第二章 接閃器與建筑物外部防雷保護課件

第二章接閃器保護原理與建筑物外部防雷南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院肖穩(wěn)安Tel-mail：xiaowenan@第二章接閃器保護原理南京信息工程大1

1751年富蘭克林出版了著作《電的實驗與觀察》，指出：“關(guān)于尖端的功能的知識，可以為人們利用來保護房屋、教堂、船等避免閃電襲擊，其方法是在這些物體的最高頂上固定一支更高的鍍金的磨尖鐵棒，在其下端接一導(dǎo)線掛在建筑物外通到地下，對于船則是通到水中”。該書出版后，在歐洲大陸迅速流傳，產(chǎn)生很大影響，不少人照他的見解進行實驗。1751年富蘭克林出版了著作《電的實驗2

我國建筑物防雷規(guī)范GB50057—94規(guī)定建筑物外部防雷主要方法是在建筑物頂部安裝接閃器（避雷針、線、帶、網(wǎng)），通過引下線與埋在地下的接地體連接，將雷電流泄流入地，避免被保護物體遭受雷擊，從而達(dá)到保護的目的；除此而外，還可用等電位連接來均衡電壓、合理布設(shè)引導(dǎo)雷電流等方法。我國建筑物防雷規(guī)范GB50057—94規(guī)定3第一節(jié)接閃器

避雷針防雷，亦稱富蘭克林法，一種最古老、最傳統(tǒng)的防雷方法。這種避雷裝置包括安裝在建筑物最高點（也可以獨立設(shè)置）的接閃器（即金屬桿避雷針）、引下線及接地裝置?！吨袊蟀倏迫珪范x避雷針：“將雷電引向自身并泄入大地使被保護物免遭直接雷擊的針形防雷裝置”。避雷針實際上是“雷電攔截”。IEC定義：裝在建筑物上，將雷電流釋放到大地中去的金屬棒或金屬條。在GB50057—94中說明：避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)是直接接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。第一節(jié)接閃器4第二節(jié)避雷針的防雷保護一.避雷針接閃

避雷針的針狀是直接承受雷電的部分，當(dāng)帶電的雷云出現(xiàn)在地面上空時，由于靜電感應(yīng)作用，大地及避雷針上將出現(xiàn)與雷云電荷極性相反的電荷。先導(dǎo)向下的發(fā)展是隨機取向的，當(dāng)階梯式先導(dǎo)向下發(fā)展到鄰近地面，在接閃器的頂端處電場將發(fā)生畸變，出現(xiàn)局部集中的高電場區(qū)，如圖中曲線示出的等電位線。接閃器的頂端處的電場強度明顯高于其它地方，這就為先導(dǎo)向接閃器發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的件，容易地將先導(dǎo)吸引到接閃器上，使雷擊點出現(xiàn)在接閃器的頂端，而不致出現(xiàn)在其下面的被保護物體上。避雷針接閃器頂端處的電場畸變第二節(jié)避雷針的防雷保護避雷針接閃器頂端處的電場畸變5①雷擊點處熱量

現(xiàn)代建筑、高層、金屬結(jié)構(gòu)，兼作防雷裝置，引導(dǎo)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(chǎn)生的熱量可通過在雷電流持續(xù)時間內(nèi)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(jīng)驗值取為20～30V；i—從雷擊點注入金屬物體的雷電流，A。二.避雷針做接閃器的要求①雷擊點處熱量式中W—熱量，J；二.避雷針做接閃器的6②雷擊點處的溫度升高

由于雷電流的作用時間很短，在計算雷擊點處的溫度升高以及雷電流通過金屬物體所產(chǎn)生的溫度升高時，均可忽略散熱的影響，于是溫升可表示為：式中ΔT—溫升，℃；m—金屬物體質(zhì)量，㎏；λ—比熱，J/㎏·℃）。

②雷擊點處的溫度升高7雷擊點的熱量與避雷針接閃器最小直徑要求：當(dāng)溫升值過高時，就會造成金屬的熔化，用避雷針做接閃器，不能被熔化毀壞。由試驗和理論計算，可估計出注入單位電荷作用下幾種常用金屬的熔化體積當(dāng)量為：鋁：12mm3/c；銅：5.4mm3/c；鋼：4.4mm3/c。雷擊點的熱量與避雷針接閃器最小直徑要求：8

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(yīng)不小于下表給出的數(shù)值。接閃器頂端的針尖應(yīng)做成圓錐狀，具有較大的尖度，且應(yīng)光滑。避雷針接閃器最小直徑針型直徑圓鋼(mm）鋼管(mm）針長1m以下1220針長1—2m1625煙囪頂上的針2040避雷針接閃器宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，為了保證足9進入建筑物的各種設(shè)施的雷電流分配

進入建筑物的各種設(shè)施的雷電流分配10金屬屋頂或金屬罐體做接閃器時的厚度要求：金屬的熔化深度：

雷擊點加熱面積的直徑取50100mm，相應(yīng)的面積為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(fù)閃擊的相應(yīng)值僅為8C），則熔化深度：鐵：0.045~0.179mm；銅：0.055~0.22mm；鋁：0.122~0.489mm；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(dāng)其厚度小于4mm時才可能。金屬屋頂或金屬罐體做接閃器時的厚度要求：11

在建筑物遭受雷擊后，雷電流會沿建筑體內(nèi)各種金屬導(dǎo)體通路流入大地，由于金屬體自身存在著電阻，雷電流流過它們時也會產(chǎn)生熱量，這種熱量可表示為式中R——金屬導(dǎo)體電阻，；i——雷電流，A。在建筑物遭受雷擊后，雷電流會沿建筑體內(nèi)各種金屬12從上式還可以看出，嚴(yán)重的熱效應(yīng)還會出現(xiàn)在雷電流通路上有較高電阻的地方，特別是那些引流導(dǎo)體之間的接觸不良處，在這些地方?？赡墚a(chǎn)生很高的溫升，使金屬熔化，甚至出現(xiàn)熔體飛濺。這種飛濺熔體產(chǎn)生的火花對存儲易燃易爆物品的建筑物來說，是極具危害性的。從上式還可以看出，嚴(yán)重的熱效應(yīng)還會出現(xiàn)在雷電13避雷針的形狀示意

避雷針的形狀示意14避雷針保護的疑問？中國某油庫采用有十余根避雷針聯(lián)合保護油罐區(qū)，結(jié)果因雷擊而引起爆炸；廣東某變電站內(nèi)裝有5根避雷針聯(lián)合保護，仍遭受雷擊；莫斯科537m高的電視塔，雷曾繞擊塔頂下200m和300m的塔身，甚至打到離塔水平150m的地面。據(jù)報道，其附近1.5km內(nèi)雷擊率比莫斯科市平均雷擊率高2.5～4倍。其周圍不可能起到保護作用，相反起到了負(fù)作用。

這表明避雷針沒有保護到其下面部分，這就一根垂直避雷針保護范圍有十分清楚的了解。避雷針保護的疑問？15三.滾球法的保護范圍

我國GBJ57—83標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)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(shè)了向外水平伸出的避雷針，以防備側(cè)面襲來或繞過鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。

從80年代起，經(jīng)過討論和研究，世界上大多數(shù)國家均已采用滾球法計算避雷針的保護范圍。三.滾球法的保護范圍16

避雷針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(qū)域來表示，在此空間區(qū)域內(nèi)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(jīng)濟可靠地進行建筑物的防雷設(shè)計至關(guān)重要。

避雷針對其周圍物體的保護范圍，常以它們可能防護直接17（1）滾球法的原理

在雷云對地放電過程中，下行先導(dǎo)在到達(dá)由雷擊距所限界定的定向高度范圍之前，其發(fā)展路徑是隨機的，直到下行先導(dǎo)頭部達(dá)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2.1，當(dāng)先導(dǎo)頭部進入建筑物頂上避雷針的雷擊范圍時，它就定向地向避雷針頂端發(fā)展，這樣避雷針的頂端即為雷擊點。從下行先導(dǎo)頭部達(dá)到地面上被擊物體的距離就稱為雷擊距。圖2.1雷擊距范圍（雷擊距）（1）滾球法的原理圖2.1雷擊距范圍（雷擊距）18

從雷云對地放電過程來看，下行先導(dǎo)在到達(dá)由雷擊距所界定的定向范圍之前，其發(fā)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(fù)多次地拋投滾球，統(tǒng)計出大量被滾球接觸過的點，這一做法可以等值地轉(zhuǎn)變?yōu)閷L球沿建筑物屋面連續(xù)地滾越建筑物的整體。滾球所能接觸到的屋面就是建筑物上可能遭受雷擊的區(qū)域；滾球不能接觸到的地方，則可認(rèn)為是由建筑物的接閃器能夠保護的區(qū)域，這一區(qū)域稱為保護區(qū)，如下頁圖中弧AC和DE以下的空間區(qū)域就是保護區(qū)。

從雷云對地放電過程來看，下行先導(dǎo)在到達(dá)由雷19圖2.2滾球法在建筑物面上的連續(xù)滾動確定雷擊點和保護范圍圖2.2滾球法在建筑物面上的連續(xù)20

以這種雷擊過程為基礎(chǔ)，根據(jù)下行先導(dǎo)發(fā)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(xiàn)的雷擊點，這就是滾球法的基本思想。

以這種雷擊過程為基礎(chǔ)，根據(jù)下行先導(dǎo)發(fā)展的隨機性和定21

在運用滾球法確定雷擊點時，應(yīng)先選定一個對應(yīng)于一定雷電流幅值的滾球半徑ds，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，即為可能的雷擊點，如圖2.3中所示的A點和C點，圖2.3用滾球法確定雷擊點在運用滾球法確定雷擊點時，應(yīng)先選定一個對應(yīng)于一22滾球半徑ds，它是基于以下的雷閃數(shù)學(xué)模型(電氣-幾何模型)：

或簡化為：

式中dr為滾球半徑，I為與dr相對應(yīng)的得到保護的最小雷電流幅值(kA)。

滾球半徑ds，它是基于以下的雷閃數(shù)學(xué)模型(電氣-幾何23

在電氣—幾何模型中，雷閃先導(dǎo)的發(fā)展起初是不確定的，直到先導(dǎo)頭部電壓足以擊穿它與地面目標(biāo)間的間隙時，也即先導(dǎo)與地面目標(biāo)的距離等于擊距時，才受到地面影響而開始定向。與dr相對應(yīng)的雷電流按上式整理后為：在建筑物的防雷設(shè)計中，滾球半徑的選擇應(yīng)采用建筑防雷設(shè)計規(guī)范推薦的數(shù)值，計算得到第一類防雷建筑物I=5.4kA，二類為I=10.1kA，三類為I=15.8kA。在電氣—幾何模型中，雷閃先導(dǎo)的發(fā)展起初是不確定的，直24滾球半徑的大小取決于回?fù)魰r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。對于強雷來說，其雷電流幅值大，相應(yīng)的滾球半徑就大，保護區(qū)就較大；對于弱雷來講，其雷電流幅值小。例如圖2.4，當(dāng)滾球半徑由ds2減小到ds1時，保護區(qū)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(zhuǎn)變?yōu)槔讚酎c。應(yīng)用滾球法可以確定建筑物的空間受雷曲面。圖2.4保護區(qū)隨滾球半徑的變化

滾球半徑的大小取決于回?fù)魰r雷電流幅值的大小，25如圖2.5表示在給定雷電流幅值所對應(yīng)半徑的球在給定外形尺寸的建筑物屋面接閃器（避雷網(wǎng)）上連續(xù)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2.6陰影區(qū)。用滾球法，還可以方便地確定復(fù)雜形狀建筑物上易受雷擊部位，這也是滾球法一個顯著優(yōu)點。圖2.5建筑物的空間受雷曲面

圖2.6復(fù)雜形狀建筑物上易受雷擊的部位的確定

如圖2.5表示在給定雷電流幅值所對應(yīng)半徑的球在給定外26劃分建筑物防雷分類的基本原則

按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057—942010的3.0.1條，建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，將建筑物分為三類。（2）建筑物防雷規(guī)范GB50057—942000規(guī)定的建筑物防雷分類劃分建筑物防雷分類的基本原則（2）建筑物防雷規(guī)范GB527建筑物的防雷分類的目的：減少建筑物獲被保護空間遭受直接雷擊的損害風(fēng)險，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財產(chǎn)損失，做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。建筑物的防雷分類的目的：減少建筑物獲被保護空間28防雷建筑物分類第一類防雷建筑物1、凡制造、使用或貯存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會造成巨大破壞和人身傷亡者。2、具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險場所的建筑物。3、具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者。

注意：重點考慮雷擊后可能造成的巨大破壞和人身傷亡的嚴(yán)重后果。防雷建筑物分類29

0區(qū)：正常情況下能形成爆炸性混合物（氣體或蒸汽爆炸性）的爆炸危險場所。1區(qū)：在不正常情況下能形成爆炸性混合物（氣體或蒸汽爆炸性）的爆炸危險場所。10區(qū)：正常情況下能形成粉塵或纖維爆炸性混合物的爆炸危險場所。

注:正常情況指連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性粉塵環(huán)境。

21區(qū)：在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生、使用、加工貯存或轉(zhuǎn)運閃點高于場所環(huán)境溫度的燃液體，在數(shù)量和配置上能引起火災(zāi)危險的場所。0區(qū)：正常情況下能形成爆炸性混合物（氣體或蒸汽爆炸性30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、大型火車站和飛機場、國賓館，國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。注：飛機場不含停放飛機的露天場所和跑道。3、國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義的建筑物。

4、國家特級和甲級大型體育館。

1-4重點考慮建筑物的重要性和雷擊后可能造成的后果。

第二類防雷建筑物：31

5、制造、使用或貯存火炸藥及其制品的危險建筑物，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、具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，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。7、具有2區(qū)或22區(qū)爆炸危險場所的建筑物。8、有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。

2區(qū)：在不正常情況下形成爆炸性混合物可能性較小的爆炸危險的場所。22區(qū)：在生產(chǎn)過程中，懸浮狀、堆積狀的可燃粉塵或可燃纖維不可能形成爆炸性混合物，但在數(shù)量和配置上能引起火災(zāi)危險的場所。

5、制造、使用或貯存火炸藥及其制品的危險建筑32

在這里也提到了制造、使用或貯存爆炸物質(zhì)的建筑物；具有爆炸危險場所(環(huán)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(dāng)布置在地面以上時，屬爆炸危險場所(環(huán)境)

，劃為第二類防雷建筑物；但當(dāng)置在地下或半地下時，其泵房又是大型石油化工聯(lián)合企業(yè)的原油泵房，劃為第一類防雷建筑物。在這里也提到了制造、使用或貯存爆炸物質(zhì)的建筑物33

9、預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危險場所。10、預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。注：預(yù)計雷擊次數(shù)應(yīng)按本規(guī)范附錄A計算。

9-10重點考慮發(fā)生雷電事故的可能性和后果，即雷擊發(fā)生越多，產(chǎn)生的后果越嚴(yán)重。

9、預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.05次/a的部、34第三類防雷建筑物：1、省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。2、預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危險場所。3、預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。4、在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。

第三類防雷建筑物：35防雷建筑物分類條件分析

第二類和第三類防雷建筑物都涉及到依據(jù)預(yù)計雷擊次數(shù)劃分防雷建筑物的類別，那么預(yù)計雷擊次數(shù)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RT值（即R≤RT）。

防雷建筑物分類條件分析36

取每年RT=10-5，即每年十萬分之一的損壞概率?；诮ㄖ锬觐A(yù)計雷擊次數(shù)（N）和防雷裝置或建筑物遭雷擊一次發(fā)生損壞的綜合概率（P），對于時間周期t=1年，有：R=NP（1）P=Pi·Pid+Pf·Pfd（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(guān)；Pf—閃電穿過防雷裝置擊到需要保護的建筑物的概率，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(guī)格，保護失敗而發(fā)生損壞的概率；Pfd—防雷裝置沒有截收而發(fā)生損壞的概率。取每年RT=10-5，即每年十萬分之一的損壞概率37

一次雷擊后可能同時在不同地點發(fā)生n處損壞，每處損壞的分概率為Pk，這些分概率是并聯(lián)組成，因此，一次雷擊的總損壞概率為：

Pd=1－

分損壞概率包含這樣一些事件，如爆炸、火災(zāi)、生命觸電、機械性損壞、敏感電子或電氣設(shè)備損壞或受到干擾等等。在確定分損壞概率時，應(yīng)考慮到同時發(fā)生兩類事件，即引發(fā)損壞的事件（如金屬熔化、導(dǎo)體熾熱、側(cè)向跳擊、不容許的接觸電壓或跨步電壓，等等）和被損壞物體的出現(xiàn)（即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存在）這兩類事件同時發(fā)生。出現(xiàn)引發(fā)損壞的事件的概率直接或間接與閃擊參量的分布概率有關(guān)，在設(shè)計防雷裝置和選用其規(guī)格尺寸時是依據(jù)閃擊參量的。一次雷擊后可能同時在不同地點發(fā)生n處損壞，每處損壞的38

在引發(fā)事件的地方出現(xiàn)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(fā)事件的地方出現(xiàn)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(fā)的損壞是肯定的，損壞的出現(xiàn)與可能被損壞的周圍物體的出現(xiàn)是同時發(fā)生的，因此，Pfd=Pr；③被截到的雷擊引發(fā)的損壞的總概率只與防雷裝置的尺寸效率Es有關(guān)，并假定（1-Es）。Es規(guī)定為這樣一個綜合概率，即被截收的雷擊在此概率下不應(yīng)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(guī)格的閃擊參量值有關(guān)。

在引發(fā)事件的地方出現(xiàn)可能被損壞的周圍物體的概39

將Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，Pid用Pr（1-Es）代入，此外，引入一個附加系數(shù)Wr，它是考慮雷擊后果的一個系數(shù)，后果越嚴(yán)重，Wr值越大。因此（2）式轉(zhuǎn)化為：（

P=Pi·Pid+Pf·Pfd）P=PrWr（1-EiEs）（3）

概率Pr應(yīng)看成一個系數(shù)，它表示建筑物自身保護程度，它取決于建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、存放物或設(shè)備。=EiEs（4）

或Ei

Es為防雷裝置的效率。從（1），（3），（4）式得：（5）

將Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，40如果R值采用可接受的最大損壞危險度RT=10-5，并使式中NT—建筑物可接受的年允許遭雷擊次數(shù)。因此，防雷裝置所需要的效率應(yīng)符合下式：（6）（7）（8）

如果R值采用可接受的最大損壞危險度RT=10-5，并使式中41第三類防雷建筑物所裝設(shè)的防雷裝置EiEs=Ei·Es0.84(0.85)0.97(0.95)0.81(0.80)Ei和Es值根據(jù)IEC62305-1:2006-01的有關(guān)資料，第三類防雷建筑物所裝設(shè)的防雷裝置的有關(guān)值如下表注：1、Ei為防雷裝置截收雷擊的概率，或防雷裝置的截收效率，其值與接閃器的布置有關(guān)，第三類防雷建筑物采用60m的滾球半徑，其對應(yīng)的最小雷電流幅值為16kA，雷電流大于16kA的概率為0.84。2、Es與用來定接閃器、引下線、接地裝置的尺寸和規(guī)格的閃擊參量值有關(guān)，小于第三類防雷建筑物所規(guī)定的各雷電流參量最大值的概率為0.97。第三類防雷建筑物所裝設(shè)的防雷裝置EiEs=Ei·Es0.842

根據(jù)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0.2·10-3（1.6·10-4）5·10-2（6·10-2）公共建筑物重大危害（引起驚慌、重大損失）1·10-3（8·10-4）1·10-2

（1.2·10-2）

PrWr值

根據(jù)驗算和對比，一般建筑物和公共建筑物所采用的43

由上面可以看到防雷裝置所需要的效率與建筑物可接受的年允許遭雷擊次數(shù)NT及建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)（N）有關(guān)，根據(jù)上表中給出的數(shù)值看看規(guī)范中劃分第二和第三類建筑物的預(yù)計年雷擊次數(shù)是如何得到的？對保護第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率η值為：

=0.81NT=110-2（重大危害）代入（8）式

0.81≥[1-（1·10-2）/N]

N≤1·10-2/0.19＝0.053≈0.05。N≤0.05（次/a）

只有N≤0.05（次/a）才能保護R值不大于10-5，從而才能保證防護的效率。若N0.05，R大于10-5，再采用第三類建筑物的防護就達(dá)不到應(yīng)有的效率，因此應(yīng)升級采用第二類建筑物的防雷措施。

由上面可以看到防雷裝置所需要的效率與建筑物可接44對保護第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率η值為：

=0.81NT=510-2（正常危害）代入（3.8）式0.81≥[1-（1·10-2）/N]

N≤1·10-2/0.19＝0.26≈0.25。N≤0.25（次/a）只有N≤0.25（次/a）才能保護R值不大于10-5，從而才能保證防護的效率。若N0.25，R大于10-5，再采用第三類建筑物的防護就達(dá)不到應(yīng)有的效率，因此應(yīng)升級采用第二類建筑物的防雷措施。對保護第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率η值為：45建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)在雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估、防雷分級保護以及防雷工程設(shè)計等工作中都設(shè)計到建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)的計算好使用，它是防雷業(yè)務(wù)中常用的重要參數(shù)。1、建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)按下式計算

N=kNgAe

式中N建筑物預(yù)計雷擊次數(shù)（次/a）；k雷擊次數(shù)校正系數(shù)；Ng建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度[次/（km2a）]；Ae

與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)46

(1)雷擊次數(shù)校正系數(shù)k的取值：在一般情況下取1；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5;

金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7；位于曠野孤立的建筑物取2。

(2)雷擊大地的年平均密度，首先應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_、站資料確定；若無此資料，可按下式計算。Ng=0.1Td

式中Td年平均雷暴日，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_、站資料確定（d/a）。(1)雷擊次數(shù)校正系數(shù)k的取值：47(3)建筑物等效面積Ae的計算：建筑物等效截收面積定義為與建筑物具有相同的年直接雷擊次數(shù)的大地表面積，其面積應(yīng)為其實際平面向外擴大后的面積。其計算方法應(yīng)符合下列規(guī)定：①、當(dāng)建筑物的高當(dāng)H100m時，每邊的擴大寬度：

式中D是建筑物每邊的擴大寬度（m）；Ae是等效截收面積。L、W、H分別為建筑物的長、寬、高（m）。(3)建筑物等效面積Ae的計算：L、W、48注：建筑物平面積擴大后的面積Ae如圖中周邊虛線所包圍的面積。注：建筑物平面積擴大后的面積Ae如圖中周邊虛線所49②當(dāng)建筑物的高H小于100m，同時其周邊在2D范圍內(nèi)有等高或比它低的其他建筑物，這些建筑物不在所考慮建筑物以hr=100(m)的保護范圍內(nèi)時，按①式算出的Ae可減去(D/2)×(這些建筑物與所考慮建筑物邊長平行以m計的長度總和)×10-6(km2)。

當(dāng)四周在2D范圍內(nèi)都有等高或比它低的其他建筑物時，其等效面積可按下式計算。其等效面積為：②當(dāng)建筑物的高H小于100m，同時其周邊在2D范圍50

③當(dāng)建筑物的高H小于100m，同時其周邊在2D范圍內(nèi)有比它高的其他建筑物時，按①式算出的Ae可減去D×(這些建筑物與所考慮建筑物邊長平行的以m計的長度總和)×10-6(km2)。當(dāng)四周在2D范圍內(nèi)都有比它高的其他建筑物時，其等效面積可按下式計算。其等效面積為：Ae=LW×10-6（km2）③當(dāng)建筑物的高H小于100m，同時其周邊在251

④當(dāng)H≥100m時每邊的擴大寬度應(yīng)按等于建筑物的高度H，即D=H計算。建筑物的等效面積應(yīng)按下式計算：Ae=[LW+2H(L+W)+H2]10-6④當(dāng)H≥100m時Ae=[LW+2H(L+W52⑤當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m，同時其周邊在2H范圍內(nèi)有等高或比它低的其他建筑物，這些建筑物不在所考慮建筑物以hr=H(m)的保護范圍內(nèi)時，按④式算出的Ae可減去(H/2)×(這些建筑物與所考慮建筑物邊長平行的以m計的長度總和)×10-6(km2)。其等效面積為：

⑤當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m，同時其周53

⑥當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m，同時其周邊在2H范圍內(nèi)有比它高的其他建筑物時，按④式算出的Ae可減去H×(這些建筑物與所考慮建筑物邊長平行以m計的長度總和)×10-6(km2)。注：當(dāng)四周在2H范圍內(nèi)都有比它高的其他建筑物時，其等效面積為：Ae=LW×10-6(km2)⑥當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m，同時54⑦當(dāng)建筑物各部位的高不同時，應(yīng)沿建筑物周邊逐點算出最大擴大寬度，其等效面積Ae應(yīng)按每點最大擴大寬度外端的連接線所包圍的面積計算。

注：建筑物平面積擴大后的面積Ae如圖中周邊虛線所包圍的面積。建筑物的等效面積（H等于或大于100米）⑦當(dāng)建筑物各部位的高不同時，應(yīng)沿建筑物周邊逐點算出55建筑物的等效面積示意

建筑物的等效面積示意56平坦地帶建筑物的等效截收面積平坦地帶建筑物的等效截收面積57在復(fù)雜地形中建筑物的等效截收面積在復(fù)雜地形中建筑物的等效截收面積58首次及雷擊的雷電流參量

雷電流參數(shù)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）1007550W/R單位能量（MJ/）105.62.5（3）建筑物防雷雷電參數(shù)取值首次及雷擊的雷電流參量

雷電流參數(shù)防雷建筑物類別一59波形參數(shù)建筑物防雷類別第一類第二類第三類電流幅值Im（kA）5037.525波頭時間t1(μs)5波長（半幅值）時間t(μs)100100100后續(xù)雷擊的雷電流波形參數(shù)

關(guān)于雷電流波形參數(shù)－幅值、波頭和波長時間，已經(jīng)累積了各種實測數(shù)據(jù)，雖然基本規(guī)律大致接近，但具體數(shù)值卻有差別，存在一定的分散性。其原因主要來自兩個方面：一是雷電放電本身的隨機性受到各地氣象、地形和地質(zhì)等自然條件的諸多因素影響；二是測量手段和測量技術(shù)水平不同。波形參數(shù)建筑物防雷類別第一類第二類第三類電流幅值60

長時間雷擊的雷電流參量雷電流參數(shù)防雷建筑物類別一類二類三類Q1電荷量（c）200150100I幅值（kA）200150100T時間（s）注：平均電流I=Q1/T長時間雷擊的雷電流參量雷電流參數(shù)61大氣中雷擊強度概率分布（符合IEC61024-1）正閃擊和負(fù)閃擊的概率分布大氣中雷擊強度概率分布（符合IEC61024-1）正閃擊和負(fù)62（4）避雷針保護范圍的計算

①單支避雷針的保護范圍單支避雷針的高度不大于滾球半徑hr（這里hr=hs）a、距地面hr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(zhuǎn)180，所得圓弧曲面圓錐體即為避雷針的保護范圍。

（4）避雷針保護范圍的計算63圖2.8單支避雷針的保護范圍

圖2.7單支避雷針的保護范圍計算簡圖

圖2.8單支避雷針的保護范圍圖2.7單支避雷針的保護范圍64避雷針在地面上的保護半徑r0，可確定為：

d、避雷針在hx高度的xx′平面上和地面上的保護半徑：式中，hs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。

避雷針在地面上的保護半徑r0，可確定為：式中65單支避雷針的保護范圍立體圖單支避雷針在hx高度的保護范圍

單支避雷針的單支避雷針在hx66例一：有一第二類防雷建筑物，避雷針的高度為8m，求其保護范圍？解：第二類防雷建筑物，滾球半徑為45m。圖2.9單支8.0m避雷針的保護范圍計算例一：有一第二類防雷建筑物，避雷針的高度為8m，求其保護范圖67例二：某公司在地面上有兩臺高2.35m的天線，相距3.6m，為了保護這兩臺天線，在其中間裝一支避雷針，問此避雷針的高度應(yīng)為多高?解：判斷為第二類建筑物，滾球半徑取45m，兩臺天線相距3.6m，避雷針設(shè)在中間，在2.35m的高度上避雷針的保護范圍要大于3.6／2=1.8m才能保護這兩臺天線。

答：安裝大于4高的避雷針就能保護這兩臺天線。例二：某公司在地面上有兩臺高2.35m的天線，相距3.6m，68例三：有一二類防雷建筑物高28m，長50m，寬10m，女兒墻高1m，屋頂中央架設(shè)了一根高8m的避雷針，求避雷針在建筑物頂部的保護范圍？解：避雷針的實際高度為36m(28+8=36m)，小于滾球半徑45m)，屋頂離地高度為28m，計算避雷針在離地28m處的保護半徑：單支8.0m避雷針安裝在屋面的保護范圍

=44.1－41.7=2.4(m)在屋頂上敷設(shè)避雷網(wǎng)及在女兒墻上裝避雷帶，此時建筑物的頂部用避雷網(wǎng)、避雷帶托住滾球，因此建筑物的頂部也成了“地”。例三：有一二類防雷建筑物高28m，長50m，寬10m，女兒墻69單支避雷針的高度h＞hs的保護范圍hs

在避雷針上取高度為hs的一點代替避雷針針尖為圓心，其余的作圖步驟同h≤hs的情況。當(dāng)hhs時，避雷針的保護范圍不再增大，并在其高出滾球半徑的部分，即h－ds部分，將會出現(xiàn)側(cè)向暴露區(qū)，在避雷針的該部分上將會遭到側(cè)面雷擊，CD和EF以外的部分就不在保護取。圖2.10h＞hs單支避雷針的保護范圍

cDEFh單支避雷針的高度h＞hs的保護范圍hs圖2.10h70②雙支等高避雷針的保護范圍雙支避雷針之間的保護范圍是按照兩個滾球在地面從兩側(cè)滾向避雷針，并與其接觸后兩球體的相交線而得出的。

在避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時：當(dāng)兩支避雷針的距離D≥時，滾球則可以在地面上從兩針中間自由滾動，雙支避雷針之間的保護范圍應(yīng)按單支避雷針的方法確定。

②雙支等高避雷針的保護范圍71圖2.11雙支等高避雷針的保護范圍立體圖（D<）

圖2.11雙支等高避雷針的保護范圍立體圖（D<72圖2.12雙支等高避雷針的保護范圍om

當(dāng)D小于時，兩針之間有共同的保護范圍，應(yīng)按下列方法確定。圖2.12雙支等高避雷針的保護范圍om當(dāng)D小于73ABCD外側(cè)的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定；在兩針之間rx垂直平分線上（即C、E點的平分點），在地面每側(cè)的最小保護寬度bo按下式計算：ABCD外側(cè)的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定；74

該保護范圍上邊線是以中心線距地面hr的一點O為圓心，以為半徑所作的圓弧AB。圖2.13雙支等高避雷針保護范圍的計算簡圖o該保護范圍上邊線是以中心線距地面hr的一點O75

兩針間AEBC內(nèi)的保護范圍，ACO部分的保護范圍按以下方法確定：在任一保護高度hx和C點所處的垂直平面上，以hx作為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點確定（圖2.14剖面圖）。確定BCO、AEO、BEO部分的保護范圍的方法與ACO部分的相同。關(guān)鍵是hx的計算。圖2.14雙支等高避雷針的保護范圍中的1-1剖面圖兩針間AEBC內(nèi)的保護范圍，ACO部分的保護范圍按以下76在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，其在保護范圍上邊線上的保護高度hx按下式確定：半徑為R的圓弧曲線AOB上任意一點F，假想在該點有一支避雷針，其高度為hx，F(xiàn)點就是避雷針針尖。由圖2.13可知，圓弧曲線AOB的半徑為：即在圓弧曲線AOB上任意點F的高h(yuǎn)x。

在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，其在保護范圍上邊線77圖2.15在D小于時，雙支等高避雷針在hx高度的保護范圍圖2.15在D小于78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(shè)避雷針的長度，以下將分兩種典型情況加以說明。

建筑物頂部周邊設(shè)有避雷帶

圖2.16建筑物頂部設(shè)避雷

建筑物頂部突出屋面上避雷針長度的確定圖2.16建筑物頂79

例一：圖2.17一座建筑物為坡屋頂，屋長40m，寬8m，脊高5.5m，檐高3.5m，采用在屋脊上安裝雙支避雷針保護，兩支避雷針相距D=30m，針高5m，經(jīng)測量接地電阻為30歐姆。用作桶裝貯漆間或用作非桶裝貯漆間，這一設(shè)計能否對該建筑物做防雷保護？圖2.17 雙支避雷針保護例一：圖2.17一座建筑物為坡屋頂，屋長40m，寬8m，脊80

解：1、用作桶裝貯漆間時，為2區(qū)爆炸危險環(huán)境，該建筑為第二類防雷建筑物，原避雷兩針之間的間距為D=30m，針高度為

5+5.5=10.5m。

在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護高度：5.5m（滿足要求）在山墻的屋脊部位hx=5.5m時，rx==7.33(m)5.0m（滿足要求）解：1、用作桶裝貯漆間時，為2區(qū)爆炸危險環(huán)境，該建筑為第二81在避雷針的垂直平分線位置，屋檐的hx=3.5m，虛擬避雷針的高度為7.38m時，rx

==7.29(m)4.0m（滿足要求）結(jié)論一：用作桶裝貯漆間時，原有避雷針可滿足要求。解2、用作非桶裝貯漆間時，為1區(qū)爆炸危險環(huán)境，該建筑為第一類防雷建筑物。在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護高度計算＜5.5m（不滿足要求）在避雷針的垂直平分線位置，屋檐的hx=3.582rx

=在山墻的屋脊部位hx=5.5m時，rx

==5.49m5.0m（滿足要求）在避雷針的垂直平分線位置，屋檐的hx=3.5m，虛擬避雷針的高度為7.38m時，結(jié)論二：用作非桶裝貯漆間時，原有避雷針不滿足要求。(m)<4.0m（不滿足要求）rx=在山墻的屋脊部位hx=5.5m時，(83解：認(rèn)定該建筑物為第三類防雷建筑物，hr=60m，避雷針距建筑物山墻端部5m，房屋的脊、檐是最突出的部位，只要避雷針能夠保護脊、檐，就對整個房屋起保護作用。計算地面保護半徑：D==53.14m＜2×36.39（m）r0==36.39（m）兩針之間的距離：例二：如圖所示，在一屋長60m，寬10m，脊高5.9m，檐高3.4m的混合結(jié)構(gòu)房屋安裝如圖所示位置高12.3m的雙支避雷針，審定該避雷針能否保護這一房屋？并畫出平面保護圖。解：認(rèn)定該建筑物為第三類防雷建筑物，hr=60m，避雷針距84

作圖畫出r1=16.48m保護范圍；在h2=5.9m高度的保護半徑：在高度h1=3.4m時的保護半徑：結(jié)論：A、5.9m高度上的中段屋脊27.5710.44m，不在保護范圍內(nèi)；B、3.4m高度上的中段屋檐28.6516.48不在保護范圍內(nèi)；C、修改方案是：①、加高避雷針；②、改用避雷線。作圖畫出兩針在該高度r2=10.44m的保護范圍。28.65m作圖畫出r1=16.48m保護范圍；在高度h1=3.4m85圖2.18雙支不等高避雷針保護范圍的立體圖

③雙支不等高避雷針的保護范圍圖2.18雙支不等高避雷針保護范圍的立體圖③86④確定四支等高避雷針

圖2.19四支等高避雷針方形布置時的保護范圍④確定四支等高避雷針圖2.19四支等高避雷針方形87②、感應(yīng)過電壓問題？避雷針吸引雷電，所以雷擊次數(shù)就會提高，強大的雷電流沿針而下過程中，其周圍產(chǎn)生的交變磁場會在附近沒有屏蔽或屏蔽效果差的保護物上形成感應(yīng)過電壓而造成事故。③、反擊問題？當(dāng)雷電被吸引到針上，將有數(shù)十或數(shù)百千安的高頻雷電流通過避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時針和引下線的電位很高，若其對被保護物之間的距離小于安全距離時，會由針及其引下線向被保護物發(fā)生反擊，損壞被保護物。x②、感應(yīng)過電壓問題？x88第三節(jié)避雷線的保護避雷線是由懸掛在空中的水平導(dǎo)線，接地引下線和接地體組成。水平懸掛的導(dǎo)線用于直接承受雷擊，起接閃器作用。避雷線設(shè)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(dǎo)，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。第三節(jié)避雷線的保護89

避雷線廣泛用于高壓架空輸電線路的防雷保護，架設(shè)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(shè)置避雷線，就能利用避雷線的引雷作用將雷云的下行先導(dǎo)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

避雷線廣泛用于高壓架空輸電線路架空線路上方的避雷線90第四節(jié)避雷帶與避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護

1876年英國防雷協(xié)會會議上J．C．Maxwell為避免在建筑物上安裝避雷針而可能吸引更多的雷云放電，提倡使用避雷帶和法拉第籠。這一發(fā)展曾為富蘭克林所預(yù)見，他曾建議在建筑物上裝設(shè)在“沿屋脊的中間線”。 從另一角度考慮，當(dāng)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，也需要在建筑物上設(shè)置避雷帶或避雷網(wǎng)來防直接雷擊。避雷帶和避雷網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)代建筑物的防雷設(shè)計中得到了十分廣泛的應(yīng)用。第四節(jié)避雷帶與避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護91一.避雷帶保護

避雷帶是用圓鋼或扁鋼作成的長條帶狀體，常裝設(shè)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(yīng)保持大地良好的電器連接，當(dāng)雷云的下行先導(dǎo)向建筑物上的這些易受雷擊部位發(fā)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(yīng)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(shè)避雷針（b）平屋面上設(shè)避雷帶（c）女兒墻上設(shè)避雷帶避雷帶的設(shè)置abc一.避雷帶保護避雷帶的設(shè)置ab92避雷帶保護應(yīng)注意的問題：

由安培定律可知，凡含有拐彎部分的載流導(dǎo)體或金屬構(gòu)件，其拐彎部分都將受到電動力的作用，拐彎處的夾角越小，受到的電動力就越大。所以當(dāng)拐彎夾角為銳角時，所受到的電動力相對較大；而當(dāng)拐彎處的夾角為鈍角時，所受到的電動力相對較小。因此，在防雷設(shè)計與施工中，避雷引下線的走線方式應(yīng)盡可能走直線路徑，在必須拐彎的情況下，應(yīng)采取鈍角并帶圓弧向下走線，而應(yīng)避免采用銳角或繞直角向下走線。當(dāng)避雷引下線非要走銳角路徑不可時，應(yīng)在線路的銳角拐彎處采取牢固的機械固定措施，以防被電動力拉動。避雷帶保護應(yīng)注意的問題：93二.避雷網(wǎng)（法拉第籠）保護避雷網(wǎng)實際上相當(dāng)于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起，在建筑物上設(shè)置避雷網(wǎng)可以實施對建筑物的全面防雷保護。避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護法示意

二.避雷網(wǎng)（法拉第籠）保護避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護法示意94

明裝避雷網(wǎng)

避雷網(wǎng)的設(shè)置有明裝和暗裝兩種形式：

明裝防雷網(wǎng)是在建筑物的屋頂上或?qū)禹斘菝嫔弦钥梢娊饘倬W(wǎng)格作為接閃器，沿其四周或沿外墻做引下線接地。明裝避雷網(wǎng)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，現(xiàn)在較少使用。明裝避雷網(wǎng)避雷網(wǎng)的設(shè)置有明裝和暗裝兩種形95暗裝避雷網(wǎng)目前則使用得十分廣泛。暗裝避雷網(wǎng)一般是利用現(xiàn)代建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋來構(gòu)成的，在沒有澆筑混凝土前就象一個大鐵籠子。它是將建筑物屋面的鋼筋網(wǎng)格作接閃器使用，或?qū)敲娴匿摻钜脚畠簤σ陨厦餮b避雷帶，利用多根垂直鋼筋為引下線，利用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋為接地裝置，再將樓面、梁、柱、樓板、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋按防雷設(shè)計規(guī)范要求進行電氣上的相互連接，這樣就將整個建筑物構(gòu)件中的所有鋼筋連接成一個統(tǒng)一的導(dǎo)電系統(tǒng)，縱橫交錯、密密麻麻構(gòu)成一個大的立體避籠式雷網(wǎng)（法拉第籠），將整個建筑物罩住。立體金屬籠網(wǎng)

建筑物的籠式避雷網(wǎng)暗裝避雷網(wǎng)目前則使用得十分廣泛。暗裝避雷網(wǎng)一般是利用96

注意：

采用暗裝避雷網(wǎng)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(dāng)其中的鋼筋距層面的厚度大于20cm時，應(yīng)另設(shè)輔助避雷網(wǎng)。有些特高層建筑的基礎(chǔ)防水層使用了橡膠或其它合成物，有絕緣作用，此時宜在地面將主鋼筋多條與水泥護坡樁內(nèi)鋼筋連接，最好是用一扁鋼將護坡樁的鋼筋連成一圈。注意：97

籠式避雷網(wǎng)的作用：

籠式避雷網(wǎng)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(cè)面遭雷擊?；\式避雷網(wǎng)能夠?qū)纂娏鳟a(chǎn)生的暫態(tài)脈沖電磁場起屏蔽作用，使進入建筑物內(nèi)部的電磁干擾受到削弱；另一方面，籠式避雷網(wǎng)也能夠?qū)讚魰r產(chǎn)生的暫態(tài)電位升高起到電位均衡作用，將籠網(wǎng)各部位的暫態(tài)對地懸浮電位均衡到大致相等的水平。當(dāng)然，籠式避雷網(wǎng)的這些防護雷電損害作用的效果與籠體的大小及其網(wǎng)格尺寸有關(guān)，籠體越小且其網(wǎng)格尺寸越小，則其防雷效果就越好。網(wǎng)格尺寸的大小取決于被保護建筑物的重要性?；\式避雷網(wǎng)的作用：98

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(wǎng)焊接，以形成統(tǒng)一的接閃系統(tǒng)。對于建筑物頂部突出的非鋼筋混凝土物體，可以另設(shè)避雷網(wǎng)或避雷針加以保護，如圖所示。建筑物頂部突出物體的保護

在建筑物頂部常有一些金屬突出物，如金屬旗桿、透氣管、99第五節(jié)接閃器的設(shè)置一.建筑物外部防雷裝置建筑物外防直擊雷是指建筑物外部防雷。包括防直擊雷、側(cè)擊雷和雷電反擊等內(nèi)容。

直擊雷：雷云與大地之間直接通過建(構(gòu))筑物、電氣設(shè)備或樹木等放電稱為直擊雷。

防直擊雷的基本原則：引導(dǎo)雷云對避雷裝置放電，使雷電流通過低阻抗通路迅速流入大地，從而保護建(構(gòu))筑物免受雷擊。第五節(jié)接閃器的設(shè)置一.建筑物外部防雷裝置100

建筑物外部防雷組成：接閃器：外部防雷裝置中用于攔截雷電閃擊的那一部分。引下線：外部防雷裝置中用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的那一部分。接地裝置：外部防雷裝置中用于將雷電流傳導(dǎo)及散流入地的那一部分。接地體是接地裝置的一部分，它直接與大地有電氣接觸并將雷電流散流入大地。環(huán)形接地體是在地下或地面以環(huán)繞建筑物構(gòu)成一閉合環(huán)路的接地體。建筑物外部防雷組成：101二.接閃器的設(shè)置1、防雷建筑物的接閃器采用避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）避雷針是安裝在建筑物突出部位或獨立裝設(shè)的針形導(dǎo)體。通常采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。避雷線是通常用于裝設(shè)在架空輸電線路上的導(dǎo)線，一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。架空避雷網(wǎng)是架設(shè)在屋面上空縱橫敷設(shè)的避雷帶組成的網(wǎng)格。二.接閃器的設(shè)置102安裝獨立避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）使被保護的建筑物及風(fēng)帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器保護范圍內(nèi)；

架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于5.0m×5.0m或6.0m×4.0m（第一類防雷建筑物）；10×10m或≤12×8m（第二類防雷建筑物）；20m×20m或24m×16m（第三類防雷建筑物）；獨立避雷針及其接地裝置與道路或建筑物的出入口等的距離應(yīng)大于3m。當(dāng)小于3m時，應(yīng)采取均壓措施或鋪設(shè)卵石或瀝青地面。獨立避雷針的接地裝置與建筑物接地網(wǎng)的地中距離不應(yīng)小于3m。安裝獨立避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）使被保護的建筑103圖2.20架空避雷線網(wǎng)與被保護建筑物的距離示意圖2.20架空避雷線網(wǎng)與被保護建筑物的距離示意104排放有爆炸危險的氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等的管口外的以下空間應(yīng)處于接閃器的保護范圍內(nèi)：當(dāng)有管帽時應(yīng)按表2.2確定；當(dāng)無管帽時，應(yīng)為管口上方半徑5m的半球體，接閃器與雷閃的接觸點應(yīng)設(shè)在上述空間之外。排放排風(fēng)管等，當(dāng)其排放物達(dá)不到爆炸濃度、長期點火燃燒、一點火就燃燒時，以及發(fā)生事故時排放物才達(dá)到爆炸濃度的通風(fēng)管、安全閥，接閃器的保護范圍可僅保護到管帽，無管帽時可僅保護到管口。排放有爆炸危險的氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排105表2.2有管帽的管口外處于接閃器保護范圍內(nèi)的空間裝置內(nèi)的壓力與周圍空氣壓力的壓力差（kPa）排放物的比重與空氣相比較管帽以上的垂直高度（m）距管口處的水平距離（m）＜5重于空氣125～25重于空氣2.55≤25輕于空氣2.55＞25重或輕于空氣55注：相對密度小于或等于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為輕于空氣的氣體；相對密度大于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為重于空氣的氣體。表2.2有管帽的管口外處于接閃器保護范圍內(nèi)的空間裝置106對于第三類防雷建筑物避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。應(yīng)在整個屋面組成不大于20m×20m或24m×16m的網(wǎng)格。平屋面的建筑物，當(dāng)其寬度不大于20m時，可僅沿周邊輻射一圈避雷帶。圖2.21建筑物易受雷擊的部位

對于第三類防雷建筑物避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)沿屋角、屋脊107第六節(jié)引下線及其設(shè)置

引下線是連接防雷接閃裝置和接地裝置的一段導(dǎo)線。其作用是將雷電流引入接地裝置。引下線可以是有若干條并聯(lián)的電流通路，其電流通路的長度應(yīng)是最短的。獨立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網(wǎng)的各支柱處應(yīng)至少設(shè)一根引下線。對金屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網(wǎng)的桿塔（或支柱），宜利用其作引下線。引下線不應(yīng)少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于12m（第一類防雷建筑物），18m（第二類防雷建筑物）25m（第三類防雷建筑物）。第六節(jié)引下線及其設(shè)置108獨立避雷針支柱（引下線）和架空避雷線（網(wǎng)）的設(shè)置原則：

第一類防雷建筑物：獨立避雷針支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的水平距離，應(yīng)符合下列表達(dá)式的要求，但不得小于3m。

圖2.22 防雷裝置至被保護物的距離獨立避雷針支柱（引下線）和架空避雷線（網(wǎng)）的設(shè)置原則：圖2.109

為什么要保護獨立避雷針和架空避雷線(網(wǎng))的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯(lián)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(chǎn)生的高電位對被保護的建筑物或與有聯(lián)系的金屬物發(fā)生反擊。應(yīng)使防雷裝置與這些物體之間保持一定的安全距離。為什么要保護獨立避雷針和架空避雷線(網(wǎng))的支柱110防雷裝置中任意一點A處的暫態(tài)電位可表示為：式中uA—A點對真實地的暫態(tài)電位，kV；di/dt—雷電流波頭時間變化率，kA/s；i—雷電流，kA；Rg—接地體的沖擊接地電阻，Ω；L0—引下線單位長度電感，μH/m

h—A點到接地體的長度，m。圖2.23防雷裝置中的暫態(tài)電位抬高防雷裝置中任意一點A處的暫態(tài)電位可表示為：式111

防雷裝置中任意一點暫態(tài)電位的幅值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。研究表明，電阻壓降和電感壓降使空氣擊穿的電場強度是有差異的，電阻壓降的空氣擊穿場強可近似取為500kv/m。而電感壓降的空氣擊穿場強E則與雷電流的波頭時間有關(guān)，它們之間的關(guān)系為：

式中EL—電感壓降的空氣擊穿場強，kv/m；

f—雷電流波頭時間，μs。

防雷裝置中任意一點暫態(tài)電位的幅值取決于由雷電流幅值與沖112

防雷裝置暫態(tài)電位升高使得它與周圍不共地的金屬體之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差。例如在圖2-26中，引下線附近有一條金屬管道，該管道不與防雷裝置的接地體連接，當(dāng)建筑物遭受雷擊時，引下線上A點與管道上的B點之間將出現(xiàn)暫態(tài)電位差uAB。在uAB作用下，如果A、B兩點之間的間隙距離滿足下式：

則引下線與金屬管道之間的空氣間隙將被擊穿，使管道也帶上高電位。防雷裝置暫態(tài)電位升高使得它與周圍不共地的金屬體113

從法拉弟籠的觀點看，網(wǎng)格尺寸和引下線間距越小，對雷電感應(yīng)的屏蔽越好，局部區(qū)域的電位分布較均勻。雷電流通過引下線入地，當(dāng)引下線數(shù)量較多且間距較小時，雷電流在局部區(qū)域分布也較均勻，引下線上的電壓降減小，反擊危險也相應(yīng)減小。對引下線間距，根據(jù)IEC62305標(biāo)準(zhǔn)，第一類、第二類、第三類防雷建筑物的引下線間距相應(yīng)應(yīng)為10、15、25m。但考慮到我國工業(yè)建筑物的柱距，一般均為6m，因此，按6m的倍數(shù)考慮，故我國對引下線間距相應(yīng)定為12、18、25m。

從法拉弟籠的觀點看，網(wǎng)格尺寸和引下線間距越小114對于較高的建筑物，引下線很長，雷電流的電感壓降將達(dá)到很大的數(shù)值，需要在每隔不大于12m之處，用均壓環(huán)將各條引下線在同一高度處連接起來，并接到同一高度的屋內(nèi)金屬物體上，以減小其間的電位差，避免發(fā)生火花放電。由于要求將直接安裝在建筑物上的防雷裝置與各種金屬物互相連接，并采取了若干等電位措施，故不必考慮防止反擊的間隔距離。對于較高的建筑物，引下線很長，雷電流的電感壓降將達(dá)到115

當(dāng)接閃器受雷接閃時，雷電流將沿接閃器注入防雷裝置，并經(jīng)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(tài)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：式中uA—A點對真實地的暫態(tài)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，（Ω）；L0—引下線單位長度電感，（μH/m），取其等于1.5μH/m；hA—A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。當(dāng)接閃器受雷接閃時，雷電流將沿接閃器注入防116

根據(jù)IEC62305提供的電感電壓降的空氣擊穿強度為EL=600(1+1/t1)（kv/m）當(dāng)t1=10s時，

EL=600(1+1/10)=660（kv/m）當(dāng)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。

獨立避雷針和架空線（網(wǎng)）的支柱與被保護物體及其有聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的安全距離就可以求出：根據(jù)IEC62305提供的電感電壓降的空氣117在地上部分：對第一類防雷建筑物首次雷擊：

i=200kA，T1=10s，

ER=500（kV/m），

EL=660（kV/m），L0=1.5

H/m?？紤]計算簡單取Sal≥0.4Ri+0.04hx因此

Sa1≥0.4（Ri+0.1hx）（9）在地上部分：考慮計算簡單取Sal≥0.4Ri+0.04hx118Sa1≥0.1（Ri+hx）（10）對第一類防雷建筑物后續(xù)雷擊：

I=50kA，T1=0.25s，ER=500（kV/m）EL=3000（kV/m）L0=1.5

H/m

0.4（Ri＋0.1hx）=0.1（Ri＋hx）相等的條件是即hx=5Ri。因此，當(dāng)hx＜5Ri時，（3.1）式的計算值大于（3.2）式的計算值；當(dāng)hx＞5Ri時，（3.2）式的計算式的計算值大于（3.1）式的計算值。因此當(dāng)hx＜5Ri時，Sa10.4（Ri+0.1hx）（9）當(dāng)hx≥5Ri時，Sa1≥0.1（Ri+hx）（10）Sa1≥0.1（Ri+hx）（10）對第一119

根據(jù)R.H.Golde《雷電》一書（1977年版)，土壤的沖擊擊穿場強為2001000kV/m，其平均值為600kV/m，取與空氣擊穿強度一樣的數(shù)值，即500kV/m。根據(jù)第一類防雷建筑物取I=200kA。因此，地中的間隔距離為Se1≥IRi/500=200Ri/500=0.4Ri即Se1≥0.4Ri

根據(jù)計算，在接閃線立桿高度為20m、接閃線長度為50～150m、沖擊接地電阻為3～10Ω的條件下，當(dāng)接閃線立桿頂點受雷擊時，流經(jīng)該立桿的雷電流為全部雷電流的63%～90%，照理Sa1和Se1可相應(yīng)減小，但計算起來很繁雜，為了簡化計算，故規(guī)定Sa1和Se1仍按照獨立接閃桿的方法進行計算。根據(jù)R.H.Golde《雷電》一書（120

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sa2

架空避雷線至各種突出屋面的風(fēng)帽、放散管等物體之間的安全距離：

按雷擊于避雷線擋距中央考慮sa2，由于兩端分121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(shè)的引下線的單位長度電感（H/m）。按引下線直徑8mm2、高20m時的平均值L01=1.69H/m計算。L02—水平敷設(shè)的引下線的單位長度電感（H/m）。按避雷線直徑35mm2、高20m時的平均值L01=1.93H/m計算。h—引下線的長度（m），其它參數(shù)與前面相同。式中uL1—雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感壓降（kv122對首次雷擊（當(dāng)<時）：對后續(xù)雷擊（當(dāng)

≥

時）：將以上兩式相等，得到對首次雷擊（當(dāng)<時）：對后123式中—從避雷網(wǎng)中間最低點沿導(dǎo)線至最近支柱的距離（m）n—從避雷網(wǎng)中間最低點沿導(dǎo)線至最近不同支柱并有同一距離