建筑防雷設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題

雷電與防護(hù)技術(shù)肖穩(wěn)安南京信息工程大學(xué)電子工程系2005年8月18日

楊仲江南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)筑防雷設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江主要內(nèi)容1關(guān)于建筑物防雷分類2接閃器的設(shè)計(jì)及使用誤區(qū)3關(guān)于提前預(yù)放電避雷針4關(guān)于接地5等電位連接的設(shè)計(jì)6SPD的選擇與使用南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江

1建筑物的防雷分類建筑物應(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，按需要將工業(yè)和民用建筑物分為三類。大型、復(fù)雜項(xiàng)目應(yīng)該進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)確定。一個(gè)項(xiàng)目的不同組成部分，甚至一個(gè)建筑物的不同部位可能有不同的分類。

南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江防雷裝置南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江圖4.1對(duì)阿特拉斯5號(hào)運(yùn)載火箭的防雷保護(hù)。由四座鐵塔支撐的四根絕緣棒，其頂部有架空的金屬線（為了讓讀者看得更清楚而用電腦將金屬線加粗）相連。并且這些金屬線一直向下延伸到發(fā)射場(chǎng)外很遠(yuǎn)的接地極上。2006年南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江2010.9.5搭載著“鑫諾六號(hào)”通信廣播衛(wèi)星的“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江圖4.2航天飛機(jī)的防雷保護(hù)。一張由電腦生成的航天飛機(jī)照片，及其架空線（懸吊線）防雷系統(tǒng)每個(gè)方向的懸吊線均約300m長(zhǎng)南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江圖房頂邊緣的一根末端較鈍的避雷針。這跟避雷針連接了兩根引下線，每根引下線與房子周圍不同轉(zhuǎn)角處預(yù)埋的接地體相連。NFPA780：2004中規(guī)定，避雷針應(yīng)被安裝在距離屋頂邊緣不超過(guò)0.6m的地方。

南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江在弗羅里達(dá)大學(xué)工程大樓樓頂安裝的一列尖端型避雷針

南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系楊仲江一根19世紀(jì)的避雷針。該該針的長(zhǎng)度大約為為2m,有一個(gè)非常奇特的的尖端和裝飾用的的玻璃球并且在紅紅色玻璃內(nèi)插入了了一根裝飾用的箭箭矢。南京信息工程大學(xué)學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)術(shù)系楊仲江2．接閃器的設(shè)計(jì)及使使用誤區(qū)防雷裝置：接閃器器，引下線，接地地裝置，過(guò)電壓保保護(hù)器及其它連接導(dǎo)體的總和。南京信息工程大學(xué)學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)術(shù)系楊仲江接閃器的設(shè)計(jì)原理：避雷針和避雷線均均為金屬體，安裝裝在比被保護(hù)物體體高的位置上，從從工作原理來(lái)看，，兩者具有相同的的保護(hù)功能，即吸吸引雷電。一．避雷針與避雷線1、避雷針避雷針接閃器頂端端處的電場(chǎng)畸變條條南京信息工程大學(xué)學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)術(shù)系楊仲江鋼管類避雷針或避雷帶的的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是壁厚厚，50mm2薄壁裝飾用不銹鋼鋼管常常不符合要要求。直徑針型圓鋼(mm）鋼管(mm）針長(zhǎng)1m以下1220針長(zhǎng)1—2m1625煙囪頂上的針2040南京信息工程大學(xué)學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)術(shù)系楊仲江避雷帶（a）屋頂突出物加設(shè)設(shè)避雷針（b）平屋面面上設(shè)避避雷帶（c）女兒墻墻上設(shè)避避雷帶避雷帶的的設(shè)置abc南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江立體金屬屬籠網(wǎng)建筑物的的籠式避避雷網(wǎng)籠式避雷雷網(wǎng)通常常是利用用建筑物物鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)中的的鋼筋來(lái)來(lái)構(gòu)成的的，即將將建筑物物屋面內(nèi)內(nèi)原有的的鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格作接接閃器使使用，如如右上圖圖所示。。將梁、、柱、樓樓板中的的橫向和和縱向鋼鋼筋按防防雷設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范要要求進(jìn)行行電氣上上的相互互連接，，這樣就就將整個(gè)個(gè)建筑物物構(gòu)件中中的所有有鋼筋連連接成一一個(gè)統(tǒng)一一的導(dǎo)電電系統(tǒng)，，構(gòu)成一一個(gè)大的的立體法法拉第籠籠。其中中的縱向向鋼筋兼兼作引下下線試用用，建筑筑物基礎(chǔ)礎(chǔ)中的接接地鋼筋筋兼作接接地體使使用。南京信息工程程大學(xué)雷電科科學(xué)與技術(shù)系系楊仲江江2、避雷網(wǎng)明裝避雷網(wǎng)網(wǎng)南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江關(guān)于暗裝避避雷網(wǎng)建筑物頂部部突出物體體的保護(hù)南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江四.避雷針、帶帶、網(wǎng)保護(hù)護(hù)范圍的確確定南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江1、確定避雷雷針、線、、帶、網(wǎng)保保護(hù)范圍方方法的分類類Positioningofair-terminationsystemsGeneralmeshmethodprotectiveanglemethodrrollingspheremethod南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江2、滾球法確定避雷針針、線、帶帶、網(wǎng)保護(hù)護(hù)范圍的方方法（1）滾球法的的保護(hù)原理理下行先導(dǎo)頭頭部達(dá)到地地面上某物物體的雷擊擊距范圍時(shí)時(shí)，他才會(huì)會(huì)定向的擊擊向該物體體，雷擊距范圍圍南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江。用滾球法確確定雷擊點(diǎn)點(diǎn)滾球法在建建筑物面上上的連續(xù)滾滾動(dòng)南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江保護(hù)區(qū)隨滾滾球半徑的的變化南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江建筑物的空空間受雷曲曲面復(fù)雜形狀建建筑物上易易受雷擊的的部位的確確定南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江protectedvolumeinterceptiontipexample②雙支避雷針針的保護(hù)范范圍Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江rrrrprotectedvolumerrrrrrrPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected,graphicinterceptiontip南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江rPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthph1h2h1-h2>pr rollingsphereradiush1heightoftheinterceptionrodsh2heightofthestructuretobeprotectedp penetrationdepthd distancebetweentheinterceptionrodsFangstangendp南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthp南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江A2A1A1=A2ahhxtanaprotectedvolume3、Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodGeneral南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江AC0Bah1hprotectedvolumeAttention!單根避雷針針examplePositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江Attention!Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江h(huán)1雙根避雷針針example00aaaaBBprotectedvolumeCCAAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江3.exampleaah10aBBa0CCAprotectedvolumeAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江五．滾球球法與其其它確定定防雷保保護(hù)范圍圍方法的比較過(guò)去許多多年、世世界各國(guó)國(guó)在防雷雷設(shè)計(jì)中中、多使使用折線線法、網(wǎng)網(wǎng)格法、、圓錐法法等來(lái)確確定避雷雷針和避避雷線的的保護(hù)范范圍。南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江502,9––200101001502005,4–15010,1–

10015,7–10097%pot*99%pot*91%pot*84%pot**pot:probabilityoftrappingPl:IPl:IIPl:IIIPl:IV0?/[kA]保護(hù)方法法Protectionlevel(Pl)南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江Positioningofair-terminationsystemsGeneral南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江避雷針不不能防護(hù)護(hù)由雷擊擊電磁脈脈沖產(chǎn)生生的經(jīng)金金屬導(dǎo)體體傳導(dǎo)入入室內(nèi)和和由輻射射方式進(jìn)進(jìn)入電子子設(shè)備內(nèi)內(nèi)部的電電磁脈沖沖干擾。。避雷針不不是萬(wàn)能能的南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江圖載有雷電電流的彎彎曲導(dǎo)圖圖引下下線的走走線方式式體受力示示意（（a）正確（（b）不正確確南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江盡量不要要使用避避雷針增增加年預(yù)預(yù)計(jì)雷擊擊次數(shù)南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江避雷針設(shè)設(shè)置不一一定合理理的例子子南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江關(guān)于提前前預(yù)放電電避雷針針“提前放放電避雷雷針”等等特殊的的接閃器器，聲稱稱能在相相同的情情況下，，比普通通避雷針針更早的的產(chǎn)生上上行先導(dǎo)導(dǎo)，而且且先導(dǎo)的的步長(zhǎng)要要更長(zhǎng)。。根據(jù)它它們的廣廣告宣傳傳，要保保護(hù)一座座典型的的建筑物物，往往往只需要要安裝一一根提前前放電避避雷針即即可。提前放放電接接閃裝裝置的的擁護(hù)護(hù)者們們聲稱稱：（（1）相對(duì)對(duì)于傳傳統(tǒng)的的避雷雷針，，提前前放電電針的的優(yōu)勢(shì)勢(shì)在于于它的的觸發(fā)發(fā)時(shí)間間僅為為100μs。并且且（2）其產(chǎn)產(chǎn)生的的上行行先導(dǎo)導(dǎo)的速速度為為1mμμs-1。如果果這些些都是是真的的，那那么提提前放放電針針產(chǎn)生生的先先導(dǎo)在在100μs內(nèi)要比比傳統(tǒng)統(tǒng)避雷雷針產(chǎn)產(chǎn)生的的先導(dǎo)導(dǎo)多傳傳播至至少100m；從而而提高高了針針的保保護(hù)范范圍。。疑點(diǎn)：（1）在連連接過(guò)過(guò)程中中，當(dāng)當(dāng)先導(dǎo)導(dǎo)速度度達(dá)到到約0.1mμμs-1這個(gè)典典型值值時(shí)，，就已已經(jīng)達(dá)達(dá)到了了測(cè)量量手段段的極極限，，速度度更快快的上上行先先導(dǎo)已已無(wú)法法測(cè)量量其速速度；；（2）沒(méi)有有任何何數(shù)據(jù)據(jù)可以以證實(shí)實(shí)這個(gè)個(gè)被提提及的的100μs先導(dǎo)觸觸發(fā)時(shí)時(shí)間的的優(yōu)越越性。。就算算觸發(fā)發(fā)時(shí)間間短就就有優(yōu)優(yōu)勢(shì)的的事情情是真真的，，提前前放電電針產(chǎn)產(chǎn)生的的先導(dǎo)導(dǎo)能在在低電電場(chǎng)值值的的的情況況下有有效的的發(fā)展展，傳傳播，，但由由于先先導(dǎo)速速度測(cè)測(cè)量手手段的的局限限性，，提前前放電電針的的優(yōu)勢(shì)勢(shì)（在在所有有能收收集到到的資資料中中）也也只有有10m而已。上上行先導(dǎo)導(dǎo)的典型型平均步步長(zhǎng)為50m增加10m并不會(huì)有有太大的的優(yōu)勢(shì)。。南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江關(guān)于接地地共用接地地系統(tǒng)的的優(yōu)點(diǎn)越越來(lái)越為為人們所所認(rèn)識(shí)，，它的最顯著的的作用在在于易實(shí)實(shí)現(xiàn)建筑筑物內(nèi)各各個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的等電電位，防防止地電電位反擊擊。尤其在城城市環(huán)境境里若設(shè)設(shè)多個(gè)分分設(shè)接地地不容易易做到真真正彼此此獨(dú)立。?！独讚綦姶糯琶}沖的的防護(hù)》指出：從從防雷的的觀點(diǎn)來(lái)來(lái)看，建筑物采采用單一一的共用用接地裝裝置較好好，它適適合于所所有接地地之用（（如，防防雷、低低壓電力力系統(tǒng)、、電信系系統(tǒng)）。（IEC61312-1）也指出：：如果在互互相鄰近近的建筑筑物之間間有電力力線和通通訊電纜纜通過(guò)，，應(yīng)將其其接地系系統(tǒng)互相相連接，，并且這這樣有利利于采用用多條并并行路徑徑以減少少電纜中中的電流流，一個(gè)個(gè)網(wǎng)狀接接地系統(tǒng)統(tǒng)可滿足足這種要要求南京信息息工程大大學(xué)雷電電科學(xué)與與技術(shù)系系楊楊仲江接地注意意事項(xiàng)請(qǐng)將框架架結(jié)構(gòu)中中的鋼筋筋龍骨看看做接地地主干線線加以利利用！不要從地下拉一一根長(zhǎng)銅纜或扁扁鋼到高層機(jī)房房！（若為等電位連接接方便而拉，該該線纜請(qǐng)與每層層結(jié)構(gòu)鋼筋等電電位連接）共地不共線（并并聯(lián)接地）。現(xiàn)代建筑基礎(chǔ)是是最好的接地。。南京信息工程大大學(xué)雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江等電位連接等電位也是最基本最重重要的防雷技術(shù)術(shù)措施之一，在接地系統(tǒng)的接接地電阻不易做做得較小時(shí)尤為為重要。它的主要作用是是南京信息工程大大學(xué)雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江地電位反擊南京信息工程大大學(xué)雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江電源線信號(hào)線進(jìn)進(jìn)線等電位示意意圖南京信息工程大大學(xué)雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江等電位位接地地施工工方案案圖南京信信息工工程大大學(xué)雷雷電科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)系楊楊仲江江通過(guò)SPD進(jìn)行等等電位位聯(lián)結(jié)結(jié)南京信信息工工程大大學(xué)雷雷電科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)系楊楊仲江江等電位位連接接器南京信信息工工程大大學(xué)雷雷電科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)系楊楊仲江江等電位位連接接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接地基基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)earthingreferencepoint，ERP一個(gè)系系統(tǒng)的的等電電位連連接網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與與共用用接地地系統(tǒng)統(tǒng)之間間唯一一的那那一連連接點(diǎn)點(diǎn)。南京信信息工工程大大學(xué)雷雷電科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)系楊楊仲江江等電位位連接接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)電氣安安全的的等電電位連連接網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和和信息息系統(tǒng)統(tǒng)從直直流至至高頻頻的功功能等等電位位連接接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)有區(qū)區(qū)分，，但這這兩個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)又要要互相相連接接在一一起。。上圖是是信息息系統(tǒng)統(tǒng)功能能等電電位連連接的的基本本方法法。電氣安安全的的等電電位連連接網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，，主要要是通通過(guò)與與配電電線路路敷設(shè)設(shè)在一一起的的保護(hù)護(hù)地線線(PE)構(gòu)成，，保護(hù)護(hù)地線線又必必須根根據(jù)配配電系系統(tǒng)的的大小小在多多處（（如每每層樓樓或有有配電電箱處處)與共用用接地地系統(tǒng)統(tǒng)以及及信息息系統(tǒng)統(tǒng)的功功能等等電位位連接接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)做等等電位位連接接。南京信信息工工程大大學(xué)雷雷電科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)系楊楊仲江江當(dāng)采用用Ss或Ms等電位位連接接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)時(shí)，，信息息系統(tǒng)統(tǒng)的所所有金金屬組組件，，除等等電位位連接接點(diǎn)ERP(即接地地基準(zhǔn)準(zhǔn)點(diǎn))外，應(yīng)應(yīng)與共共用接接地系系統(tǒng)各各組件件有大大于10kV、1．2／50μs的絕緣，如如鋪以橡膠膠墊。南京信息工工程大學(xué)雷雷電科學(xué)與與技術(shù)系楊楊仲江江3---地面內(nèi)焊接接鋼筋網(wǎng)，利用其作為為高頻信號(hào)號(hào)基準(zhǔn)網(wǎng)，，除固有的的綁扎點(diǎn)外外，宜在約約500～600mm網(wǎng)格交叉點(diǎn)點(diǎn)上加以焊焊接。地面面內(nèi)鋼筋網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)與其周周圍的柱、、墻、圈梁梁內(nèi)鋼筋連連通；4---高頻等電位位跨接線，其長(zhǎng)度宜宜短于50