南京信息工程大学防雷基本理论知识课件

NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 雷电与防雷的理论基础 南京信息工程大学大气物理学院 肖稳安 TelE-mail： 2012年4月18日 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 前 言 雷电是一种对流性灾害天气。联合国十 年减灾委员会列为对人类生活影响“最严重 的十种自然灾害之一”；中国电工委员会称 为“电子时代的一大公害”。 我国每年因雷电灾害造成人员伤亡为 1000-2000人，财产损失为70-100亿元。 雷电研究和雷灾防护对安全生产和国防 安全都十分重要。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 雷电物理研究（了解雷电科学）： 雷电是雷电是如何产生的？如何产生的？ 雷电现象有那些表现形式？雷电现象有那些表现形式？ 雷电流的特征是什么？ 雷电灾害研究（了解雷电灾害）： 雷电是怎样危害人的生命和财产的？ 雷电危害机理是什么？ 雷击灾害风险分析评估？ 雷电与防护研究的内容 雷电防护研究（了解雷电防护技术方法）： 雷电的监测和预警？ 雷电防护的方法有哪些？ 防雷装置、工程检查检查、审核、验收？ NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 雷击概率 正、负闪击的概率分布 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-15- 150-160 160-170 170-180 180-190 190-200 25 20 15 10 5 0 雷击幅度（kA） 雷 击 幅 度 概 率 （%） NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 现代防雷技术的框架 内 部 防 雷 现代防雷技术 外 部 防 雷 安 装 接 闪 器 接 地 等 电 位 连 接 合 理 布 线 屏 蔽 安 装 电 涌 保 护 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 一.外部防雷的基本理论依据 雷击是雷云与建筑物之间的放电现象，设置 特定的装置，引导雷云对特定装置放电，提供能 使雷电放电电流迅速流入大地的低阻抗通道，就 能保护建(构)筑物免受雷击、保护人身和财产不 受雷电危害。 特定装置被 GB 50057-1994 2010（建筑物防 雷设计规范）定义外部防雷装置，由接闪器、引 下线、接地装置组成，它们共同构成了一条低阻 抗通路。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 接闪器：外部防雷装置中用于拦截雷电闪 击的那一部分。 引下线：外部防雷装置中用于将雷电流从 接闪器传导至接地装置的那一部分。 接地装置：外部防雷装置中用于将雷电流 传导及散流入地的那一部分。接地体是接地装 置的一部分，它直接与大地有电气接触并将雷 电流散流入大地。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 只要安装位置及状况正确，这三个基本部分 便能保证雷电放电电流在接闪器和接地装置之间 流通，而不是造成任何破坏和危险。 但是社会建筑物的种类非常繁多，结构、内 置物、用途各不相同，对不同类型的建筑物实施 与其相适应的防雷保护措施，才是科学、经济、 合理的。因此，在实施建筑物外部雷电保护前， 有必要先了解建筑物的防雷分类。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 1.建筑物防雷分类理论依据 基本原则： 建筑物应根据建筑物重要性、使用性质、 发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分 为三类 。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 目的： 建筑物的防雷分类的目的：减少建 筑物获被保护空间遭受直接雷击的损害 风险，防止或减少雷击建筑物所发生的 人身伤亡和文物、财产损失，做到安全 可靠、技术先进、经济合理。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 分类： 预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建 筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾 危险场所。 预计雷击次数大于0.25次/a的住宅、办公楼等 一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。 重点考虑发生雷电事故的可能性和后果，即雷 击发生越多，产生的后果越严重。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 预计雷击次数大于或等于 0.01次/a，且小于 或等于0.05次/a 的部、省级办公建筑物和其他重 要或人员密集的公共建筑物，以及火灾危险场 所。 预计雷击次数大于或等于0.05次/a，且小于 或等于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建 筑物或一般性工业建筑物。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据预 计雷击次数划分防雷建筑物的类别，那么预计雷 击次数又是如何得到的？ 要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防雷 装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损 坏风险R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而 损坏的概率）减小到小于或等于最大损坏风险Rc 值（即RRc）。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 取每年Rc=10-5，即每年十万分之一的损坏概 率。 R=NP = =E Ei E E s NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 如果R值采用可接受的最大损坏危险度 Rc=10-5，并使 式中 Nc建筑物可接受的年允许遭雷击次数。 因此，防雷装置所需要的效率应符合下式 ： NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 由上面可以看到防雷装置所需要的效率是与建筑物可接受的年 允许遭雷击次数Nc及建筑物年预计雷击次数（N）有关，根据IEC给出 的数值看规范中划分第二和第三类建筑物的预计年雷击次数是如何得 到的。 对第三类公共建筑物： =0.81 NC=1 1 10-2 0.811-（110-2）/N） N 110-2 /0.19 0.05（次/a） 只有N0.05（次/a）才能保护R值不大于10-5，从而才能保证防护 的效率。 若N0.05， R大于10-5，再采用第三类建筑物的防护就达不到应 有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 2.接闪器保护 （1）接闪保护的依据和分类 直击雷的危害涉及到人、畜的生命、房屋建筑 物、易燃、易爆场所、树木和电子线路等直接被 击毁、扭曲、劈裂的损坏。 设置特定的装置，引导雷云对特定装置放电 ，提供能使雷电放电电流迅速流入大地的低阻抗 通道，就能保护建(构)筑物免受雷击、保护人身 和财产不受雷电危害。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 避雷针保护，避雷针保护为什么能接闪？ NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 架空线路上方的避雷线 避雷线的保护 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 避雷带保护 a b c 避雷带的设置 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 明装避雷网 立体金属笼网 建筑物笼式避雷网 避雷网（法拉第笼式）保护 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 笼式避雷网的功能： 可以防建筑物顶部遭受雷击，又可以防建筑物侧面 遭雷击，保护被其罩住的建筑物； 对雷电流产生的暂态脉冲电磁场起屏蔽作用，使进 入建筑物内部的电磁干扰受到削弱； 笼式避雷网也能够对雷击时产生的暂态电位升高起 到电位均衡作用，将笼网各部位的暂态对地悬浮电位均衡到 大致相等的水平。 暗装避雷网是以建筑物自身结构中现成的钢筋作为其组 成构件的，节省投资，能保持建筑物造型的完美性，全方位 地接闪受雷，这些都是它的显著优点。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （2）接闪器选择的依据 雷击点处热量 现代建筑金属结构，兼作防雷装置，引导雷电流。雷 电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷击金属物 时，雷电放电通道直接与金属物接触，在雷击点产生的热 量可通过在雷电流持续时间内的积分来计算，即 式中 W 热量，J； UAR金属物体上雷击点处电弧压降，其经验值取为 2030V； i从雷击点注入金属物体的雷电流，A。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 进入建筑物的各种设施的雷电流分配 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 雷击点处的温升 由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的温 升以及雷电流通过金属物体所产生的温升时，均可忽略 散热的影响，于是温度可表示为 式中 T温升，； m 金属物体质量，； 比热，J /（）。 当温升值过高时，就会造成金属的熔化。由试验和 理论计算，可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属 的 熔化体积当量为： 铝： 12mm3/c； 铜：5.4mm3/c； 钢：4.4mm3/c。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 金属的熔化深度 雷击点加热面积的直径取50100mm，相应的面积 为19637854mm2。若已知电荷Q值，可估算金属的熔化 深度。 按负闪击8C的电荷值，则熔化深度： 铁： 0.0450.179mm； 铜： 0.0550.22mm ； 铝： 0.1220.489mm ； 已证实，铁板遭雷击时其与雷击通道接触处由 于熔化而烧穿仅当其厚度小于4mm时才可能。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体 内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自 身存在着电阻，雷电流流过它们时也会产生热 量，这种热量可表示为 式中 R金属导体电阻，； I 雷电流，A。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 可以看出，严重的热效应还会出现在雷电 流通路上有较高电阻的地方，特别是那些引流 导体之间的接触不良处，在这些地方常可能产 生很高的温升，使金属熔化，甚至出现熔体飞 溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储易燃易爆 物品的建筑物来说，是极具危害性的。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （3）接闪器的布设 两根平行导体之 间的电动力作用 式中 i1 i1两根平行导体上的电流。kA； d导体之间的距离，m； F单位长度导体的电动力，kg/m。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 载有雷电流的弯曲导体受力示意 引下线的走线方式（a）正确（b）不正确 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 3.引下线选择和设置原则 作用：引下线是连接防雷接闪装置和接地装置的一段导 线。其作用是将雷电流引入接地装置。 要求：引下线可以是若干条并联的电流通路， 其电流通路的长度应是最短的。 独立避雷杆塔、架空避雷线的端部、架空避雷网的 各支柱处应至少设一根引下线。 对金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔（或 支柱），宜利用其作引下线。 对防雷引下线有耐受能量和安全距离的要求。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 为什么要保护独立避雷针和架空避雷 线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑 物及与其有联系的管道、电缆等金属物之 间的距离？ NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （1）电位升高与雷电反击 由电路原理可知，电流流过有电阻与电感串联支路 时，将会在该支路上产生压降，支路的总压降中含电阻 上压降分量和电感压降分量。 在建筑物遭受雷击时，雷电流沿防雷装置中各分支 导体流动，经接地体汇入大地。会在分支导体的电感、 电阻和接地电阻上产生压降，使防雷装置中各个部位的 对地电位都有不同程度的升高。由于雷电流持续时间很 短，这种电位升高现象所持续的时间也很短，所以称为 暂态电位升高。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 如图当接闪器受雷接闪时 ，雷电流将沿接闪器注入防雷装置，并 经引下线和接地体汇入大地。在此雷电流的传输过程中，防雷装置中 任意一点A处的暂态电位可表示为： 式中 uAA点对真实地的暂态电位，kV； di/dt雷电流波头时间变化率，kA/s ； i雷电流，kA； Rg接地体的冲击接地电阻，； L0引下线单位长度电感，H/m lA点到接地体的长度，m。 防雷装置中的暂态电位抬高 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 当这一高电位与对处于低电位的被保护的建筑 物或与有联系的金属物的电位差达到空气击穿强度 时，在它们之间就会发生空气击穿放电，这就是反 击。使被保护的建筑物或与有联系的金属物也带上 高电位损坏建筑、设备和伤害人的生命。 为避免发生反击，应使防雷装置与这些物体之 间保持一定的安全距离。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （2）安全距离 防雷装置暂态电位升高使得它与周围不共地的金属体 之间出现暂态电位差。如上图中，引下线附近有一条金属 管道，该管道不与防雷装置的接地体连接，当建筑物遭受 雷击时，引下线上A点与管道上的B点之间将出现暂态电位 差uAB。在uAB作用下，如果A、B两点之间的间隙距离满足下 式： 则引下线与金属管道之间的空气间隙将被击穿，使则引下线与金属管道之间的空气间隙将被击穿，使 管道也带上高电位。管道也带上高电位。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 研究表明，电阻压降和电感压降使空气击穿的电场 强度是有差异的，电阻压降的空气击穿场强可近似取为 500kv/m。 电感压降的空气击穿场强E则与雷电流的波头时间 有关，它们之间的关系为： 式中式中 E EL电感压降的空气击穿场强，电感压降的空气击穿场强，kv/mkv/m； f f 雷电流波头时间，雷电流波头时间，ss。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 雷电流流过的防雷装置（独立避雷针、引下线、架空 线（网）的支柱）与被保护物体及其有联系的管道、电缆 等金属物之间的安全距离可由下式求出： 式中 ER电阻压降的空气击穿强度（kV/m），取其等于 500kV/m； EL电感压降的空气击穿强度（kV/m），取其等于 EL=600(1+1/t1)（kv/m）。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 根据GB/T21714提供的电感电压降的空气击 穿强度为 当 t1=10s时， EL=600(1+1/10)=660（kv/m） 当 t1=0.25s时， EL=600(1+1/0.25)=3000（kv/m） NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 在地上部分： 对第一类防雷建筑物首次雷击： i=200kA， T1=10 s， ER=500（kV/m）， EL=660（kV/m）， L0=1.5 H/m。 考虑计算简单取Sal0.4Ri+0.04hx 因此 Sa10.4（Ri+0.1hx） NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY Sa10.1（Ri+hx） 对第一类防雷建筑物后续雷击： I=50kA，T1=0.25 s， ER=500（kV/m） EL=3000（kV/m） L0=1.5 H/m 0.4（Ri0.1hx）=0.1（Rihx）相等的条件是hx=5Ri， 因此： 当hx5Ri时， Sa10.4（Ri+0.1hx） 当hx5Ri时， Sa10.1（Ri+hx） NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （3）等电位连接保护 对雷电反击的防护除保持高电位与处于低电位的被保护 建筑物或与有联系的金属物的安全距离外，有效的方法是等 电位连接。 等电位连接可消除高电位与处于低电位的被保护建筑物 或与有联系的金属物之间的电位差，起到电位均衡的作用， 避免发生电击，是有效的防雷方法，被广泛应用。 等电位连接的定义：等电位连接是将各防雷区的金属和 系统以及在一个防雷区内部的金属物和系统，在界面处作等 电位连接，建立一个三维的连接网络，即为防雷等电位连 接。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 一般做法 每幢建筑物本身应采用一个接地系统。所有进入建筑 物的外来导电物均应在LPZOB 与LPZ1，LPZ1与LPZ2，LPZ2 与LPZ3区的界面处做等电位连接。 当外来导电物体，电力线、信号线在不同地点进入建 筑物时，需要设若干等电位连接带，应就近将它们连接到 环形接地体上、内部环形导体或类似的钢筋上，并接通接 地体（含基础接地体）。 环形接地体和内部环形接地体应连接到钢筋或金属立 面等其它屏蔽体上，宜每隔5m连接一次；新建建筑应在一 些合适的地方预埋等电位连接预留件。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 等电位连接带导体的要求 对各类建筑物，各种连接导体的最小截面不应小于下表 中（等电位连接带连到接地装置的导体最小截面）的规定。 铜或镀锌钢等电位连接带的截面不应小于50mm2。 等电位连接带连到接地装置的导体最小截面 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 连接单台或多台级分类试验或 D1类电涌保护器的 单根导体的最小截面，尚应按下式计算： SminIimp/8 式中 Smin单根导体的最小截面 (mm2)； Iimp流入该导体的雷电流 (kA)。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY S型和M型等电位连接 一信息系统的各金属组件（如各种箱体、壳件、机架） 与建筑物的公用接地系统的等电位连接应采用以下两种基本 形式的等电位连接网络之一，即M型和S型结构。 信息系统等电位连接 的基本方法信息系统等电位连 接的组合 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 当电子系统为300 kHz以下的模拟线路时，可采用 S 型等电位连接，且所有设施管线和电缆宜从ERP处附近进 入该电子系统。 当采用S型等电位连接时，电子系统的所有金属组件 应与接地系统的各组件绝缘。 S型等电位连接应仅通过唯一的ERP点，形成Ss型连接 方式。设备之间的所有线路和电缆当无屏蔽时，宜与成星 形连接的等电位连接线平行敷设。用于限制从线路传导来 的过电压的电涌保护器，其引线的连接点应使加到被保护 设备上的电涌电压最小。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 当电子系统为兆赫级数字线路时，应采用M型 等电位连接，系统的各金属组件不应与接地系统 各组件绝缘。M型等电位连接应通过多点连接组合 到等电位连接网络中去，形成Mm型连接方式。每 台设备的等电位连接线的长度不宜大于0.5m，并 宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处，其 长度相差宜为20%。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 等电位连接举例 一般说来，凡进入建筑物内的金属管道（如供热管、 供气管、水管、穿线管）、电力电缆多种金属护套、电源 线进配电箱的PE线、信号线屏蔽层等均在入口处就近进行 等电位连接，对于布置于建筑物内部的各种金属管、电缆 槽、金属构件、电气和电子设备外壳等也应进行等电位连 接，这些等电位连接属于常规的等电位连接，主要是通过 搭接、连接母排和母线环等方式来实施的。搭接是将两个 以上金属件在相遇或相近处采用连接紧固装置或焊接而连 接起来，它是一种最基本的等电位连接方式，适合于金属 件之间的直接等电位连接。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 等电位连接原理建筑物电源线入口处等电位连接 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 在建筑物室内，为了便于多个设备或系统进行等电位连接，常在室 内沿墙体四周设置一圈连接母线环，让各个设备及线路屏蔽层就近与母 线环进行连接，实现各设备和线路屏蔽层之间的间接电位均衡。 采用母线环进行等电位连接 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 这种母线环实质上就是闭合形式的连接母排，其截面应不小于50mm2，在距 墙根高几厘米处明敷。母线环通常每隔约5m连接到基础接地体上去。 利用母线环进行电位均衡的做法也被应用于高层建筑物的外部防雷系统， 习惯上也称为均压环，在距地面一定高度（滚环半径）以上每隔一定间隔做一 圈均压环，并与引下钢筋相互电气连接，形成笼式防雷系统，这样在雷击时可 以有效地减小建筑体各部位的电位差，这种均压环也具有防建筑物侧面雷击的 接闪作用。 母线环的敷设 高层建筑物上的均压环 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 暂态等电位 在一些特殊场合，各金属体之间不允许作永久性的常规等电位连 接，只有在它们之间出现短暂的高电位差时才能进行暂时的等电位连 接，而在暂态高电位差消失后，彼此之间又需恢复不连接的开断隔离 状态，这就是暂态等电位连接。暂态等电位连接可以设置在信号线或 电源线进入建筑物的入口处。 建筑物入口处信号线与电源线的暂态等电位连接 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 煤气管上绝缘和两端的暂态等电位 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 暂态共地 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 4.接地装置 接地装置是指埋入土壤中或混凝土基础中作 散流用的金属导体。 （1）防雷接地的概念 避雷针、避雷线、避雷器和雷电电涌保护器 件等都需要接地，把雷电流泄放入大地，这就是 防雷接地。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （2）防雷接地的要求 在泄散雷电流过程中，接地体向土壤泄散的是高幅 值的快速冲击电流，其散流状况直接决定着由雷击产生 的暂态地电位抬高水平，良好的散流条件是防雷可靠性 和雷电安全性对接地装置的基本要求。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （3）防雷接地电阻 对雷电过电压和雷电电涌的防护，总是要把 雷电流传导入地，没有良好的接地装置，各种防 雷措施就不能发挥令人满意的保护作用，接地装 置的性能将直接决定着防雷保护措施的实际效 果。 接地电阻是表征接地体向大地泄散电流的一 个基本物理参数，在接地设计中占有十分重要的 地位。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 接地电阻的概念和影响因子 接地电阻的定义：当接地电流一流入接地电极，接地 电极的电位就比接地电流流入前升高UV，把=U/I作 为那个接地电极的接地电阻R。 R =U/I（） 防雷工程中提到的接地 电阻是指接地极的对地电阻 和接地线电阻的总和，也称 接地装置的接地电阻。 电流由接地体泄散进土壤 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通 过接地体流入地中电流的比值。 A、接地线的电阻及接地电极自身的电阻， 占总接地电阻的占总接地电阻的1 12 2， B、接地电极的表面及其与其接触的大地之 间的接触电阻，占总接地电阻值的占总接地电阻值的20206060； C、电极周围大地的电阻，这部分散流电阻这部分散流电阻 由土壤电阻率决定。由土壤电阻率决定。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 影响接地电阻的主要因子 由于大地为非理想导体，土壤具有一定的电阻率，影响接地 电阻的最重要因素是接地电极周围大地的电阻率，次要因子是接地 电极的形状和尺寸。 A、接地电极的形状和尺寸对接地电阻的影响 当其形状和尺寸确定后，电极的接地电阻可用下式 表示： 式中 R 接地电阻； 大地电阻率； f 接地电阻的形状、尺寸。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 在电极形状确定后，接地电阻可表示如下： 式中 L 电极的特征几何尺寸； k 是形状系数。 在一定的大地电阻率条件下，如形状变化，接地电阻 会明显变大变小，这在电极设计上很重要。 B、土壤的电阻率对接地电阻的影响 当接地极在形状确定后，土壤电阻率影响接地电阻的 大小。土壤电阻率大的地方，接地电阻也大。土壤电阻率 决定于土壤的的物理特性。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 土壤的种类和结构 各类土壤的电阻率范围 土壤的种类土壤的种类电阻率（电阻率（mm） 沼泽地及泥地沼泽地及泥地 黏土质砂地黏土质砂地 砂地砂地 砂岩及岩盘地带砂岩及岩盘地带 8080200200 150150300300 250250500500 1000010000100000100000 水中盐分与土壤 自然电阻率的关系 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 土壤所含水分（相对干燥土的重量）土壤所含水分（相对干燥土的重量）/%/%含砂土壤的电阻率含砂土壤的电阻率/ /（ m m） 2 2 4 4 6 6 8 8 1010 1212 1616 2020 18001800 600600 380380 290290 220220 170170 130130 9090 2424 2828 7070 6060 由此表可见，当含水量从2%增加到28%时，电阻率减 小为原来的1/30。视在土壤种类的不同，由含水量增大所 引起的土壤电阻率下降梯度是有明显差异的。 含水量对混砂泥土的电阻率的影响 含水量 绝对干燥的土壤是绝缘体，随着土壤颗粒中含有 水分的增加，其电阻率会下降， NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 温度 当土壤温度上升得很高，达到100以上时，土壤中含 有的水分开始蒸发，其电阻率又会增大。下表给出了一组反 映土壤电阻率随温度变化的实测数据，所涉及土壤的含水量 为15%。 土壤电阻率随温度变化的实测数据 温度温度(C )(C )大地电阻率大地电阻率倍倍 率率 20 10 0 0（冻结） -5 -15 72 99 130 300 790 3300 1.0 1.4 19 42 110 459 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 在0时，在土壤冻结时，电阻率将增大到4倍，如果 温度降到-15时电阻率将猛增到46倍，因此在埋设接地体 时应设法躲开地表下的高电阻率冻土层，将接地体埋在冻 土层以下的末冰土壤中。 土壤电阻率的季节性变化特性 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY （4）接地装置的选择 选择电阻地的材料。 在高土壤电阻率的场地，降低防直击雷冲击接地电阻 宜采用下列方法： 采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有 效长度，有效长度应符合有效长度的规定； 接地体埋于较深的低电阻率土壤中； 换土； 采用降阻剂。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY (5) 接地电阻的计算 半球状接地电极的接地电阻 接地电流 dx r xi NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 水平敷设成闭合矩形的圆柱形钢筋混凝土接地 体的接地电阻 式中：式中：h h 水平接地体（钢筋体或圆柱形混凝土体）埋深，水平接地体（钢筋体或圆柱形混凝土体）埋深，mm； l l 接地体的长度，接地体的长度，mm，接地体成闭合矩形时为周长；，接地体成闭合矩形时为周长； A A 闭合矩形接地体的形状系数；闭合矩形接地体的形状系数； 土壤的电阻率，土壤的电阻率，mm； 1 1 混凝土的电阻率，混凝土的电阻率，mm； d d1 1 圆柱形混凝土体的直径， 圆柱形混凝土体的直径，mm； d d 接地体（圆柱形混凝土体内钢筋）的直径，接地体（圆柱形混凝土体内钢筋）的直径，CmCm。 （） NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 表 闭合矩形接地体的形状系数A值 长短边比11.52345678910 A 值1.691.761.852.102.342.532.812.933.123.293.42 当钢筋混凝土体断面是矩形时，则式中d、d1为等效直 径其值等于 （m）,其中a和b分别为混凝土体或钢筋 体矩形横截面的长、短边之长（m）。 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYNANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 人工接地体的接地电阻人工接地体的接地电阻 垂直接地体的接地电阻：垂直接地体的接地电阻： 当当l dl d时：时： 式中：式中： 土壤的电阻率，土壤的电阻率，mm； l l 接地体的长度，接地体的长度，mm； d d 接地体的直径或等效直径，接地体的直径或等效直径，cmcm； （） 垂直接地体示意图垂直接地体示意图 NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENC