防雷技術(shù)基礎(chǔ)

防雷技術(shù)基礎(chǔ)

南京氣象學(xué)院防雷工程技術(shù)中心

2003.2.1

目錄

第一章防雷標準發(fā)展概述....................3-8

第二章現(xiàn)代防雷的內(nèi)部防雷是一系統(tǒng)工程.......9—12

第三章建筑物的防雷分類和防雷保護區(qū)........13-27

第四章雷電暫態(tài)過電壓及其耦合轉(zhuǎn)移過程......28T7

第五章屏蔽保護技術(shù)........................48T5

第六章接地技術(shù)............................56-96

第七章等電位連接.........................97—111

第一章防雷標準發(fā)展概述

10月24日是世界標準口，1998年第29屆世界標準日國際標準化繳RISO(International

Oi^anigauonStandardigation)主席、國際電訊委員會lECamemationlElectronicsCommittee)主席和

國際電訊聯(lián)盟ITU(InternationalTelecommuicalionUnion)秘書長發(fā)表了題為《標準在日常生活中》

的祝詞。祝詞指出：標準是一種“基準”。它給人們提供一個判別事物的準則。

國家標準化管理委員會主席李忠海先生指出：標準具有如卜要素：它是科學(xué)研究技術(shù)成果的

一個反映，也是生產(chǎn)實踐的總結(jié)。它必須是各方協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，必須由受權(quán)的權(quán)威部門來發(fā)布；它

要經(jīng)過成千上萬次的重復(fù)才能制定，要有成千上萬的人來執(zhí)行。

標準是不同事物相互兼容和互聯(lián)的保障，質(zhì)量測量的依據(jù)；標準在人們的日常生活中，它幫

助和服務(wù)社會，幫助人4、嘛護生存的環(huán)境，塑造生活而不是把生活搞的沒有頭緒，幫助人們安全

生活而不致遇到危險；幫助人們掌握先進科學(xué)的方法而不落后于社會；幫助人們學(xué)會用法律保護

自己的合法權(quán)益而不被輕易損害。

IEC是1904年9月在美國圣路易召開的國際電JL大會通過了關(guān)于成立國際標準組織的提案

后，於1906年成立的。其宗旨是：組織、編制、出版在電子和電子學(xué)(含電子學(xué)、磁學(xué)、電磁學(xué)、

電聲學(xué)、通訊、能?生產(chǎn)等電子技術(shù))領(lǐng)域中的標準，并促進國際合作，增進國際間的相互了解。

標準來自實踐和科學(xué)研究，是千百萬科技工作者智慧的結(jié)晶。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，標準也

在不斷地修改和更新。

在IEC出版的標準中有明確的說明，為促進國際的統(tǒng)一，各IEC國家委員會應(yīng)盡最大可能將

IEC標準作為該國的國家標準，如果該國標準與IEC相應(yīng)標準有分歧，應(yīng)該在該國標準中說明。

IEC鼓勵采用標準文件的最新版本。

我國是發(fā)展中國家，於203年加入世界貿(mào)易組織，各項工作應(yīng)與國際慣例接軌，為此，1993

年國家經(jīng)委、計委、科委和技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)文：“關(guān)于推進采用國際標準和國外先進標準的若干

規(guī)定”中明確指出：“采用國際標準和國外先進標準是我國一項重大的技術(shù)經(jīng)濟政策，是促進技術(shù)

進步、提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴大對外開放、加速與國際接軌、發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟的重要措施”。在

“中華人民共和國標準法”和“中華人民共和國標準化實施條例”中，國家鼓勵采用國際標準和

國外先進標準。

到1999年4月1日止,我國制定的18784項國家標準中，使用“等效”或“等同”的方法,

已有7970項采用里國際標準和國外先進標準，占總數(shù)的424%。其中高新技術(shù)行業(yè)中采標比例達

70%以上。1998年制定的990項國際標準中采用國際標準數(shù)為600項，占60.6%。這與上述的行

關(guān)規(guī)定是一致的?？梢哉f采用國際標準是我國的一項重要國策。

第一節(jié)國際防雷標準概況

一、國際電工委員會（IEC）HI版的防雷標準概況

國際電工委員會（IEC）于1980年6月成立了第81技術(shù)委員會（IEC-TC81）,其工作任務(wù)是

負責(zé)編制有關(guān)防雷的技術(shù)報告、指南或規(guī)范，作為建議或標準推薦給世界各個國家和地區(qū)使用。

TC8I委員會1990年發(fā)布了第一項標準《建筑物防雷》之后，陸續(xù)乂出版了一系列防雷標準。

A、IEC61024系列（直擊雷防護系列）

IEC61024--1：1990建筑物防雷第一部分：通則

IEC61024—1—1：1993建防雷第一部分：通則

第吩部分：指南A一防雷裝置保護級別的選

擇

IEC61024—1—2：1998建筑物防雷第一部分：通則

第二分：指南B一防雷裝置的設(shè)計、施工、

維護和檢測

IEC61024—2：（草案）建筑物高于60M的附加要求

IEC61024—3：（草案）火災(zāi)爆炸環(huán)境物的附加要求

B、IEC61312系列（雷擊電磁脈沖防護系列）1995

IEC61312—1：雷擊電磁脈沖的防護第?部分：通則

IEC61312—2：雷擊電磁脈沖的防護第二部分：建筑物的屏蔽，等電位連接及接地

IEC61312—3：雷擊電磁詠沖的防護第三部分浪涌對電涌保護器（SPD）的要求

IEC61312-^l：雷擊電磁脈沖的防護第四部分現(xiàn)在建筑物內(nèi)信息系統(tǒng)的保護

IEC61312—5：雷擊電磁脈沖的防護第五部分應(yīng)用指南

C、TC81還出版了對TC81標準的補充完善標準

IEC6I662：雷擊損害危險度評估準

IEC6I663：關(guān)于通信線路的防雷

1EC61819：模擬防雷裝置各部件效應(yīng)的測量參數(shù)

TC64標準系列：

IEC60664—1：1992低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第一部分原則、要求及測試

IEC60364T：1992建筑物的電氣設(shè)施第四部分安全保護

IEC60364—5-r534：1997建筑物的電氣設(shè)施第五部分電子設(shè)備的選擇與安裝、

第534節(jié)過電壓保護器件

IEC60536—2：1992防止電擊保護系列

TC73標準系列；

1EC61643-1：1998接至低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護器第一部分性能及測試要求

IEC61643-2：1997低壓系統(tǒng)的電涌保護器第二部分選擇和使用

TC73還出版了接入通訊和信號網(wǎng)絡(luò)的過電壓保護器以及元件的技術(shù)標準（IEC61643-3.

IEC61644.IEC61647—1/2/3/4）

TC77還出版了大量有關(guān)電磁兼容的文件，其中IEC61000—4是關(guān)于電磁兼容性和電磁干擾

的防護，與防雷有關(guān)。

二、國際電訊聯(lián)盟（rru）出版的防雷標準概況

國際電訊聯(lián)盟電信標準化部門（UU-T）是ITU的長設(shè)機構(gòu)，它以建議形式分布了一系列

標準，其中K系列為“干擾的防護”。自I960年DTF-T建議K.1出版以來，迄今已出版到20

多個標準，其中大部分涉及到雷電與雷擊電磁脈沖（LEMP）的防護。以下是ITU—T出版的與

雷電防護有關(guān)的部分標準。

K.11過電壓和過電流防護的原則

K.12電信裝置保護用氣體放電管的特性

K.15遠共系統(tǒng)和線路中繼器對雷電和I做1電力線路引起的干擾的防護

K.17為檢驗防外界干擾的裝置在固定器件遠共中繼器上的試驗

K.20電信交換設(shè)備耐過電壓和過電流的能力

K.21用戶終端設(shè)備耐過電壓和過電流的能力

K.22連接至ISDNT/S總線的設(shè)備的耐過電壓能力

K.25光纜的保護

K.27電信大樓內(nèi)的邊接結(jié)構(gòu)和接地

K.28電信設(shè)備保護用半導(dǎo)體避雷器組件的特性

K.29地下通信電纜、光纜的綜合保護方案

K.30正溫系數(shù)（PTC）熱敏邨FL

K.31用戶大樓內(nèi)電信裝置的連接結(jié)構(gòu)和接地

K.32電信設(shè)備的抗靜電放電干擾性要求和試驗方法一基本的（EMC）建議

K.33交流電力和交流電氣化鐵道裝置發(fā)生故障時對電信系統(tǒng)產(chǎn)生耦合時的人身安全極限

值

K.34電信設(shè)備的電磁環(huán)境條件分類一快速瞬變及射頻現(xiàn)象

K.35遠端電子站但她接結(jié)構(gòu)和接地

K.36保護文件的選擇

K.39通信局站雷電損害危險的評估

K.40電信中心LEMP的防護

K.42制定電信設(shè)備的發(fā)射和抗擾性要求標準一總則

K.43電信設(shè)備的抗擾性要求

第二節(jié)中國的防雷標準概況

一.中國標準的代號

我國的標準分為：國家標準（GB）為強制性標準

（GB/T）為非強制性又稱自愿性或推薦性標準）

行業(yè)標準：DL電子標準，

DY郵電標準，

JB軍標，

GA公安標準，

JT交通標準，

TB鐵道標準，

行業(yè)標準也有自愿性標準，如TBfTo

地方標準：DB,CECS工程話協(xié)會標準。

當(dāng)某些標準互不兼容、互不一致時，規(guī)定以強制Jtt標準為標準。

二.中國的防雷標準概況

我國的建筑防雷標準最早為：GBJ57—83,1994年11月由林維勇按IEC61024T修訂成為

GB50057-94《建筑物防宙規(guī)范》。這個標準是目前我國防雷技術(shù)標準中最具有權(quán)威性的標準。它

結(jié)合了我國地理、氣象條件、經(jīng)濟發(fā)展水平和考慮了過去長期使用的標準的延續(xù)性，適用為新建

建筑物的防雷設(shè)計。

這個標準不適用天線塔、公用電視天線系統(tǒng)、油罐、化工戶外裝置的防雷設(shè)計。但由「這個

標準的先進性和普遍性原因，因此仍被通訊系統(tǒng)、石油化工系統(tǒng)等設(shè)計規(guī)范所引用。

在我國的建筑防雷標準中，雷擊電磁脈沖的防護部分是在IEC1995頒布了IEC61312—1雷擊

電磁脈沖防護第?部分通則之后，受到了影響，開始增加LEMP的內(nèi)容。這些起草和修改包括：

對GB50057—%《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》局部修改條文；GBJ74-B4《石油庫設(shè)計規(guī)范》局部

修改條文，《通訊局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》，《計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防

護規(guī)范》，《氣象臺（站）防雷技術(shù)規(guī)范》，《新代天氣雷達防護技術(shù)規(guī)范》，《建筑物電子信息系

統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，《防雷裝置檢冽股術(shù)規(guī)范》，《氣象信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖防護規(guī)范》，《天饋系

列電涌保護產(chǎn)品技術(shù)標準》，《雷電危害風(fēng)險評估》等均大量采用了IEC和FTU等標準技術(shù)。

在1995年前后，部分國標、行標也涉及到LEMP的防護問題，僅以計算機防防護為例先后

有：

《計算機^地安全要求》GB9361-88,1988年

《計算步豳地安全要求》GB2887—89,1989年

《電子計算機機防設(shè)計規(guī)范》GB50174-93：1993

《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ“692：1993

這幾個標準公布較早，內(nèi)容較簡單，其要點為：將計算機房的要求分為了3類，A、B兩類

要求防雷，C類無需防雷。

計算機房應(yīng)符合GBJ57—83《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的防雷措施。

計算用揉統(tǒng)的接地應(yīng)采用專用地線,專用地線的引線應(yīng)和大樓的鋼筋網(wǎng)及各種金屬管道絕緣。

除專用地線（直流地）外，提出了工作地和安全保護地的接地電阻小于4Q,防雷地地阻4瀉10

Q的指標。

在雷電頻繁地區(qū)，應(yīng)裝設(shè)浪涌電壓吸收裝置。

供電電源應(yīng)使用三相五線制/單相三線制，EM二380V/220V,頻率50Hz,同時規(guī)定了分電盤

的設(shè)置和使用線纜和走線的要求。

另外這兩個標準對計算站場地電磁場干擾、溫濕度、照明、噪聲、腐蝕性氣體、塵埃等提出

技術(shù)要求。

1993年2月頒布的《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》與前述兩個標準又有所區(qū)別，其要點是：

?提出計算機房防雷應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，而不再提GRJ57-83,即

以GB50057—^4取代。

?提出計算機房低壓配電系統(tǒng)應(yīng)采用頻率50Hz,電壓220V/380V,TNT或TN—CT系

統(tǒng)。

?要求機房電源應(yīng)采用地下電纜進線和變壓器低壓側(cè)［峰設(shè)低壓避雷器。

?首次提出了四中地（交流工作地，安全保護地，直流工作地和防雷地），宜共用TR接地

裝置的方法，以及單點接地并采用等電位措施。

與此同時，JEJ"16T2《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》也提出了類似的要求，并要求共用接地

系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)W1Q。

雖然我國現(xiàn)行的部分標準在修改、充實，但仍然有i侈條文陶日，采ffl了過時的標準，與國

際標準或國標矛盾，應(yīng)進行積極努力、研究、修改、充實、積極采用國標或國際標準。

第二章現(xiàn)代防雷技術(shù)的內(nèi)部防雷

是一系統(tǒng)工程

雷電這一大氣物理現(xiàn)象，每次釋放數(shù)百兆焦耳（MJ）的能量，與足可以影響敏感設(shè)備的亳焦

耳（mJ）能量相比，相差懸殊。據(jù)美國通用研究公司R、D希爾1971年用仿真試驗建立的模型

證明，由于雷電干擾，對無扉蔽的計算機，當(dāng)磁感應(yīng)強度為0.03GS時，計算機回會誤操作，當(dāng)

磁脈沖感應(yīng)強度達0.75GS時，廿算機會出現(xiàn)假性損壞，磁感應(yīng)強度為2.4GS時，計算機設(shè)備會

永久性損壞。隨著科技的發(fā)展，人類在1973年將1萬個元件安置在Icn?標志著人類社會進入信

息時代。特別是電子技術(shù)從本世紀六十年代的電子管元器件發(fā)展到八十年代的大型集成電路以來,

元件的耐受能量已由0.1-1QJ降至爐一10勺，因而設(shè)備的損壞率聚然升高。

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圖2”各種設(shè)備、元件受損能量分布

一位奧地利人對其所在地區(qū)自1960—1992年間雷擊損失保險索賠件數(shù)進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在

33年中，該地區(qū)因直接雷擊造成的事故（火災(zāi)、建筑物破壞等）每年約為KX）起左右，而電子設(shè)

備的損壞卻由1960年的931起上升到1992年的23768起。

圖2-21960—1992年火災(zāi)、戚：物受雷擊損壞和電子設(shè)級損統(tǒng)計（資料來自幕尼黑TELA保險公司）

慕尼黑TELA保險公司的損害分析（圖23）,說明雷吉的損失從1978年到19%年的17年

中上升了40%。德國的法蘭克福ELETRA保險公司的統(tǒng)計說明在1994年的災(zāi)害賠償中雷擊過電

壓損失占33.3%,為水災(zāi)、火災(zāi)等大災(zāi)害之首（圖24）

過電壓及雷擊（直接、間接）造成弼昧

資料來g：TEIA保險公司.慕尼黑

圖2-3慕尼黑TELA保險公司的損失分析

圖24德國E1JETRA保險公司統(tǒng)計，在1994年的災(zāi):瞬

償中，雷擊過電壓損失居水災(zāi)、火災(zāi)等大災(zāi)之首

我國一些機構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)字也表表明,因雷電電磁脈沖的作用使城市中的電子設(shè)備損害占雷擊

災(zāi)害總損失的80%以上，且呈增長趨勢。

鑒「以上原因，以及在包含計算機、電信設(shè)備、控制系統(tǒng)等各種電子設(shè)備的應(yīng)用不斷增加的

時代，在防雷工程設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標準中，必須考慮防雷措施，指定防雷檢測、工程設(shè)計、審核

等標準。

前面已經(jīng)指出，對電子系統(tǒng)的損害，主要是雷擊產(chǎn)生的電磁感應(yīng)強度超過電子設(shè)備承受能力，

或電磁噪聲所致。這與近年來發(fā)展很快并受到廣泛重視的科學(xué)領(lǐng)域“電磁兼容（EMC）”密切相

關(guān)。

電磁兼容（EMC）“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何食物產(chǎn)生

不允許的電磁騷擾的能力”

電磁騷擾（EMD）是指“任何可能引起設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩盁o生命物質(zhì)產(chǎn)生損

害作用的電磁源”。

電磁噪聲是指明顯不傳送信息的時變現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合°”它們均屬

電磁現(xiàn)象。

這些電磁現(xiàn)象或稱之為電磁騷擾的產(chǎn)生，分自然騷擾源和人為騷擾源。

典型的自然騷擾源有：

雷電電磁脈沖LEMP。又稱大氣噪聲

太陽噪聲，太陽黑子活動時產(chǎn)生的磁暴。

宇宙噪聲，來自銀河系

靜電放電ESD

人為騷擾較多，典型的有：

電子網(wǎng)絡(luò)中操作過電壓SEMP

核致電磁脈沖NEMP

高壓配電系統(tǒng)對地短路造成的過電壓。

其它還包括家電、高頻設(shè)備、電力設(shè)備、內(nèi)燃機、松電發(fā)射和接受設(shè)備、高速數(shù)字1電路設(shè)

備、通過放電噪聲、接觸噪聲、過渡現(xiàn)象、反射現(xiàn)象等等。

非功能性噪聲和無用信號等電磁騷動的機理均會造成電磁干擾。在GB50057-94條文中提

出，作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應(yīng)，絕大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的干擾，如雷電

流或部分雷電流，被雷電擊中的裝置的電位升高以及磁輻射干擾。LEMP屬由于放電而產(chǎn)生的噪

聲，因為雷云之間或雷云與大地之間產(chǎn)生火花放電，往往伴隨著急劇電流，電玉的瞬時變化，即

di/dt或du/dt很大，它所產(chǎn)生的數(shù)百兆焦耳能量，使只能承受幾亳焦耳的敏感設(shè)備受到嚴重損害，

雷電電磁脈沖防護正是通過外部防雷和內(nèi)部防雷措施最大限度地減小這種雷擊災(zāi)害。

由此可以推論，要做好防雷減災(zāi)就必然涉及到電磁干擾的性質(zhì)，電磁感應(yīng)偶合過程、屏蔽、

等電位連接、接地等技術(shù)，設(shè)計生產(chǎn)制造、設(shè)計施」:、檢測系統(tǒng)等知識，現(xiàn)代防雷技術(shù)是多學(xué)科、

多行業(yè)相互合作、協(xié)調(diào)、配合、相互聯(lián)系的工程，是項系統(tǒng)工程。圖2-5是說明現(xiàn)代防雷這一

系統(tǒng)T程的示意圖。

圖2-5現(xiàn)代防雷技術(shù)是系統(tǒng)工程示意圖

第三章建筑物的防雷分類和防雷保護區(qū)

建筑物的防雷分類和防雷區(qū)是防雷工程設(shè)計中首先要考慮的重要內(nèi)容，然而它們乂是兩個完

全不同的概念。

建筑物的防雷分類是為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,，在認真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)

律以及被保護物的特點等的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)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，而將建筑物進行分類。

防雷保護區(qū)是根據(jù)雷電流沿放電通道和建筑物的防雷系統(tǒng)傳輸過程中，在其空間環(huán)境中產(chǎn)生

的雷電電磁脈沖影響、干力亡、損壞建筑物以及建筑物內(nèi)部的電子儀器設(shè)備的狀況，防雷設(shè)備的能

力來劃分的。在不同的空間雷電強度是不同的，為防止或減少雷電對建筑物及建筑物內(nèi)部電子設(shè)

備的危害，設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟合理的防雷措施，需要將保護的空間戈吩為不同的防雷保護區(qū)。

第一節(jié)哪物的防雷分類

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。

第?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(zhì)的建筑物以及具有爆炸危

險環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡。

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、大型城南的重要給水水泵房鍬等別重要的建筑物。

3、國家級計算中心、國家通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物。

4、制造、使用或貯存爆炸物質(zhì)的建筑物，且電火花不易引起爆妁或不致造成巨大破壞和人身

傷亡者。

5、具有爆炸危險環(huán)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(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。

7、預(yù)計雷擊次數(shù)大J--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(yù)計雷擊次數(shù)大J-0.3次/a的住宅\辦公樓等一般性民用建筑物。

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(yù)計雷擊次數(shù)大「或等J-0.012次7a,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(yù)計雷擊次數(shù)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(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.6次Za的一般性工業(yè)建筑物。

5、根據(jù)雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀?、地形、地質(zhì)及周圍環(huán)境等

因素?，確定需要防雷的火災(zāi)危險環(huán)境。

6、在平均雷暴日大于I5d/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15必的地IX,高度在20m以上的煙囪、水塔等孤立的高建筑。

第二節(jié)防雷保護區(qū)

一、防雷保護區(qū)的劃分

按IEC原理將建筑物需要防護的空間由表及里劃分為不同的防雷保護區(qū)（LPZ）,有如下實際

意義：

一可以計算出各LPZ內(nèi)空間雷擊電磁脈沖的強度，以確認是否需要采取進?步的屏蔽措施。

一可以確定等電位連接的位置（一般是各LPZ區(qū)交界處）。

一可以確定在不同LPZ交界處選用電涌保護器的具體指標。

一可以選定敏感電子設(shè)備的安全放置位置。

一可以確定在不同LPZ交界面處等電位連接導(dǎo)體的最小芯線械面。

IEC61312-1將LPZ分為以下個區(qū)：

LPZOA：直擊雷非防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭受到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流，本區(qū)

內(nèi)的電磁場沒有衰減，屬完全暴露的未設(shè)防區(qū)。

LPZOB：直擊雷防護區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體很少遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減，屬

充分暴露的直擊雷防護區(qū)。（本區(qū)?般在外部防雷裝置接閃器保護范圍之內(nèi)，從理論上本區(qū)不可能

遭受直擊雷，而事實上有這種可能）。

LPZ1：第?屏蔽防護區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，在本區(qū)內(nèi)所有導(dǎo)電部件上

的雷電流比LPZO區(qū)內(nèi)的雷電流進一步減小。本區(qū)內(nèi)的電磁場因屏蔽措施而有所衰減。（本區(qū)-毅

指在鋼筋結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)）。

LPZ2：第二屏蔽保護區(qū)：為了進一步減小導(dǎo)體部件上的雷電流和電磁場而引入的后續(xù)雷電

防護區(qū)。

LPZn：第n屏蔽保護區(qū)：須要進一步減小雷擊電磁脈沖，以保護敏感度水平高的設(shè)備的后

續(xù)雷呆護區(qū)。

對?一座建筑物，可以分為若干個防雷保護區(qū)，見圖34。，此圖給出了LPZ的劃分弁指出了做

等電彳選接的位置。

注：

七*—［表示在不同雷電防護區(qū)界面上的等電位連接帶.

|---1?分別表示起屏蔽作用的建筑物外墻,房間或其它屏蔽體」

LPS：表示外部防雷裝置“

虛線，表示技濯球法計弊LPS的保護范圍.

*百T,為天面或地面的天線，

.交流配電屏（室）?'

圖3-1宙電防護區(qū)劃分和做符合要求的等電位連接的〃制

二、防雷裝置及其作用

防雷保護區(qū)的劃分是建立在避雷針和屏蔽等防雷裝置分流、阻擋和衰減了雷電流的條件下而

作出的，因此有必要在此簡單地陳述相關(guān)的防雷裝置和它們的保護范圍。

在GB50057T4《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中，對防雷裝置的名詞的解釋是：防雷裝置：接

閃器，引下線，接地裝置，過電壓保護器及其它連接導(dǎo)體的總合。在IEC標準中防雷裝置的定

義是：用于對需要防雷的空間做防雷效應(yīng)的整個裝置，它由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。

外部防類裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成。

內(nèi)部防雷裝置：除外部防雷裝置以外的全部附力舊昔施，它們可能減小雷電流在需要防雷的空

間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。因此屏蔽和電涌保護器是其中重要的防雷裝置。

接閃器：在GB50057T4中說明：避雷針、避雷帶（線）、避雷網(wǎng)是直接受雷擊的，統(tǒng)稱

為接閃器。在《中國大百科全書》中，避雷針定義為：將雷電引向自身并泄入大地，使被保護物

嫡雷擊的針形防雷嫦。

在日本標準中，避雷針（線、帶、網(wǎng)）被稱為“受雷部”，即遭受雷擊所用的金屬體。

英文和IECH」的“LigtningConduetor”譯為“避雷針”，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。

在專業(yè)術(shù)語上，不用“避雷”，稱作“雷電攔截”更為妥當(dāng)。

關(guān)于避雷針，有人用曾經(jīng)發(fā)生在黃鳥油庫雷擊火災(zāi)F,提出避雷針不避雷，是引雷的，認

為“避雷針一般應(yīng)當(dāng)停用”。該說法不能說是錯誤的。因為早在1774年富蘭克林就指出：從避雷

針引下的導(dǎo)線要接觸到潮濕的土壤，埋的越深越好，避雷針能起引雷入地的作用。

非常規(guī)接閃器：為了認識自然、改造自然、變害為利，幾百年來人們在防雷技術(shù)上?直不斷

的實驗和摸索著，探索防雷方法和防雷裝置。除避雷針外還提出非常規(guī)接閃裝置。

（1）使脅婢?性元素（錮241）的放射性（有源）避雷針，通過源源不斷的放射性粒子中和

雷云中的電荷、消雷。

（2）用密密麻麻的數(shù)百條短鋼針布置成“消散陣列'，屏蔽建筑物，免遭雷擊。

（3）用非金屬物體（如半導(dǎo)體的木棍或碳素n維材料涂以漆物、玻璃鋼筒內(nèi)置食鹽水等高

阻液體）接閃來有效的阻止高層建筑物的上行先導(dǎo)（又稱上行雷）。并在承接雷電流時通過內(nèi)置電

阻或電感起到對電流和陡度的衰減作用。

對這些非常規(guī)接內(nèi)裝置（又稱消雷器、電感型、電阻型避雷針）IEC,目前不予認可。

（4）近年來，由法國領(lǐng)頭，西班牙和南斯拉夫等國先后頒布了一種稱為明顯提早放電產(chǎn)

生迎面先導(dǎo)攔截卜.行先導(dǎo)的提前放電避雷針（國外一般稱為E、S、F針）的國家標準。但IEC采

用即不否認也不肯定的態(tài)度。

屏蔽：用金屬線材或金屬板材把需要保護的空間包圍起來的籠式裝置，被廣泛使用在阻擋、

衰弱電磁信號干擾和減弱雷電電磁脈沖影響的電子和雷電保護技術(shù)中。

電湎保護器：用于擬制線路傳導(dǎo)過電壓及過電流的器件，一種非線性器件.

三、接閃器保護范圍的計算

1.歷史狀況

1777年5月倫敦附近?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(shè)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GBJ57—83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(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

仰出的避雷針，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

（R本除外，仍用45°、60°保護的圓錐體）。

2、用滾球法計算接閃器保護范圍的方法

滾球法是以兒為半徑的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當(dāng)球體只觸及接閃器（包括

被作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而

不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。

圖3-2滾球法保護范圍

由如下的數(shù)學(xué)模型進行分析

67

hr=9,4f

%:滾球半徑，實際上是雷閃的最后閃絡(luò)距離（擊距），它與I值是正相關(guān)的。

I：是與％相對應(yīng)的得到變化的最小雷電流（KA）。當(dāng)雷電流小于此值時，雷閃有可能穿

過接閃器擊于被保護物上，截閃失?。寒?dāng)?shù)扔诨虼笥诖酥禃r，雷閃將擊在接閃器上，又稱截閃成

功。

根據(jù)GB50057T4按照防雷級別布置接閃器，防雷級別為I級舊夕血：防雷級別為I【級

h產(chǎn)30m；防雷級別為川級h?=45m；防雷級別為IV級hF60m0

（1）、單支避雷針保護范圍的計算

圖￡3單支避雷針的保護范圍

①避雷針高度小于或等于滾球半徑時

a距地面hr處作一平行于地面的平行線；

b以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點；

C分別以A、B為圓心，％為半徑作弧線與避雷針尖相交并與地面相切。此對稱的錐體內(nèi)即

為保護范闈。

d.避雷針在hx高度的XX,平面上和地面上的保護半徑：

7?產(chǎn)-“3二兒）

r=y]h（2hr-h）

式中國避雷針在hx高度xx'平面上的保護半徑（m）：

為避雷針在地面上的保護半徑（m）：

h避雷針高度（必須是hW%）；

h*被保護物的高度（m）；

%滾球半徑（m）,第一類防雷建筑物30m

第二類防雷建筑物45m

第三類防雷建筑物60m

在糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場為100m。

②當(dāng)避雷針高度h大于％時，在避雷針上取高度耳的一點代替避雷針為圓心，其余做法同

上（注：上式中的h用％代入）。由此得到這樣個結(jié)論：當(dāng)避雷針高度大于或等于相應(yīng)的滾球半徑時,

再提高避雷針高度無助于擴大其保護范圍。由此又帶出三個問題：

圖34單支避雷針的保護范圍（h>lv）

a.高于60m、45m^30m>20m的建筑物如何防直擊雷。

GB5007—94規(guī)定：建筑物高于滾球半徑高度以上部分，應(yīng)使用水平避雷帶（網(wǎng)）敷設(shè)于樓

頂平面。同時在滾球高度以上部分每隔不大「6m沿建筑物四周設(shè)水平避雷帶（均壓環(huán)），并與

引卜線相連，將此高度以上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接，實質(zhì)上是不希望在避

雷針的“保護傘”卜防雷。而采取自我防護的策略。

b.建筑物屋面上高于水平避雷帶的物體如何保護？

在建筑物上安裝有廣告牌，發(fā)射或接受天線等物體，這些物體往往會因先行接閃而損壞。

GB5（X）57T4規(guī)定，在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝設(shè)接閃器實行保護，金屬

物體可不裝接閃器、但應(yīng)與屋面防雷裝置相連。

接閃器的保護范圍可以從屋面避雷帶算起，即以屋面為±0,之后做距避雷帶％的平行線，計

算對屋面物體的保護范圍。

c.在油庫安裝了高了30m的鐵塔，還在油罐上安裝避雷針有什么作用？

根據(jù)規(guī)范，嚴格計算避雷針的保護范圍，合理布局，覆蓋保護區(qū)。

（2）、雙支等高避雷針保護范圍的計算

在避雷針高度h小于或等于%情況下,當(dāng)兩支避雷針的距離D大于或等于2加（2兒-h）時,

應(yīng)各按單支避雷針的方法確定其保護范圜當(dāng)D小于2/（2力，一〃時,應(yīng)按下列方法確定（圖

3-5）o

①AEBC外側(cè)的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定其保護范圍。

②C、E點位于兩針間的垂直平分線匕在地面每側(cè)的最小保護寬度用按下式計算：

2

b°=CO=EO=ylh（2hr-/?）-（f）

在AOB軸線匕距中心線任?距離x處，其在保護范圍1切線的保護高度〃，按下式確定：

兒=%—j（九一力尸+（］）2

1—1MS.

圖冬5雙支等高避雷針的保護范圍

2

該保護范圍上邊線是以中心線距地面hr的一點0'為圓心，以（兒-h）+（爭2為半徑

所作的圓弧AB。

③兩針間AEBC內(nèi)的保護范圍，A8部分的保護范圍按以下方法確定：在『保護高度

h、和C點所處的乖直平面上，以兒作為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點確定（見圖15的

1-1剖面圖）。確定BCO、AEO,BEO部分的保護范圍的方法與A8部分的相同.

④確定XX,平面上哪范圍截面的方法。以單支避雷針的保護半徑r,為半徑，以A、B為

圓心作弧線與四邊形AEBC相交；以單支避雷針的（r0-rx）為半徑，以E、C為圓心作

弧線.與」滋弧線相接。見圖3-5中的粗虛線。

⑶、雙支不等高避雷針保護范圍的計算

圖3-6雙支不等高避雷針的保護范圍

在h|小「或等『h,和h2小于或等于?hr的情況卜.，當(dāng)D大『或等于J:（2及一九）+

，。（24-4）時,應(yīng)各按單支避雷針所規(guī)定的方法確定；當(dāng)D小于J%（2〃，_%）+

施西時，應(yīng)按下列方法確定（圖36）

①AEBC外側(cè)的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定。

②CE線或H0'線的位置按下式計算：

D_（1一色）2-（〃,一九）2+》

'2D

③在地面上每側(cè)的最小保護寬度加按下式計算：

b?=CO=EO=鼻hJ2h,-hj_D；

在AOB軸線上，A、B間保護范圍上邊線按下式確定：

h=%_J（兒_〃1）2+D；一/

式中X—距CE線或HO'線的距離。

該保護范圍上邊線是式以HO'線上距地面hr的一點O'為圓心，以4m+D；為

料新作的圓弧AB。

④兩針間AEBC內(nèi)的保護范圍，A8與AEO是對稱的，BCO與BEO是對稱的，ACO

部分的保護范圍按以下方法確定：在hx和C點所處的垂直平面上，以hx作為假想避雷針，按單

支避雷針的方法確定（見3-6的1-1剖面圖）。確定AEO、BCO、BEO部分保護范圍的方法與ACO

部分的相同。

⑤確定XX,平面上保護范圍械面的方法與等高避雷針相同。

（4）、矩形布置的四支等高避雷針的保護范圍

在h小于或等于％的情況下，當(dāng)D3大于或等于2ylh（2hr-/?）時，應(yīng)各按雙支等高避雷針

的方法確定：當(dāng)D.3小于2加（2兒-〃）時,應(yīng)按下列方法確定（圖3?7）o

①四支避雷針的外側(cè)各按雙支避雷針的方法確定。

②B、E避雷針連線上的保護范圍見圖3?7的1-1剖面圖，外側(cè)部分按單支避雷針的方法確

定。兩針間的保護范圍按以下方法確定：以B、E兩針針尖為圓心、h.為半徑作園弧，與針尖相

連的這段圓弧即為針間保護范I禮保護范F棍低點的高度%按卜,式計算：

一（號尸+h-hr

③圖3-7的2-2剖面的保護范圍，以P點的垂直線上的O點（距地面的高度為4+%）

為圓心，hr為半徑作圓弧與B、C和A、E雙支避雷針所作出在該剖面的外側(cè)保護范圍延長圓弧

相交于F、H點。F點（H點與此類同）的位置及高度可按下列計算式確定：

（九一兒尸=匯一仇+犬尸

4+4）一九產(chǎn)二照一（gf）2

④確定”7圖的3-3剖面保護范圍的方法與本款第③項相同。

⑤確定四支等高避雷針中間在h0至h之間于與高度yy'平面上保護范圍截面的方法；以

P點為圓心、J2兒他,一期)一的-〃0)2為半徑作圓或圓弧，與各雙支避雷針在外側(cè)所作的

保護范圍截面紅成該保護范圍截面。見附圖3-7中的虛線。

圖3-7四支等高避雷針的恒P范圍

(5)、當(dāng)單支避雷線的高度h小于2%時，單根避雷線的保護范圍

單根避雷線的保護范圍，當(dāng)避雷線的高度h大于或等于2h1時，無保護范圍；當(dāng)避雷線的高

度h小于2h,時，應(yīng)按F列方法確定(見圖3-8)。確定架空避雷線的高度時應(yīng)計及弧垂的影響。

在無法確定弧垂的情況下，當(dāng)?shù)雀咧еg的距離小于120m時架空避雷線中點的弧垂直采用2m,

距離為120~150m時宜采用3m。

A小于2A,但大于A,時小于或等于兒時

圖34單根架空避宙線的保護范

①距地面％處作一平彳了與地面的平行線；

②以避雷線為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線A、B兩點；

③以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該兩弧線相交或相切并與地面相切。從該弧線起到

地面止就是保護范圍;

④當(dāng)h小于2%且大于％時，保護范圍最高點的高度ho按下式計算：

/?0=2hr-h

⑤避雷線在h,高度的XX'平面上的保護寬度，按下式計算:

比=yjhQh’—h)--4)

式中：

bx一避雷線在hx高度的XX'平面上的保護寬度（m）；

k一避雷線的高度（m）

hr―滾球半徑，按表3-1（建筑防雷規(guī)范GB50057―%中表521）確定（m）：

hx|—被保護物的高度（m）.

⑥避雷線兩端的保護范圍按單支避雷針的方法確定。

表3?1接閃器布置

建筑物防雷類別滾球半徑％（m）避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸（m）

第一類防雷建筑物30W5X5或W6X4

第二類防雷建筑物45W10X10或W12X8

第三類防雷建筑物60W20X20或W24X16

（6）、兩根等高避雷線的保護范圍

兩根等高避雷線的保護范圍，應(yīng)按下列方法確定。

①在避雷線前度h小于或等于％的情況下，當(dāng)D大于或等于2j〃（2兒-6）時，各按單據(jù)

避雷線所規(guī)定的方法確定；當(dāng)D小于2，/?（2/一/?）時,按下列方法確定（圖3-9）：

a、兩根避雷線的外側(cè)，各按單根避雷線的方法確定：

b、兩根避雷線之間的保護范圍按以下方法確定：以A、B兩避雷線為圓心，耳為半徑作圓心

弧交于0點，以0點為圓心、兒為半徑作圓弧交于A、B點；

c、兩避雷線之間保護范圍最低點的高度底按下式計算：

_（9+〃一〃，

d、避雷線兩端的保護范圍按雙支避雷針的方法確定，但在中線上h°線的內(nèi)移位置按以卜.

方法確定（圖￡9的1-1剖面）：以雙支避雷針所確定的保護范圍中點最低點的高度%=1-

/（4-力-+（爭2作為假想避雷針,將其保護范圍的延長弧線與瓦線交于E點。內(nèi)移位置的

x也可按下式計算：

-=新0（24_?）一%

式中bo一按％=CO=EO=一人）一（號」確定。

②在避雷線高度小于h且大于hr而目避雷線之間的距離D小于2hr且大于2（4-

"（2--〃）的情況下，按下列方法確定（圖［9）。

a、距地面處作一與地面平行的線；

b、以避雷線A、B為圓心，％為半徑作