建筑物防雷设计和施工标准简介（一）

建筑物防雷设计和施工标准简介,关象石IEC/TC81/WG3 中国专家Emial:,第一部分 设计标准,建筑物防雷设计规范 GB 50057 2005年起进行第三次修订 2009年12月召开审定会 2010年报批稿上报,各 时 期 版 本, GBJ 57-83：经验总结和参考前苏联标准 GB 50057-94：在IEC/TC81 61024基础上修改 GB 50057-94 （2000年版）：增加了第六章 防雷击电磁脉冲，参考IEC 61312标准 自2005年起重新修订，以IEC62305系列为主,IEC和IEC/TC81,IEC-国际电工委员会成立于1906年宗旨：在电学和电子学领域中的标准化及其他事物方面（如认证）促进国际合作，增进国际间的相互了解。通过出版标准来实现这一宗旨。工作范畴：所有电工技术，包括电子、磁学和电磁学、电声学、通讯、能源生产和分配以及相关的一般原则，如术语、符号、测量和性能、可靠性、设计和开发、安全和环境。,IEC/TC81,TC81第81技术委员会（防雷）成立于1980年目的：制定国际防雷标准和指南协作：与IEC/TC64、 TC37、 TC77与ISO、ITU与CIGRE（国际大电网）与各成员单位（中国为25个P成员积极参加工作、承担标准草案投票表决）,原IEC TC81的标准,IEC/TC81新的标准体系,TC81和其他委员会,TC37A,电磁兼容电气装置和防电击电涌保护器及元件绝缘配合雷电防护,TC81,TC28,TC64,TC77,TC37A,61643-12:1997电源SPD选用,61643-21:2000信号SPD测试,61643-1:1998电源SPD测试,61643-22:2004信号SPD选用,61643-321:2001ABD（雪崩二极管）,61643-331:2003 MOV（压敏电阻）,61643-311:2001GDT（气体放电管）,61643-341:2001TSS（晶体闸流管）,61643-1/12/21/22已idt为GB18802.1/12/21/2261643-311/321/331/341已idtGB18802.311/321/331/341,IEC/TC37A决议,为避免IEC60099-1与IEC61643-1之间的部分重叠，要求TC37采取适当的行动，阐明IEC60099系列出版物不适用于低压1000V应用的避雷器（arresters）和SPD。 2002年10月,TC64和28标准,接地装置和保护导体（5-54：GB16895.3）过电流保护 （4-43：GB16895.5）布线系统 （5-52：GB 16895.6）数据处理设备用电气装置的接地要求（7-707：GB16895.9）低压电气装置对暂时过电压和高压系统与地之间的故障的防护（4-442：GB16895.11）,电气装置和电击防护建筑物电气装置（IEC 60364系列）,大气过电压或操作过电压保护（4-443：GB16895.12）建筑物电气装置电磁干扰（EMI）防护（4-444：GB16895.16）信息技术装置的接地配置和等电位联结（5-548：GB16895.17）过电压保护电器（SPD）（5-534：GB16895.22）,IEC60664-1 (GB16935.1) (IEC/TC28) 低压系统内设备的绝缘配合,TC77标准,浪涌(冲击)抗扰度试验 (4-5:GB17626.5)脉冲磁场 抗扰度试验 (4-9:GB17626.9)阻尼振荡磁场 抗扰度试验 (4-10:GB17626.10),电磁兼容(EMC)电磁兼容性 试验与测量技术(IEC 61000系列),关于推进采用国际标准的若干意见,采用国际标准和国外先进标准是我国一项重大技术经济政策，是促进技术进步，提高产品质量，扩大对外开放，加快与国际惯例接轨的重要措施。国家质检总局 国家发改委 国家经委 科技部外贸部（商务部） 国家标准化管理委员会2002年209号文件,1 总则,适用于新建、扩建、改建建筑物的防雷设计。,旧条文中,不适用于天线塔、共用天线电视接收系统、油罐、化工户外装置已删去。,原1.0.1条保留,为使建筑物（含构筑物，下同）防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。,2 术语,对雷电、防雷装置、被保护系统共作了50条定义,2 术语,电气系统（低压配电系统）由低压供电组合部件构成的一个系统电子系统由敏感电子组合部件（如通信设备、计算机、控制和仪表系统、电力电子装置）构成的一个系统。,2 术语,接闪器用于拦截闪击的接闪杆（避雷针）、接闪导线（避雷带、线、避雷网）以及金属屋面和金属构件等组成的这部分外部防雷装置。,2 术语,插入损耗、回波损耗近端串扰等影响系统传输特性的参数,2 术语,外部防雷装置接闪器、引下线和接地装置内部防雷装置防雷等电位连接和与外部防雷装置的电气绝缘，即间隔距离。,3 建筑物防雷分类,分类原则： 根据重要性、使用性质、发生雷 电事故的可能性和后果。分 类： 第一类（、级） 第二类（级） 第三类（级）,第一类防雷建筑物,具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物 （原为0区或10区）具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因电火花引起爆炸，会造成巨大损失和人身伤亡者 （原为1区，不含21区）,爆炸性气体环境危险区,0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境（原 定义为0 区）2区：在正常运行时基本不可能出现爆炸性气体混合物的环 境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物 的环境。（原1区定义与2区定义的修改）注：正常运行开车、运转、停车、装卸、密闭盖的 开闭等,爆炸性粉尘环境,四种粉尘易爆炸性粉尘：在空气中氧气很少的环境也能着火，呈 悬浮状时能产生剧烈的爆炸，如镁、铝、铝青铜等粉尘可燃性导电粉尘：与空气中氧起发热反映而燃烧的导电 性粉尘，如石墨、炭黑、焦炭、铁、锌、钛等粉尘 可燃性非导电粉尘：与空气中的氧起发热反映而燃烧的 非导电性粉尘，如聚乙烯、苯酚树脂、小麦、玉米、 砂糖 、可可 、木质、米糠、硫磺等粉尘可燃纤维：与空气中的氧起发热反映而燃烧的纤维，如 棉花纤维、麻、丝、毛的纤维、木质纤维、人造纤维等。,爆炸性粉尘环境危险区,20区：在正常运行时，空气中的爆炸性粉尘云持 续（长期或经常短时频繁）存在的场所， 如粉尘容器内、料斗、料仓、施风除尘器 和过滤器、粉料传输系统、搅拌机、研磨 机、干燥机等。21区：在正常运行时，空气中的爆炸性粉尘云很 可能偶尔出现的场所，如为操作而频繁打 开粉尘容器的周围。22区：在正常运行时，空气中的爆炸性粉尘云不 太可能出现的场所，即便出现，持续时间 也是短暂的。,第一类与第二类防雷建筑物的区别,易燃液体泵房在地面时为2区，属第二类；当置于地下或半地下时，因其蒸气和空气的混合物的比重大于空气，不易扩散，要划为1区，属第一类防雷建筑物,第二类防雷建筑物,增加：特级和甲级体育馆具有21区爆炸危险场所的建筑物修改：11区改为21和22区省、部级建筑物0.06次改为0.05次住宅0.3次改为0.25次,第三类防雷建筑物,修改：省部级0.012次改为0.01次住宅0.3次改为0.25次一般性工业建筑物0.06次改为0.05次,第三类防雷建筑物,在需要防雷击电磁脉冲（LEMP）时，当： 建筑物没有装设直击雷防护装置（LPS）和不 处在其他建筑物或物体的保护范围时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷措施， 在考虑屏蔽的情况下，宜用避雷网。,N=k Ng Ae其中：k： 2：位于山顶和旷野孤立 1.7：没有接地的金属屋面的砖木结构建筑 1.5：河（湖）边、山坡下、山地中小处、地 下水露头处、土山顶、山谷风口及特别潮 湿的建筑物 1.0：一般情况 Ng=0.1Td （Ng=0.024Td 1.3） Ae=LW+2(L+W) H(200-H)+H（200-H）10-6L、W、H为长、宽、高。（适用于H100m）,附录A 建筑物年预计雷击次数,3 建筑物的防雷分类,第一类 防雷建筑物1. 制造（使用、贮存）炸药（火药、起爆 药、火工品等）大量爆炸物的建筑物，因 电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人 身伤亡2. 具有0区或10（20）区爆炸危险环境的建筑 物3. 具有1（或21）区爆炸危险环境的建筑物， 因电火花引起爆炸，会造成巨大破坏和人 身伤亡,3 建筑物的防雷分类,第二类 防雷建筑物1 国家重点文物保护的建筑物2 国家级会堂、办公、展览建筑物、大型火车站、国 宾馆、国家档案馆、大城市重要给水水泵房3 国家级计算中心、国际通讯枢纽等4 特级和甲级体育馆4 制造（使用、贮存）爆炸物质的建筑物，且电火花 不易引起爆炸5 具有1区（或21区）爆炸危险环境的建筑物，且电火 花不易引起爆炸6 具有2区或11（22）区爆炸危险环境的建筑物7 工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭所罐8 预计N0.06（0.05）次/a的部（省）办公建筑及重要 或人员密集的公共建筑物9 预计N 0.3（0.25）次/a的住宅、办公楼等民建,3 建筑物的防雷分类,第三类防雷建筑物1 省级重点文物保护的建筑物、省级档案馆2 预计N0.012（0.01）次/a，0.06（0.05）次/a的部 （省）办公建筑及重要或人员密集的公共建筑物3 预计N0.06 （0.05）次/a， 0.3 （0.25）次/a的住 宅、办公楼等民建4 预计N0.06 （0.05）次/a的一般性工业建筑物5 综合评估后确定需防雷的21区、22区、23区火灾危险 环境6 Td15d/a地区，15m的烟囱、水塔等孤立建筑物 Td 15d/a地区， 20m的烟囱、水塔等孤立建筑物,3 建筑物防雷分类,爆炸火灾危险环境0区：正常情况下能形成爆炸性混合物（气体或蒸气爆炸性）的爆炸危险 场所1区：在不正常情况下能形成爆炸性混合物的爆炸危险场所2区：在不正常情况下能形成爆炸性混合物不可能性较小的爆炸危险场所10区：在正常情况下能形成粉尘或纤维爆炸性混合物的爆炸危险场所11区：在不正常情况下能形成粉尘和纤维爆炸性混合物的爆炸危险场所21区：在生产（使用、加工贮存、转运）过程中，闪点高于环境温度的 燃液体，易引起火灾的场所22区：在生产过程中，粉尘或纤维可燃物不可能爆炸但能引起火灾危险 的场所23区：固态可燃物，在数量和配置上能引起火灾危险的环境,4 建筑物的防雷措施,防直击雷和闪电电涌侵入：各类防雷建筑物防雷电感应：第一类和第二类中5.6.7款,4 建筑物的防雷措施,设内部防雷装置：（各类防雷建筑物）在建筑物的地面层处等电位连接，有建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线外部防雷装置与金属物的间隔距离,4 建筑物的防雷措施,防LEMP（雷击电磁脉冲）第二类中的2.3.4款（会堂、展馆、火车站、机场、水泵房、计算中心、通讯枢纽、特甲级体育馆）及系统所接设备重要、雷击磁场环境和加于设备电涌满足不了要求,4 建筑物的防雷措施,（1）接地电阻值要求降低 （2）绝缘段前后的处理 （3）具体规定了SPD的选择,4.1 接地电阻,4.2.1中第8款规定： （第一类防雷建筑物）每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10。在土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻，但在3000m以下地区，冲击接地电阻不应大于30。,4.1 接地电阻,4.2.2中第3款规定： （第一类防雷建筑物）防雷电感应的接地装置应与电气和电子系统的接地装置共用，其工频接地电阻不宜大于10。,4.1 接地电阻,4.2.3中第5款规定： （第一类防雷建筑物防雷电波侵入）进入建筑物的架空金属管道接地，冲击接地电阻不应大于30。,第一类：土壤电阻率500m时 R5m时无须补加接地体（ R= A/） 土壤电阻率在5003000 m时 11-3600 R 时无须补加接地体 380,防雷接地电阻值可不计及的要求,防雷接地电阻值可不计及的要求,第二类： 800m时，A/5m 为800m至3000m时， A/（ -550）/50第三类： 3000m时 A/5m或A79m2,接地分析（1）,IEC62305-3中分：A型（单独的水平/垂直接地体）B型（利用建筑物基础钢筋或围绕建 筑物的环型人工接地体）,接地分析,A型1.不少于2个接地极2.在土壤电阻率很低，接地电阻很容易低 于10时，无 其他要求3.土壤电阻率较高，接地电阻不易达到 10以下时，对各类防雷建筑物的接地体有 一长度要求。,接地分析,接地分析,B型1.第一类防雷建筑物：总长度80%与土壤接触环型地网的等效半径re = A/ re l2.第二类防雷建筑物：,800m时，A/5m 为800m至3000m时， A/（ -550）/503. 第三类防雷建筑物： 3000m时 A/5m或A79m2,接地分析（2）,a) b) c)图 1 典型接地体的三种表示图,接地分析,接地分析25mm2铜导线,接地分析 107mm2铜导线,接地分析,在高频（如1MHz）下， =Rf+2fL 很大 接地线成了天线问题一：环路感应出高电位Uoc/max=0b l H1/max/T1问题二：引下线长度为干扰频率的波长的/4或奇 数位时产生谐振，能干扰设备正常工作,接地分析,图10 活动地板下专设等电位连接基准网,美国IEEE std1100-1992,不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、静止的、信号的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体做为设备接地导体的一个连接点。,接地系统测量导则,GB/T 17949.1-2000ANSI/IEEE 81：1993接地：一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体。其目的是：1. 使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；2. 引导地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。川濑太郎接地技术与接地系统一书中称之为身体地（body earth），或本体地。,电子系统不应设独立的接地装置,6.3.4 第5款电子系统的所有外露导电物应与建筑物的等电位连接网络做功能性等电位连接。由于按照本标准规定实现的等电位连接网络均有通大地的连接，所有电子系统不应设独立的接地装置。向电子系统供电的配电箱的保护地线（PE线）应就近与建筑物的等电位连接网络做等电位连接。,4.1 接地电阻,在4.3.6和4.4.6中对第二、三类防雷建筑物： 共用接地装置的接地电阻应按50HZ电气装置的接地电阻确定，以不大于其按人身安全所确定的接地电阻值为准。,4.2 绝缘段前后的处理,4.2.4条第11、12款对输送火灾爆炸危险物质的埋地金属管道和有阴极保护的埋地金属管道在入户处设绝缘段时，规定如下：,选择级试验的密封型SPD Iimp按计算0.5I/n.m计算，m=1 UP应小于绝缘段的UW ,在无法确定时 UP 2.5 且1.5kv SPD的上端头接到等电位连接带,新增内容（1）,4.5.6 防接触电压1.利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是 贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括 位于建筑物四周和建筑物内。2.引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于50km。 注：例如，采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层通常符合本要求。3.外露的引下线，其距地面2.7m以下的导体用耐1.2/50s冲 击电压100kV 的绝缘层隔离，例如用至少3mm厚的交联聚 乙烯层。4.用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。,防跨步电压： 1.利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在 电气上是 贯通且不少于10根柱子组成的自然引 下线，这些柱子包括 位于建筑物四周和建筑物内。 2.引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小 50km。 注：例如，采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层通常符合本要求。 3.用网状接地装置对地面作均衡电位处理。 4.用护栏、警告牌使进入距引下线3m范围内地面的可 能性减小到最低限度。,新增内容（2）,5 外部防雷装置（1）,注：扁钢厚度4mm,5 外部防雷装置（2）,5 外部防雷装置（3）,引下线规格一般：圆钢直径8mm、 扁钢截面50mm2 暗敷：圆钢直径10mm、扁钢截面80mm2 烟囱：圆钢直径12mm、扁钢截面100mm2 宜利用建筑物钢柱、消防梯等金属构件,5 外部防雷装置（4）,人工接地体规格水平接地体：圆钢直径10mm扁钢截面90mm2 垂直接地体：角钢厚度3mm（5050mm） 钢管壁厚3.5mm,5 外部防雷装置（6）,修改：热镀锌接闪环：12mm 扁钢100mm2架空接闪网：截面50mm2,5 外部防雷装置（8）,接地体材料增加：铜材：水平接地体用铜绞线、单根圆铜和单根扁铜时，截面50mm2垂直接地体用单根圆纲15mm、用铜管时20mm不锈钢材要比热镀锌钢稍大,彩 板,5.2.7的条文说明： 上层钢板厚度不应小于0.5mm 中间保温层为非易燃物 下层钢板一般不会被击穿，且 能阻挡上层板被击穿时的熔化物,EMC protection zone concept电磁兼容保护区方案,EMC PZ 0(LPZ 0),(PZ = 保护区),EMC PZ 1,EMC,PZ 2,EMC,PZ 3,EMC,PZ 3,TT 371 CN 18.11.98,6 防LEMP防雷区（LPZ）,6 防LEMP防雷区（LPZ）,6 LEMP防雷区（LPZ）,LPZOA区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全 部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减（直 击雷非防护区）LPZOB区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径 对应的雷电流直接雷击；本区内的电磁场强度 没有衰减（直击雷防护区）LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导 体的电流比LPZOB区更小；本区内的电磁场可能 衰减，这取决于屏蔽措施（第一屏蔽防护区）LPZn+1：后续屏蔽防护区，进一步减小流入电流和电磁场 强度的防护区,6 防LEMP防雷区（LPZ）的作用,确定等电位连接的位置 确定等电位连接导体的最小截面 确定SPD的安装位置 确定SPD的选型 计算H1或H2，决定是否增加屏蔽措施,6 防LEMP屏蔽,6 防LEMP屏蔽,HO=io/2Sa（A/m） 1GS79.6A/m首次雷击（25kHz）：1000/300/100 A/m后续雷击（1MHz）：100/30/10 A/m,Sa值的确定（6.3.2）,A：远处落雷，根据闪电定位系统确定B：闪电击在建筑物附近的最坏（磁场强度 最大）的情况，由Sa的计算确定,图6.3.2-2 取决于滚球半径和建筑物尺寸的距离sa,R=10I0.65I=200、150、100kAR=313、260、200m当HR时Sa= H（2R-H）+L/2当HR时Sa=R+L/2,6 防LEMP等电位连接,6 防LEMP等电位连接,S型和M型的适用范围,6.3.4条中第6、7款规定S型电子系统为300kHz以下的模拟 系统M型电子系统为MHz级的数字系统,6 LEMPSPD,Components / 元器件,6 LEMPSPD,电涌保护器目的在于限制瞬态过电压和分走电涌 电流的器件，它至少含有一非线性元 件。电源SPD连接到低压配电系统的SPD。电信SPD连接到电信和信号网络的SPD。适用电压：直流1500V交流1000V（rms）（50Hz）,6 LEMP电源SPD分类,T1（I级分类试验） 用标称放电电流In、1.2/50s冲击电压和10/350 s冲击电流Iimp做的试验，对应为电压开关型 SPDT2（级分类试验） 用标称放电电流In、 1.2/50s冲击电压和8/20 s最大放电电流Imax做的试验，对应为限压型 SPD。T3（级分类试验） 用混合波（ 1.2/50s和8/20 s）做的试验，对 应为组合型SPD。,电信、信号SPD分类,4.2.3 第一类防雷电波侵入（1）,A. 低压线全采用铠装电缆埋地敷设时：入户处总配电箱是否要SPD要根据具体 情况确定B. 低压线部分埋地（l2）敷设时：在电缆和架空线连接处SPD应选：T1型SPD Up2.5kV Iimp10kA,4.2.3 第一类防雷电波侵入（2）,A. 电子系统室外线路全线埋地敷设时，入户处终端箱体是否要SPD要根据具体情况确定B. 线路采用钢筋混凝土杆架设时，应穿一段管埋地引 入，长度不小于15m时：终端箱内SPD应选：D1型SPD 短路电流2kA（10/350）、Up0.8Uw,4.2.4 第一类建筑物LPS在屋面上时,A. 总配电箱内SPD选择T1型SPD Up2.5kV Iimp值12.5kA也可按雷电流分配计算选取B. 电子系统的终端箱处SPD选择D1型SPD 短路电流2kA（10/350）Up0.8UwC. 电子系统采用光缆时，在终端箱的电气线路侧， 可选B2型SPD 短时电流100A（5/300s）,4.3.8 第二类防反击中要求,A.电气接地与防雷接地共地（或相连）时， 总配电箱上SPD的选择同4.2.4条。B. 当无线路引出建筑物时，可选T2型，In5kA（8/20） Up2.5kV。C. 电子系统的SPD选择同4.2.4条。,4.4.7 第三类防反击中要求,SPD同4.3.8条，D1的2kA改为1kA B2的0.1kA改为0.05kA,4.5.4 节日彩灯等户外灯的SPD,在其配电箱内选T2型SPDUp2.5kV In根据具体情况确定,6 LEMP,第6.4.4条SPD必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。,6 LEMP使用安装SPD的三项基本要求, 安装SPD之后，在无电涌发生时，SPD不应 对电气（电子）系统正常运行产生影响。 安装SPD之后，在有电涌发生的情况下，SPD 能承受预期通过的雷电流而不损坏，并能箝制 电涌电压和分走电涌电流 在电涌电流通过后，SPD应迅速恢复高阻状态， 切断工频续流。,6 LEMP