感應回路分離時：不難看出，管道間距越大，M就越小，感應電壓就越小。 3、當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03時，連接處應用金屬線跨接。對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環境下，可不跨接。 4、由于已設有獨立避雷針（線或網），因此，流過防雷電感應接地裝置的只是數值很小的感應電流。在金屬物已普遍接地的情況下，電位分布均勻，因此，規定工頻接地電阻不大于10。在共用接地裝置的場合下，接地電阻只要滿足各自要求的阻值就可以，不要求達到更低的接地電阻。 （三）雷電波侵入的防護措施 為

41、了防止雷擊線路時高電位侵入建筑物造成危險，低壓線路宜采用電纜埋地引入，不得將架空線路直接引入屋內； 當難于全長采用電纜時，允許從架空線上換接一段有金屬鎧裝的電纜或護套電纜穿鋼管埋地引入。這時需要強調的是，電纜首端必須裝設避雷器并與絕緣子鐵腳、金具、電纜外皮等共同接地，入戶端電纜外皮、鋼管必須接到防雷電感應接地裝置上，電纜端才能其到應有的保護作用。 理由：（1）當雷電波到達電纜首短時，避雷器被擊穿，電纜外導體與芯接通，一部分雷電流經接地電阻入地，一部分雷電流流經電纜。由于雷電流屬于高頻（通常為數千赫茲），產生集膚效應，流經電纜的電流被排擠到外導體上去。此外，流經外導體的雷電流在芯線中產生感應反電

42、勢，從理論上分析在沒有集膚效應下將使流經芯線的電流趨向于零。 （2）由于電脈沖在地中的速度是有限的，而且由于沖擊雷電流的陡度是高的，一接地裝置僅有一定的最大延伸長度有效地將沖擊電流散流入地。 在規范中規定埋地電纜長度不小于 是考慮電纜金屬外皮、鎧裝、鋼管等起散流接地體的作用。 根據IEC/TC81 1984年1月的文件，對應于雷擊對大地的第一次閃擊接地體延伸長度的最大值為： 對應于雷擊對大地的后續閃擊接地體延伸長度的最小值為： 二者平均（四）建筑物太高或其它原因難以裝設獨立避雷針、架空 避雷線、避雷網時的防護措施 當建筑物太高或其它原因難以裝設獨立避雷針、架空避雷線、避雷網時，可將避雷針或網格

43、不大于5m5m或6m4m的避雷網或由其混合組成的接閃器直接裝在建筑物上，避雷網應按規定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設。并必須符合下列要求： 1、所有避雷針應采用避雷帶相互連接。 2、引下線不少與兩根，并應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于12m。 采用間距不應大于12m的目的是基于法拉第籠的觀點。然后再依據IEC1024的標準對第一、二、三類防雷建筑物的引下線間距應為10、15、25m?？紤]我國工業建筑物實際一般為6m，按6m倍數考慮本規范定為12、18、25m。 3、建筑物應裝設均壓環，環間垂直距離不應大于12m。所有引下線、建筑物的金屬結構和金屬設備均應連到環上。均壓

44、環可利用電氣設備的接地干線環路。 對較高的建筑物引下線很長，電感壓降可達到很大的數值，需要每隔12m處用均壓環將各引下線在同一高度連接起來，環間垂直距離不應大于12m。目的減小其間的電位差。 4、防直擊雷的接地裝置應圍繞建筑物敷設成環行接地體，每根引下線的沖擊接地電阻不應大于10，并應和電氣設備接地裝置及所有進入建筑物的金屬管道相連，此接地裝置可兼作防雷電感應之用。 為了將雷電流引入大地而不會產生危險的過電壓，接地裝置的布置和尺寸比接地電阻的特定值更重要。通常，建議有低的接地電阻。 根據IEC1024標準，對于環行接地體，其所包圍的面積的平均幾何半徑r應不小于L （接地體的長度），即rL（L示

45、于下圖），當L大于r時，則必須增加附加的水平放射形或垂直（或斜形）導體，其長度Ls（水平）為： Ls = L-r其長度Lv（垂直）為： Lv =（L-r）/2100908070605040302010 500 1000 1500 2000 2500 3000第二、三類防雷建筑物第一防雷建筑物（m）L（m）按防雷建筑物類別確定的接地體最小半徑 環行接地體（或基礎接地體），其所包圍的面積A的平均幾何半徑r為： 。根據上圖，對于第一類防雷建筑物，當500m時，對環行接地體所包圍的面積的等效半徑r（r= ）大于或等于5m 時，無需要補加水平或垂直接地體。當 小于5m時，需要補加水平或垂直接地體。 補加

46、水平接地體時其長度按下式計算： 補加垂直接地體時其長度按下式計算：（五）30m以上建筑物的防護措施 1、從30m以上不大于6m沿建筑物四周設水平本來子帶并與引下線連接。 2、30m以上外墻的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接。 3、在電源引入的總配電箱出宜社過電壓保護器。 另外，當樹木高于建筑物且不在接閃器保護范圍之內時，樹木與建筑物之間的凈距不應小于5m。 若當=5003000m時， L與的關系是一條斜線（上圖），從斜線上找出任意兩點，就可求出L與的關系式為： L=（11-3600）/380 對環行接地體所包圍的面積的等效半徑r（r= ）大于或等于（11-3600）/380時，無需補加水

47、平或垂直接地體。當 小于（11-3600）/380時，需要補加水平或垂直接地體。 補加水平接地體： 補加垂直接地體：第二類防雷建筑物的防雷措施 1、第二類防雷建筑物防直擊雷的揩施，宜采用裝設在建筑物上的避雷網(帶)或避雷針或由其混合組成的接閃器。避雷網(帶)應按本規范附錄二的規定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設，并應在整個屋面組成不大于10m10m或12m8m的網格。所有避雷針應采用避雷帶相互連接。 2、引下線不少于兩根； 3、間距不應大于18m； 4、沖擊接地電阻不應大于10； 5、防直擊雷接地宜和防雷電感應、電氣設備、信 息系統等接地共同一接地裝置；并宜與埋地金屬管道相連；若不

48、共用、不相連時兩者間的距離應符合下式，但不應小于2m。式中Ri地中距離（m）； kc分流系數。注： 分流系數kc： 單根引下線時為1； 兩根及接閃器不成閉合的多根引下線時為0.66； 接閃器成閉合環或網狀的多根引下線時為0.44； 當采用網格型接閃器，引下線用多根環形導體互相連接，接地體采用環形接地體，或者用建筑物鋼筋或鋼筋構架作為防雷裝置時分流系數按下頁圖確定h1h2h3h4h5CsCd分流系數kc 6、利用基礎內鋼筋網做為接地體時，在周圍地面以上距地面不小于0.5m，每根引下線所連接的鋼筋的表面積總合應符合要求；還要考慮濕度溫度 第三類防雷建筑物的防雷措施（略）第四節 防雷裝置一.接閃器

49、材 料圓鋼(直徑）（mm)鋼管(直徑）（mm)扁鋼截面（mm2)厚度（mm)避雷針針長1m1220針長12m1625煙囪頂上的針2040避雷帶避雷網848煙囪頂避雷環12100材料及尺寸接閃器類型 表中材料的尺寸是考慮了風壓力、空氣對金屬物體的腐蝕及雷擊熱量熔化金屬材料的可能性。 例：規范中要求鋼管、鋼罐的壁厚不小于2.5mm，但鋼管、鋼罐一旦被雷擊穿，其介質對周圍環境造成危險時，其壁厚不得小于4mm。 金屬體與雷擊通道接觸處的熱過程極為復雜，而且不好計算。當這一現象用簡化的模型表示時可假定，接觸區的熱分配與固定的電弧類同。 電弧在金屬表面產生數10伏的電壓降（u，計算時常取值為30伏）它幾乎

50、與雷電流的大小無關，使金屬加熱的能量為： W=UQ式中Q為流經雷擊點的電荷（c） 雷擊點處熱量 現代建筑、高層、金屬結構，兼作防雷裝置，引導雷電流。雷電流作用，對金屬物體的破壞作用必須考慮，雷擊金屬物時，雷電放電通道直接與金屬物接觸，在雷擊點產生的熱量可通過在雷電流持續時間內的積分來計算，即式中 W 熱量，J； UAR金屬物體上雷擊點處電弧壓降，其經驗值取為 2030V； i從雷擊點注入金屬物體的雷電流，A。上式中，考慮到UAR近似取為常數，并代入電荷表達式式中Q電荷量，C。則有 由上式可知：在雷擊點處產生的熱量與雷電放電通道注入的電荷量成正比。雷云對地放電具有隨機性，雷擊時放電通道注入地面被

51、擊物體的電荷量也是個隨機量，其概率分布如圖 3-1所示。 注入電荷的概率分布量 全部雷擊過程；-僅首次雷擊 1正雷；2負雷雷擊點處的溫升 由于雷電流的作用時間很短，在計算雷擊點處的溫升以及雷電流通過金屬物體所產生的溫升時，均可忽略散熱的影響，于是溫度可表示為式中 T溫升，； m金屬物體質量，； 比熱，J /（）。 當溫升值過高時，就會造成金屬的熔化?？紤]全部能量用于加熱金屬時，雷擊每庫侖（c）電荷能熔化以下的金屬體積： 鐵， V/Q4.4 （mm3/C）； 銅， V/Q5.4 （mm3/C） ； 鋁， V/Q12 （mm3/C） ；金屬的熔化深度 雷擊點加熱面積的直徑取50100mm，相應的面

52、積為19637854mm2。若已知電荷Q值，可估算金屬的熔化深度。 按正閃擊的全部電荷的平均值（50%的概率）為80C負閃擊的相應值僅為8C），則熔化深度： 鐵： 0.0450.179mm； 銅： 0.0550.22mm ； 鋁： 0.1220.489mm ； 已證實，鐵板遭雷擊時其與雷擊通道接觸處由于熔化而燒穿僅當其厚度小于4mm時才可能。 接閃器的布置防雷級別滾球半徑（m）避雷針的高度（m）避雷網網格尺寸（m）202055或 6430301010或 12845451010或 12860602020或 2416二.引下線 1、引下線沿最短的接地路徑敷設，減小電感； 2、暗敷； 3、在距地面1

53、.8m處設斷接卡，方便。三.接地裝置 1、接地的概念和目的 把電力、通信、電腦、避雷裝置等設備通過接地線與接地體連接起來的技術叫接地；為了安全保護的需要，把不屬于電氣裝置的導體，例如水管、風管、輸油管及建筑物的金屬構件和接地極相連，亦稱為接地； 就物理意義而言，電位的高低總是相對于零電位為參考的，由于大地是一個導體，當其中沒有電流流過時，它是等電位的，所以可方便地將此時的地看做是零電位，并取為零電位參考點。如果地面上的金屬物體與大地具有良好的電氣連接，則在沒有電流（或很小電流）流過的情況下，金屬物體與大地之間沒有電位差，該金屬物體就具有了大地的電位，即零電位。這就是接地的含義。 接地的目的：防

54、止人身遭到電擊，保證電力系統的正常運行，保護線路和設備免遭損壞，預防電氣火災、防止雷擊和防止靜電損害。電子設備接地是由埋在大地中的接地極或接地體，通過接地線（引下線）與電子設備連接，使電子設備接地。接地好壞的指示是接地電阻，接地電阻值低，就實現了與大地的良好連接。 2、規范對接地電阻的要求 與電子系統接地類似，防雷與接地是一個統一的整體，無論是對直接雷擊的防護，還是對雷電過電壓和雷電電涌的防護，總是要把雷電流傳導入地，沒有良好的接地裝置，各種防雷措施就不能發揮令人滿意的保護作用，接地裝置的性能將直接決定著防雷保護措施的實際效果。 測定防雷裝置好壞的物量是接地電阻獨立，規范對接地電阻提出了要求。

55、避雷針、架空線、架空避雷網每一引下線的沖擊接地電阻、低壓線路中裝置的避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣腳、金具等應連接在一起接地的接地電阻、建筑物的環行接地提每根引下線的沖擊接地電阻不宜大于10；防雷電感應的接地裝置和電氣設備接地裝置共用其工頻接地電阻不宜大于10；規范中還指出了20、30 和電子信息系統1 的規定。 （1）接地電阻 當接地電流一流入接地電極，接地電極的電位就比接地電流流入前升高EV，把E/I作為那個接地電極的接地電阻 。 接地線的電阻及接地電極自身的電阻。 接地電極的表面及其與其接觸的大地之間的接觸電阻。 電極周圍大地的電阻。 其中是最重要的，接地電阻的主要部分是包圍電極的大地

56、的電阻。 影響接地電阻的最重要因素是接地電極周圍大地的電阻率，次要因子是接地電極的形狀和尺寸，當其形狀和尺寸確定后，電極的接地電阻可用下式表示：R：接地電阻、 ：大地電阻率、 f ：接地電阻的形狀、尺寸。 在電極形狀確定后，接地電阻可表示如下： L:電極的特征幾何尺寸，k: 是形狀系數。 在一定的大地電阻率條件下，如形狀變化，接地電阻會明顯變大變小，這在電極設計上很重要。 反過來，在形狀確定后。大地電阻率影響接地電阻的大小。 （2）土壤電阻率 土壤電阻率隨土壤中含水量、溫度、電場強度、外加電場頻率、土 壤的結構相關而變化。 物理特性 絕大多數土壤在完全干燥的狀態下是不導電的，但在自然界中不存在

57、完全干燥的土壤。由于土壤中常會含有金屬礦物質和各種無機鹽、酸和堿等電解質化合物，同時也含有水分。金屬礦物質會在土壤中直接形成電子導電，但更為普遍的是在土壤中無機電解質通過水分電離產生金屬離子，形成離子導電，這就使得土壤具有一定的電阻率，而不會象完全干燥的土壤那樣處于絕緣狀態。依賴于土壤的類型及土壤中所含水分、金屬礦物質和電解質等含量的多少，土壤電阻率可以在很大范圍內變化，表7-6給出了各種典型土壤的電阻率。 表7-6 典型土壤的電阻率類別名稱電阻率近似值（m）不同情況下電阻率的變化范（m）較濕時（一般地區，多雨區）較干時（少雨區、沙漠區）地下水含鹽堿時土陶粘土泥炭、泥灰巖、沼澤地搗碎的木炭黑土

58、、園田土、陶土、白堊土粘土沙質粘土黃土含砂粘土、砂土河灘中的砂煤多石土壤上層紅色風化粘土、下層紅色頁巖表層土夾石，下層爍石1020405060100200300-400500(30%濕度)600(30%濕度)5201030-301003010030300100200300350-1010050300-50300503008010002501000以上-310330-1030103010303030100-砂砂、砂爍1000250100010002500-砂層深度大于10米、地下水較深的草原地面粘土深度不大于1.5米、底層多巖石1000-巖石爍石、碎石多巖山地花崗巖50005000200000-

59、混凝土在水中在濕土中在干土中在干燥的大氣中405510020050013001200018000-礦金屬礦石0.011- 在接地體泄散電流，特別是泄散大電流時，其周圍土壤中的電場強度可能會達到較高的數值，在較高的場強下，土壤的電流密度與場強之間不再滿足式（7-1）線性關系，而是呈現出非線性變化的特性，前蘇聯學者給出的關系式為上式常數系數；b非線性指數。利用上式非線性關系，土壤電阻率可近似表示為在上式中，各種土壤的非線性指數b一般均小于1，例如沙土的b為0.87左右，黃粘土的b在0.35-0.56范圍，植腐土的b在0.65-0.9范圍，紅粘土的b在0.55-0.95范圍，水的b為0.93。于是，

60、土壤電阻率隨場強的變化是按負冪函數規律變化的，前者隨后者的增大而減小。 圖7-25給出了幾種常見土壤電阻率隨場強變化的特性曲線，其中為土壤的視在電阻率，各特性曲線端點處的橫坐標即為該土壤的臨界擊穿場強（Ec）。 土壤電阻率隨場強變化的特性 在前面介紹的接地計算中，土壤的結構被認為是均勻的，其電阻率也被認為是個恒定值，實際上，由于地下土質結構的變化，土壤電阻率沿地向下縱深方向的分布是不均勻的，為了近似描述這種縱向不均勻特征，可以將土壤沿縱向進行分層，在每一層內近似認為土壤電阻率是恒定的，如圖7-26示意，由于分層越細，層數就越多，計算分析起來就困難，工程上出于簡化考慮，通常只分成2-3層。土壤的