建筑防雷设计的有关问题二

雷电与防护技术肖稳安南京信息工程大学电子工程系2005年8月18日

杨仲江南京信息工程大学雷电科学与技术筑防雷设计的有关问题南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江主要内容1关于建筑物防雷分类2接闪器的设计及使用误区3关于提前预放电避雷针4关于接地5等电位连接的设计6SPD的选择与使用南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江

1建筑物的防雷分类建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按需要将工业和民用建筑物分为三类。大型、复杂项目应该进行雷电灾害风险评估来确定。一个项目的不同组成部分，甚至一个建筑物的不同部位可能有不同的分类。

南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江防雷装置南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江图4.1对阿特拉斯5号运载火箭的防雷保护。由四座铁塔支撑的四根绝缘棒，其顶部有架空的金属线（为了让读者看得更清楚而用电脑将金属线加粗）相连。并且这些金属线一直向下延伸到发射场外很远的接地极上。2006年南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江2010.9.5搭载着“鑫诺六号”通信广播卫星的“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空。南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江图4.2航天飞机的防雷保护。一张由电脑生成的航天飞机照片，及其架空线（悬吊线）防雷系统每个方向的悬吊线均约300m长南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江图房顶边缘的一根末端较钝的避雷针。这跟避雷针连接了两根引下线，每根引下线与房子周围不同转角处预埋的接地体相连。NFPA780：2004中规定，避雷针应被安装在距离屋顶边缘不超过0.6m的地方。

南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江在弗罗里达大学工程大楼楼顶安装的一列尖端型避雷针

南京信息工程大学雷电科学与技术系杨仲江一根19世纪的避雷针。。该针的长度大大约为2m,有一个非常奇特特的尖端和装饰饰用的玻璃球并并且在红色玻璃璃内插入了一根根装饰用的箭矢矢。南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江2．接闪器的设计及及使用误区防雷装置：接闪闪器，引下线，，接地装置，过过电压保护器及其它连接导体体的总和。南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江接闪器的设计原理：避雷针和避雷线线均为金属体，，安装在比被保保护物体高的位位置上，从工作作原理来看，两两者具有相同的的保护功能，即即吸引雷电。一．避雷针与避雷线线1、避雷针避雷针接闪器顶顶端处的电场畸畸变条南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江钢管类避雷针或避雷带带的设计关键是是壁厚，50mm2薄壁装饰用不锈锈钢管常常不符符合要求。直径针型圆钢(mm）钢管(mm）针长1m以下1220针长1—2m1625烟囱顶上的针2040南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江避雷带（a）屋顶突出物加加设避雷针（b）平屋面上设避避雷带（c）女儿墙上设避避雷带避雷带的设置abc南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江立体金属笼网建筑物的笼式避避雷网笼式避雷网通常常是利用建筑物物钢筋混凝土结结构中的钢筋来来构成的，即将将建筑物屋面内内原有的钢筋网网格作接闪器使使用，如右上图图所示。将梁、、柱、楼板中的的横向和纵向钢钢筋按防雷设计计规范要求进行行电气上的相互互连接，这样就就将整个建筑物物构件中的所有有钢筋连接成一一个统一的导电电系统，构成一一个大的立体法法拉第笼。其中中的纵向钢筋兼兼作引下线试用用，建筑物基础础中的接地钢筋筋兼作接地体使使用。南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江2、避雷网明装避雷网南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江关于暗装避雷网网建筑物顶部突出出物体的保护南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江四.避雷针、带、网网保护范围的确确定南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江1、确定避雷针、、线、带、网保保护范围方法的的分类Positioningofair-terminationsystemsGeneralmeshmethodprotectiveanglemethodrrollingspheremethod南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江2、滚球法确定避雷针、线、、带、网保护范围围的方法（1）滚球法的保护原原理下行先导头部达到到地面上某物体的的雷击距范围时，，他才会定向的击击向该物体，雷击距范围南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江。用滚球法确定雷击击点滚球法在建筑物面面上的连续滚动南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江保护区随滚球半径径的变化南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江建筑物的空间受雷雷曲面复杂形状建筑物上上易受雷击的部位位的确定南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江protectedvolumeinterceptiontipexample②双支避雷针的保护护范围Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲江rrrrprotectedvolumerrrrrrrPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected,graphicinterceptiontip南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江rPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthph1h2h1-h2>prrollingsphereradiush1heightoftheinterceptionrodsh2heightofthestructuretobeprotectedppenetrationdepthddistancebetweentheinterceptionrodsFangstangendp南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthp南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江A2A1A1=A2ahhxtanaprotectedvolume3、Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodGeneral南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江AC0Bah1hprotectedvolumeAttention!单根避避雷针针examplePositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江Attention!Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江h1双根避雷针针example00aaaaBBprotectedvolumeCCAAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江3.exampleaah10aBBa0CCAprotectedvolumeAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江五．滚球法法与其它确确定防雷保保护范围方方法的比较过去许多年年、世界各各国在防雷雷设计中、、多使用折折线法、网网格法、圆圆锥法等来来确定避雷雷针和避雷雷线的保护护范围。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江502,9––200101001502005,4–15010,1–

10015,7–10097%pot*99%pot*91%pot*84%pot**pot:probabilityoftrappingPl:IPl:IIPl:IIIPl:IV0î/[kA]保护方法Protectionlevel(Pl)南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江Positioningofair-terminationsystemsGeneral南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江避雷针不能能防护由雷雷击电磁脉脉冲产生的的经金属导导体传导入入室内和由由辐射方式式进入电子子设备内部部的电磁脉脉冲干扰。。避雷针不是是万能的南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江图载有雷电流流的弯曲导导图图引下线的的走线方式式体受力示意意（（a）正确（b）不正确南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江尽量不要使使用避雷针针增加年预预计雷击次次数南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江避雷针设置置不一定合合理的例子子南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江关于提前预预放电避雷雷针“提前放电电避雷针””等特殊的的接闪器，，声称能在在相同的情情况下，比比普通避雷雷针更早的的产生上行行先导，而而且先导的的步长要更更长。根据据它们的广广告宣传，，要保护一一座典型的的建筑物，，往往只需需要安装一一根提前放放电避雷针针即可。提前放电接接闪装置的的拥护者们们声称：（（1）相对于传传统的避雷雷针，提前前放电针的的优势在于于它的触发发时间仅为为100μs。并且（2）其产生的的上行先导导的速度为为1mμs-1。如果这些些都是真的的，那么提提前放电针针产生的先先导在100μs内要比传统统避雷针产产生的先导导多传播至至少100m；从而提高高了针的保保护范围。。疑点：（1）在连接过过程中，当当先导速度度达到约0.1mμμs-1这个典型值值时，就已已经达到了了测量手段段的极限，，速度更快快的上行先先导已无法法测量其速速度；（2）没有任何何数据可以以证实这个个被提及的的100μs先导触发时时间的优越越性。就算算触发时间间短就有优优势的事情情是真的，，提前放电电针产生的的先导能在在低电场值值的的情况况下有效的的发展，传传播，但由由于先导速速度测量手手段的局限限性，提前前放电针的的优势（在在所有能收收集到的资资料中）也也只有10m而已。上行行先导的典典型平均步步长为50m增加10m并不会有太太大的优势势。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江关于接地共用接地系系统的优点点越来越为为人们所认认识，它的的最显著的作作用在于易易实现建筑筑物内各个个系统的等等电位，防防止地电位位反击。尤其在城市市环境里若若设多个分分设接地不不容易做到到真正彼此此独立。《雷击电磁脉脉冲的防护护》指出：从防防雷的观点点来看，建筑物采用用单一的共共用接地装装置较好，，它适合于于所有接地地之用（如如，防雷、、低压电力力系统、电电信系统））。（IEC61312-1）也指出：如果在互相相邻近的建建筑物之间间有电力线线和通讯电电缆通过，，应将其接接地系统互互相连接，，并且这样样有利于采采用多条并并行路径以以减少电缆缆中的电流流，一个网网状接地系系统可满足足这种要求求南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江接地注意事事项请将框架结结构中的钢钢筋龙骨看看做接地主主干线加以以利用！不要从地地下拉一一根长铜铜缆或扁扁钢到高高层机房房！（若为等电电位连接接方便而而拉，该该线缆请请与每层层结构钢钢筋等电电位连接接）共地不共线（并并联接地）。现代建筑基础是是最好的接地。。南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江等电位连接等电位也是最基本最重重要的防雷技术术措施之一，在接地系统的接接地电阻不易做做得较小时尤为为重要。它的主要作用是是南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江地电位反击南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江电源线信号线进进线等电位示意意图南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江等电位接地施工工方案图南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江通过SPD进行等电位联结结南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江等电位连接器南京信息工程大大学雷电科学与与技术系杨杨仲江等电位连接网络络接地基准点earthingreferencepoint，ERP一个系系统的的等电电位连连接网网络与与共用用接地地系统统之间间唯一一的那那一连连接点点。南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江等电位位连接接网络络电气安安全的的等电电位连连接网网络和和信息息系统统从直直流至至高频频的功功能等等电位位连接接网络络有区区分，，但这这两个个网络络又要要互相相连接接在一一起。。上图是是信息息系统统功能能等电电位连连接的的基本本方法法。电气安安全的的等电电位连连接网网络，，主要要是通通过与与配电电线路路敷设设在一一起的的保护护地线线(PE)构成，，保护护地线线又必必须根根据配配电系系统的的大小小在多多处（（如每每层楼楼或有有配电电箱处处)与共用用接地地系统统以及及信息息系统统的功功能等等电位位连接接网络络做等等电位位连接接。南京信信息工工程大大学雷雷电科科学与与技术术系杨杨仲江江当采用Ss或Ms等电位连接网络时时，信息系统的所所有金属组件，除除等电位连接点ERP(即接地基准点)外，应与共用接地地系统各组件有大大于10kV、1．2／50µs的绝缘，如铺以橡橡胶垫。南京信息工程大学学雷电科学与技术术系杨仲