建筑物防雷设计规范——对防雷规范的学习理解

中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 1 对 建筑物防雷设计规范 的学习理解 2013.3 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 2 雷击，具有不确定性 （怪兽） 不知会击向何处； 不知会击中那栋建筑物； 不知每次雷击的容量有多大； 不知一场雷暴雨会发生多少次雷击闪电。 2012年澳洲某地，据新闻报道，一天发生的雷击 闪电高达 4000多次。 由于雷击造成的损害也经常见睹报端。 （故宫雷击、 92年设计的小房子遭雷击） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 3 在防雷的实践中，逐步总结出一些方法，这就是 我们现行规范中所提及的内容。 目的：防止和减少雷击造成的损害。 规范所规定的方法，能够防绝大部分的雷击，但 是不能做到 100%； 雷击造成的各类损害都是有一定的概率的，我们 按照规范的要求作，就是要尽量减小这些概率。 这也是我们努力的方向。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 4 目前，关于防雷的规范，有我国自己编制的（参 照国际上一些好的，行之有效的做法）； 有采标 IEC的标准而形成的国标； 行业标准；地方标准。 建筑物防雷设计规范 GB50057-2010 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2012 通信局（站）防雷与接地工程设计规范 GB50689-2011 民用建筑电气设计规范 JGJ16-2008 各类建筑电气设计规范（行业标准） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 5 雷电防护第 1部分：总则 GB/T 21714.1 2008/IEC 62305-1:2006/2010 雷电防护 第 2部分：风险管理 GB/T 21714.2 2008/IEC 62305-2:2006/2010 雷电防护第 3部分：建筑物的物理损坏和生命危险 GB/T 21714.3 2008/IEC 62305-3:2006/2010 雷电防护 第 4部分：建筑物内电气、电子系统 GB/T 21714.4 2008/IEC 62305-4:2006/2010 雷电电磁脉冲建筑防护标准 （天津市） DB29-58-2010 已形成报批稿的 古建筑物防雷设计规范 农村民居雷电防护工程技术规范 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 6 规范标准的特点： 1、覆盖面广：从城市到农村民居；从建筑物到电子信息系统； 2、新：对原有规范修编周期短；空白方面越来越少； 3、与国际接轨，内容均参照了 IEC以及发达国家好的内容； 建筑物防雷设计规范 GB50057-2010在编制过程 中就是参考 IEC标准、还有英国、美国、德国、日 本的标准。而且电气产品主要与 IEC相同，规范中 提到的产品，就是 IEC的试验和选择要求。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 7 在建筑工程防雷设计中，在设计总说明中关于设 计内容部分，应包括：防雷、接地及安全系统。 防雷设计：主要是建筑物的防雷设计，在建（构） 筑物屋顶设置避雷带、避雷网、避雷针等；利用建 筑物的钢筋作为引下线，或是设置独立的引下线； 利用建筑物基础作为接地极，或是单独设置接地装 置等。 形成符合规范的各类防雷接地及安全要求。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 8 注意：对于雷电防护的分级， 建筑物防雷设计 规范 GB50057-2010是按类分为：一、二、三类 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343- 2012则是按级，分为 A、 B、 C、 D四级。 它们是针对不同的目标来分的，前者是针对建筑物 （ GB50057第 3章建筑物的防雷分类），后者是针对 建筑物中的电子信息系统（ GB50343第 4.3节按电子 信息系统的重要性、使用性质和价值确定雷电防护 等级）。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 9 与原规范（ 2000年版）的变化： 第 1章：总则（有 3处变化）； 第 3章：建筑物的防雷分类（有 10处变化）； 第 4章：建筑物的防雷措施（有 46处变化）； 第 5章：防雷装置（由 14处变化）； 第 6章：防雷击电磁脉冲（由 17处变化）。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 10 建筑物防雷设计规范 GB50057-2010主要变化 1 增加了第 2章 术语； 2 简化了雷击大地的年平均密度计算公式 , 并相应调整了 预计雷击次数判定建筑物的防雷分类的数值； 3 修改防侧击的规定； 4 变更防接触电压和防跨步电压的措施； 5 补充外部防雷装置采用不同金属物的要求； 6 详细规定电气系统和电子系统选用电涌保护器的要求； 7 共 9个附录。 在这些变化中，有的只是文字上做了些修改，内容的意思 还与原来的差异不大，但有部分条款作了更具体的要求； 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 11 总则第 1.0.1条就提到： 防止或减少雷击建 （构）筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损 失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损 坏或错误运行， 装设了防雷装置，并不能保证不遭雷击。设置的 接闪器，就是要对雷击进行拦截，拦不住就会遭 雷击，所以用了 “ 防止或减少 ” 。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 12 术语中 2.0.5防雷装置（ lightning protection system) 英文是系统，但我国的习惯称呼还是装置。 用于减少闪击击于建（构）筑物上或建（构）筑 物附近造成的物质性损害和人身伤亡，由外部防 雷装置和内部防雷装置组成。 （原规范为 由接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器等 ） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 13 术语第 2.0.17闪电电涌 闪电击于防雷装置或线路上以及由闪电静电感应 或雷击电磁脉冲引发，表现为过电压、过电流的 瞬态波。 注意： 50Hz的电源和闪电电涌不一样，电力系统 50Hz的操作过电压，不属于避雷的范畴，应由配 电系统的电涌保护器解决，有相应的产品标准。 电涌保护器的作用比避雷器更广。 有的建筑不做防雷，但还须考虑操作过电压。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 14 关于等电位连接，有的设计人员在设计中要求从总 电位处用绝缘导线穿塑料管引导设备机房某处，实 际上没有必要。因为逻辑地要接到设备机壳上，PE 线也接到机壳上，形成了并联，其实这根线是多余 的，电磁兼容手册中有此概念。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 15 防雷分类是根据建筑物的重要性、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。在二、三类防雷建筑物分类中，还应注意雷 击次数。 二类： 3.0.3条第 9款：预计雷击次数大于 0.5次 /a的 部、省级办公建筑和其他重要或人员密集的公共 建筑物以及 火灾危险场所 。 第 10款：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或一般性工业建筑。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 16 三类： 3.0.4条第 2款：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 筑和其他重要或人员密集的公共建筑物，以及火 灾危险场所。 3.0.4条第 3款：预计雷击次数大于或等于 0.05 次 /a的住宅、办公楼等一般性民用建筑或一般性 工业建筑物。 这两条中的其他款均容易对号入座，唯独这四款 是需要经过计算后，根据结果来确定防雷的类 别，工程中经常出现问题是分类不准确。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 17 第 4章 二类防雷建筑的滚球半径为 45m，三类防雷建筑的 滚球半径为 60m，但在考虑防侧击雷时，均是要求 高于 60m，其上部占高度 20%的部位应防侧击雷。 这是 IEC标准所规定的，也是属于各成员国之间争 论后的结果。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 18 规范颁布执行，但在执行过程中由于理解不同，执行过程 中往往出现一些偏差或是疑虑，尤其是第 4章。 例如建筑物设置引下线问题，作为民用建筑设计防雷，无 论其防雷类别为二类或三类，大多数情况下完全有条件利 用建筑物内的钢筋作为引下线。但在施工图审查时，有的 审查人员根据 4.3.3条： 专设引下线不应少于 2根，并应沿建筑物四周和内庭园四 周均匀对称布置，期间距沿周长计算不应大于 18m。当建 筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线时，应在跨距 两端设引下线并减小其他引下线的间距，专设引下线的平 均间距不应大于 18m。（二类） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 19 第 4.4.3条 专设引下线不应少于 2根，并应沿建 筑物四周和内庭院四周均匀对称布置，其间距沿 周长计算不应大于 25m。当建筑物的跨度较大，无 法在跨距中间设引下线时，应在跨距两端设引下 线并减小其他引下线的间距，专设引下线的平均 间距不应大于 25 m。 （三类） 因此施工图审查单位就要求设计人员必须设置专 用引下线。 （为此接到过不少电话，反映相关问题） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 20 其实在 4.3.5条：利用建筑物的钢筋作为防雷装置 时，应符合下列规定 ： （ 共 6款） 目前民用建筑中，利用建筑物的钢筋作为防雷装 置是极为普遍的现象。 为此，中国建筑学会建筑电气分会于 2012年 9月 1719日在天津就上述两条强制性条文，并就如何 在民用建筑电气设计中合理应用达成了共识。研 讨情况如下 : 对于上述两条强制条文执行的难点是如何界定“第 二类、第三类防雷建筑物设置专用引下线的问 题”。对此参加研讨的理事一致认为： 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 21 1、在第 4.3.3条（第 4.4.3条）中，二类（三类） 防雷建筑物当为钢筋混凝土结构时，应采用建筑 物四周和内庭院四周结构柱内不少于 2根主筋做引 下线，其间距沿周长计算不应大于 18m（ 25m）。 当建筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线 时，应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的 间距，并使引下线的平均间距不应大于 18m （ 25m）。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 22 2、在第 4.3.3条（第 4.4.3条）中，二类（三类）防雷建 筑物当为木结构时，应设专用引下线，并不应少于两根， 其间距沿周长计算不应大于 18m（ 25m）。 3、在第 4.3.3条（第 4.4.3条）中，二类（三类）防雷建 筑物当为砖混结构，毛石基础时，宜设专用引下线，并不 应少于两根。 注：采用砖混结构，毛石基础的建筑物周边亦有构造柱，内有四根 12 钢筋，由于构造柱栽入毛石基础距地面较浅，且毛石基础的电 阻率相对较高，不宜直接做接地装置。但是，如在埋入地下的构造 柱上预留钢板并与柱内钢筋焊接，再由此板焊接接地连接体至室外 接地极、而不设置专用引下线，也是可行的方案。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 23 其实在 4.3.5条：利用建筑物的钢筋作为防雷装置 时，应符合下列规定 ：（ 共 6款） 4.4.5条建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、 基础内的钢筋作为引下线和接地装置， 目前民用建筑中，利用建筑物的钢筋作为防雷装 置是极为普遍的现象。 而且，规范是：专设引下线不应少于 2根，并没有 要求必须设置专用引下线，而是当采用专用引下 线时，不应少于两根。所以规范看了前面条文， 还要看后面的条文。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 24 另外建筑物的接地，有的工程设计人员不分对 象，笼统地要求做共用接地，并要求接地电阻不 大于 1欧姆，或是不大于 0.5欧姆。 做共用接地这是大家的共识，也是国际上认同的 好的做法，但是对于接地电阻值的要求，应是有 前提的。是根据供配电系统的接地型式来决定， 例如高压系统通过燃弧线圈接地、通过小电阻接 地等。而且是针对工频电源系统来说的，也就是 50Hz。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 25 建筑物防雷设计规范 GB50057-2010 第 4.3.6条就明确：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，不应大于按人身 安全所确定的接地电阻值。 对于电子信息系统机房的信息系统接地，也要求 上述的电阻值，根本无法达到。只能靠等电位连 接来解决。（机房规范将明确） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 26 防接触电压和跨步电压问题 4.5.6 在建筑物引下线附近保护人身安全需采取的防接触 电压和跨步电压的措施，应符合下列规定： 1 防接触电压应符合下列规定之一： 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 ，作为自 然引下线的柱子包括位于建筑物四周和建筑物内的。 2)引下线 3m范围 内地表层的电阻率 不小于 50km ， 或 敷设 5cm厚沥青层或 15cm厚砾石层。 3)外露引下线，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 ，或用至少 3mm厚 的交联聚乙烯层隔离。 4)用 护栏、警告牌 使接触引下线的可能性降至最低限 度。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 27 2 防跨步电压应符合下列规定之一： 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 ，作为自 然引下线的柱子包括位于建筑物四周和建筑物内的。 2)引下线 3m范围 内地表层的电阻率 不小于 50km ， 或 敷设 5cm厚沥青层或 15cm厚砾石层 。 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。 可增大土壤表面电阻率来减小通过人体的电流。（第 2款） 若有钢筋网的水泥平地，则无跨步电压问题。（第 3款） 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 28 第 5章防雷装置 表 5.1.2防雷装置各连接部件的最小截面，一般 1mm2的铜线能承受 8kA， 50kA宜用 10mm2。 表 5.2.1接闪器的材料，规范中列出了许多种，这 是从 IEC引来的。（以前主要使用钢材） 5.2.3接闪杆的接闪端宜做成半球状。其最小弯曲 半径宜为 4.8mm，最大宜为 12.7mm。 这不是从 IEC引来，而是根据美国的标准。因为美 国做了这方面的研究，结论是比尖的效果好。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 29 第 6章防雷击电磁脉冲 6.1.2当电源采用 TN系统时，从建筑物总配电箱 起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路必须 采用 TN-S系统。（强条） 其主要目的就是不能出现 TN-C系统，否则正常的 电流会流到敏感设备的外壳上，影响敏感设备的 正常运行。 外来电源用 TN-C，进户作重复接地，形成 TN-S。 进户用 TN-S， N线和 PE线间的压降增大，产生扰动 电压。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 30 6.3.1-2在需要保护的空间内，采用屏蔽电缆时其 屏蔽层应至少在两端，并宜在防雷区交界处做等 电位连接，系统要求只在一端做等电位连接时， 应采用两层屏蔽或穿钢管敷设，外层屏蔽或钢管 应至少在两端，并宜在防雷区交界处做等电位连 接。 这条很重要，模拟信号频率低，怕干扰，一端接 地，外面有动态干扰，电压能达到近 5kV，会出现 不稳定。两端接地，形成环路，只有几十伏甚至 更低的电压。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 31 6.3.2是关于磁场强度问题，敏感的电子设备耐受 过电压和过电流的能力较低，磁场对其的影响较 大，根据不同防雷类别， Sa的平均距离有要求。 雷击在建筑物上和击在建筑物附近是不同的。 6.3.3条与原来基本相同，只需就近接线，没有必 要从总等电位处拉线。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 32 6.3.4条 穿过各防雷区界面的金属物和建筑物内系统，以 及一个防雷区内部的金属物和建筑物内系统，均 应在界面处附近做符合下列要求的等电位连接： 6.3.4-5电子系统的所有外露导电物应与建筑物的 等电位连接网络作功能性等电位连接。电子系统 不应设独立的接地装置。 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。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 33 这就是要求一栋建筑就做一个接地 (共用接地系统 ) 美国的电磁兼容手册是不允许做多个接地。 S型，频率低的模拟信号，干扰信号进到设备来， 设备与周围的接地体有分布电容，绝缘起来就不 会产生干扰。所以屏蔽要求高的， S形就不行了。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 34 6.3.4-7 当电子系统为兆赫兹级数字线路时，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 M型的连接方 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%。 该款要求不宜大于 0.5m，美国用两根，因为频率 很高，产生谐振时阻抗无穷大，形成开路。所以 用两根，长度相差 20%，目的就是一根处于谐振时 另一根没谐振，确保等电位连接的可靠性。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 35 电流在导体中流过，其周边就会产生电磁场。 伴随雷电流同时产生的辐射电磁（脉冲）场就是 雷电流的电磁效应，称为雷电电磁脉冲， LEMP。 电生磁，磁生电，以不同的形式表现： 雷电流是沿着导体流动，以 “ 路径 ” 的形式出现； LEMP是以 “ 电磁场 ” 的形式出现。 雷电流和雷电电磁脉冲（ LEMP）是对建筑物和电 子信息系统造成危害的根源。 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DESIGN &RESEARCH GROUP. 36 典型的由雷电电磁脉冲防护措施确定的雷电防护区 中国建筑设计研究院 . CHINA ARCHITECTURE DES