接閃器與建筑物外部防雷保護(hù).ppt

,第二章 接閃器保護(hù)原理 與建筑物外部防雷,南京信息工程大學(xué) 大氣物理學(xué)院 肖穩(wěn)安 TelE-mail：,1751年富蘭克林出版了著作電的實(shí)驗(yàn)與觀察，指出：“關(guān)于尖端的功能的知識(shí)，可以為人們利用來(lái)保護(hù)房屋、教堂、船等避免閃電襲擊，其方法是在這些物體的最高頂上固定一支更高的鍍金的磨尖鐵棒，在其下端接一導(dǎo)線掛在建筑物外通到地下，對(duì)于船則是通到水中” 。該書出版后，在歐洲大陸迅速流傳，產(chǎn)生很大影響，不少人照他的見(jiàn)解進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。,我國(guó)建筑物防雷規(guī)范GB5005794規(guī)定建筑物外部防雷主要方法是在建筑物頂部安裝接閃器（避雷針、線、帶、網(wǎng)），通過(guò)引下線與埋在地下的接地體連接，將雷電流泄流入地，避免被保護(hù)物體遭受雷擊，從而達(dá)到保護(hù)的目的；除此而外，還可用等電位連接來(lái)均衡電壓、合理布設(shè)引導(dǎo)雷電流等方法。,第一節(jié) 接閃器 避雷針?lè)览?，亦稱富蘭克林法，一種最古老、最傳統(tǒng)的防雷方法。這種避雷裝置包括安裝在建筑物最高點(diǎn)（也可以獨(dú)立設(shè)置）的接閃器（即金屬桿避雷針）、引下線及接地裝置。 中國(guó)大百科全書定義避雷針 ：“將雷電引向自身并泄入大地使被保護(hù)物免遭直接雷擊的針形防雷裝置”。避雷針實(shí)際上是“雷電攔截” 。 IEC定義：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GB5005794中說(shuō)明：避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)是直接接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。,第二節(jié) 避雷針的防雷保護(hù) 一. 避雷針接閃 避雷針的針狀是直接承受雷電的部分，當(dāng)帶電的雷云出現(xiàn)在地面上空時(shí)，由于靜電感應(yīng)作用，大地及避雷針上將出現(xiàn)與雷云電荷極性相反的電荷。先導(dǎo)向下的發(fā)展是 隨機(jī)取向的，當(dāng)階梯式先導(dǎo)向下發(fā)展 到鄰近地面，在接閃器的頂端處電場(chǎng) 將發(fā)生畸變，出現(xiàn)局部集中的高電場(chǎng) 區(qū)，如圖中曲線示出的等電位線。接 閃器的頂端處的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯高于其 它地方，這就為先導(dǎo)向接閃器發(fā)展創(chuàng) 造了十分有利的件，容易地將先導(dǎo)吸 引到接閃器上，使雷擊點(diǎn)出現(xiàn)在接閃 器的頂端，而不致出現(xiàn)在其下面的被 保護(hù)物體上。,避雷針接閃器頂端處的電場(chǎng)畸變, 雷擊點(diǎn)處熱量 現(xiàn)代建筑、高層、金屬結(jié)構(gòu)，兼作防雷裝置，引導(dǎo)雷電流。 雷電流作用，對(duì)金屬物體的破壞作用必須考慮，雷擊金屬物時(shí)， 雷電放電通道直接與金屬物接觸，在雷擊點(diǎn)產(chǎn)生的熱量可通過(guò)在 雷電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)的積分來(lái)計(jì)算，即,式中 W 熱量，J； UAR金屬物體上雷擊點(diǎn)處電弧壓降，其經(jīng)驗(yàn)值取為2030V； i從雷擊點(diǎn)注入金屬物體的雷電流，A。,二. 避雷針做接閃器的要求, 雷擊點(diǎn)處的溫度升高 由于雷電流的作用時(shí)間很短，在計(jì)算雷擊點(diǎn)處的溫度升高以及雷電流通過(guò)金屬物體所產(chǎn)生的溫度升高時(shí)，均可忽略散熱的影響，于是溫升可表示為： 式中T溫升，； m 金屬物體質(zhì)量，； 比熱，J/）。,避雷針接閃器宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，為了保證足夠的雷電流通流量，其直徑應(yīng)不小于下表給出的數(shù)值。接閃器頂端的針尖應(yīng)做成圓錐狀，具有較大的尖度，且應(yīng)光滑。,避雷針接閃器最小直徑,進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施的雷電流分配,金屬屋頂或金屬罐體做接閃器時(shí)的厚度要求： 金屬的熔化深度： 雷擊點(diǎn)加熱面積的直徑取50100mm，相應(yīng)的面積為19637854mm2。若已知電荷Q值，可估算金屬的熔化深度。 按正閃擊的全部電荷的平均值（50%的概率）為80C負(fù)閃擊的相應(yīng)值僅為8C），則熔化深度： 鐵： 0.0450.179mm； 銅： 0.0550.22mm ； 鋁： 0.1220.489mm ； 已證實(shí)，鐵板遭雷擊時(shí)其與雷擊通道接觸處由于熔化而燒穿僅當(dāng)其厚度小于4mm時(shí)才可能。,在建筑物遭受雷擊后，雷電流會(huì)沿建筑體內(nèi)各種金屬導(dǎo)體通路流入大地，由于金屬體自身存在著電阻，雷電流流過(guò)它們時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱量，這種熱量可表示為,式中 R金屬導(dǎo)體電阻，； i雷電流，A。,從上式還可以看出，嚴(yán)重的熱效應(yīng)還會(huì)出現(xiàn)在雷電流通路上有較高電阻的地方，特別是那些引流導(dǎo)體之間的接觸不良處，在這些地方?？赡墚a(chǎn)生很高的溫升，使金屬熔化，甚至出現(xiàn)熔體飛濺。這種飛濺熔體產(chǎn)生的火花對(duì)存儲(chǔ)易燃易爆物品的建筑物來(lái)說(shuō)，是極具危害性的。,避雷針的形狀示意,避雷針保護(hù)的疑問(wèn)？ 中國(guó)某油庫(kù)采用有十余根避雷針聯(lián)合保護(hù)油罐區(qū)，結(jié)果因雷擊而引起爆炸； 廣東某變電站內(nèi)裝有5根避雷針聯(lián)合保護(hù)，仍遭受雷擊； 莫斯科537m高的電視塔，雷曾繞擊塔頂下200m和300m的塔身，甚至打到離塔水平150m的地面。據(jù)報(bào)道，其附近1.5km內(nèi)雷擊率比莫斯科市平均雷擊率高2.54倍。其周圍不可能起到保護(hù)作用，相反起到了負(fù)作用。 這表明避雷針沒(méi)有保護(hù)到其下面部分，這就一根垂直避雷針保護(hù)范圍有十分清楚的了解。,三.滾球法的保護(hù)范圍 我國(guó)GBJ5783標(biāo)準(zhǔn)，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(hù)范圍就越大。事實(shí)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(wú)法按圓錐體實(shí)現(xiàn)保護(hù)，往往自身的中部和下部遭遇雷擊。在巴黎的愛(ài)菲爾鐵塔的中部還架設(shè)了向外水平伸出的避雷針，以防備側(cè)面襲來(lái)或繞過(guò)鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。 從80年代起，經(jīng)過(guò)討論和研究，世界上大多數(shù)國(guó)家均已采用滾球法計(jì)算避雷針的保護(hù)范圍。,避雷針對(duì)其周圍物體的保護(hù)范圍，常以它們可能防護(hù)直接雷擊的空間區(qū)域來(lái)表示，在此空間區(qū)域內(nèi)被保護(hù)物體遭受直接雷擊的概率非常小。確定接閃器的保護(hù)范圍，對(duì)于經(jīng)濟(jì)可靠地進(jìn)行建筑物的防雷設(shè)計(jì)至關(guān)重要。,（1）滾球法的原理 在雷云對(duì)地放電過(guò)程中，下行先導(dǎo)在到達(dá)由雷擊距所限界定的定向高度范圍之前，其發(fā)展路徑是隨機(jī)的，直到下行先導(dǎo)頭部達(dá)到地面上某物體可被雷擊的范圍時(shí)，他才會(huì)定向的擊向 該物體，如圖2.1， 當(dāng)先導(dǎo) 頭部進(jìn)入建筑物頂上避雷針 的雷擊范圍時(shí)，它就定向地 向避雷針頂端發(fā)展，這樣避 雷針的頂端即為雷擊點(diǎn)。從 下行先導(dǎo)頭部達(dá)到地面上被 擊物體的距離就稱為雷擊距。,圖2.1 雷擊距范圍（雷擊距）,從雷云對(duì)地放電過(guò)程來(lái)看，下行先導(dǎo)在到達(dá)由雷擊距所界定的定向范圍之前，其發(fā)展路徑是隨機(jī)的，這就意味著滾球可能會(huì)從各個(gè)方向隨機(jī)下落去接觸地面和建筑物。因此，為了確定建筑物上各個(gè)可能的雷擊點(diǎn)，需要從其上空沿各個(gè)方向反復(fù)多次地拋投滾球，統(tǒng)計(jì)出大量被滾球接觸過(guò)的點(diǎn)，這一做法可以等值地轉(zhuǎn)變?yōu)閷L球沿建筑物屋面連續(xù)地滾越建筑物的整體。滾球所能接觸到的屋面就是建筑物上可能遭受雷擊的區(qū)域；滾球不能接觸到的地方，則可認(rèn)為是由建筑物的接閃器能夠保護(hù)的區(qū)域，這一區(qū)域稱為保護(hù)區(qū)，如下頁(yè)圖中弧AC和DE以下的空間區(qū)域就是保護(hù)區(qū)。,圖2.2 滾球法在建筑物面上的連續(xù) 滾動(dòng)確定雷擊點(diǎn)和保護(hù)范圍,以這種雷擊過(guò)程為基礎(chǔ)，根據(jù)下行先導(dǎo)發(fā)展的隨機(jī)性和定向性來(lái)確定建筑物上以及地面上可能出現(xiàn)的雷擊點(diǎn)，這就是滾球法的基本思想。,在運(yùn)用滾球法確定雷擊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先選定一個(gè)對(duì)應(yīng)于一定雷電流幅值的滾球半徑ds，然后將半徑為ds的滾球從天空隨機(jī)地拋向地面建筑物，滾球與地面和建筑物屋面接閃器相接觸的點(diǎn)，即為可能的雷擊點(diǎn)，如圖2.3中所示的 A點(diǎn)和C點(diǎn)，,圖2.3 用滾球法確定雷擊點(diǎn),滾球半徑ds，它是基于以下的雷閃數(shù)學(xué)模型(電氣-幾何模型)：,或簡(jiǎn)化為：,式中 dr 為滾球半徑， I為與dr相對(duì)應(yīng)的得到保護(hù)的最小雷電流幅值(kA)。,在電氣幾何模型中，雷閃先導(dǎo)的發(fā)展起初是不確定的，直到先導(dǎo)頭部電壓足以擊穿它與地面目標(biāo)間的間隙時(shí)，也即先導(dǎo)與地面目標(biāo)的距離等于擊距時(shí)，才受到地面影響而開始定向。 與dr相對(duì)應(yīng)的雷電流按上式整理后為：,在建筑物的防雷設(shè)計(jì)中，滾球半徑的選擇應(yīng)采用建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的數(shù)值，計(jì)算得到第一類防雷建筑物I=5.4kA，二類為I=10.1kA，三類為I=15.8kA。,滾球半徑的大小取決于回?fù)魰r(shí)雷電流幅值的大小，由于雷電流幅值是個(gè)隨機(jī)量，則雷電流幅值變化時(shí)，滾球半徑也隨之變化。 對(duì)于強(qiáng)雷來(lái)說(shuō)，其雷電流幅值大，相應(yīng)的滾球半徑就大，保護(hù)區(qū)就較大；對(duì)于弱雷來(lái)講，其雷電流幅值小。例如圖2.4，當(dāng)滾球半徑由ds2減小到ds1時(shí)，保護(hù)區(qū)將縮小，原先受到保護(hù)的B點(diǎn)將會(huì)與減小半徑后的滾球相接觸，從而由被保護(hù)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槔讚酎c(diǎn)。應(yīng)用滾球法可以確定建筑物的空間受雷曲面。,圖2.4 保護(hù)區(qū)隨滾球半徑的變化,如圖2.5表示在給定雷電流幅值所對(duì)應(yīng)半徑的球在給定外形尺寸的建筑物屋面接閃器（避雷網(wǎng)）上連續(xù)地滾動(dòng)，遍滾球體所能觸及到的地方，即為建筑物上易受雷擊的部位，如圖2.6陰影區(qū)。 用滾球法，還可以方便地確定復(fù)雜形狀建筑物上易受雷擊部位，這也是滾球法一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。,圖2.5建筑物的空間受雷曲面,圖2.6復(fù)雜形狀建筑物上易受雷擊的部位的確定,劃分建筑物防雷分類的基本原則： 在認(rèn)真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、 環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律以及被保護(hù)物的特點(diǎn)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，將建筑物分為三類。 建筑物防雷分類的目的： 減少建筑物獲被保護(hù)空間遭受直接雷擊的損害風(fēng)險(xiǎn)，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財(cái)產(chǎn)損失，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。,（2）建筑物防雷規(guī)范GB5005794 2000規(guī)定的建筑物防雷分類,第一類防雷建筑物： 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)的建筑物以及具有炸危險(xiǎn)環(huán)境、因電火花而引起爆炸，造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物。 注意：重點(diǎn)考慮雷擊后可能造成的巨大壞 和人身傷亡的嚴(yán)重后果。,第二類防雷建筑物： 國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物。 國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑物 、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國(guó)賓館、國(guó)家級(jí)擋案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。 國(guó)家級(jí)計(jì)算中心 、國(guó)家通訊樞紐等對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物。, 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炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。 具有爆炸危險(xiǎn)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。 工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。 -重點(diǎn)考慮建筑物的重要性和雷擊后可能造成的后果。,如：易燃液體泵房，當(dāng)布置在地面以上時(shí)，屬爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所(環(huán)境) ，劃為第二類防雷建筑物；但當(dāng)置在地下或半地下時(shí)，其泵房又是大型石油化工聯(lián)合企業(yè)的原油泵房，劃為第一類防雷建筑物。, 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.05次/a (0.06次/a)的部省級(jí)辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.25次/a (0.3次/a)的住宅/辦公樓等一般性民用建筑物。 -重點(diǎn)考慮發(fā)生雷電事故的可能性,第三類防雷建筑物： 省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物、省級(jí)擋案館。 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.01次/a (0.012次/a)且小于或等于0.05次/a(0.06次/a)的部、省級(jí)辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a(0.06次/a)，且小于或等于0.25次/a(0.3次/a)的住宅/辦公樓等一般性民用建筑物。, 預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a(0.06次/a)的一般性工業(yè)建筑物。 根據(jù)雷擊后對(duì)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(xiǎn)環(huán)境。 在平均雷暴日大于15d/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15d/a的地區(qū)，高度在20m以上的煙囪、水塔等孤立的高建筑。,防雷建筑物分類條件分析 第二類和第三類防雷建筑物都涉及到依據(jù)預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)劃分防雷建筑物的類別，那么預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)又是如何得到的？ 要作好防雷，就要選擇防雷裝置，選擇防雷裝置的目的在于將需要防直擊雷的建筑物的年損壞危險(xiǎn)度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷擊而損壞的概率）減小到小于或等于最大損壞危險(xiǎn)度RT值（即R RT）。,取每年RT=10-5，即每年十萬(wàn)分之一的損壞概率。 基于建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（N）和防雷裝置或建筑物遭雷擊一次發(fā)生損壞的綜合概率（P），對(duì)于時(shí)間周期t=1年，有： R=NP （1） P=PiPid+PfPfd （2） 式中Pi 防雷裝置截收雷擊的概率，或防雷裝置的截收效率（也用Ei表 示），其值與接閃器的布置有關(guān)； Pf 閃電穿過(guò)防雷裝置擊到需要保護(hù)的建筑物的概率，也即防雷裝 置截收雷擊失敗的概率，等于（1-Pi）或（1-Ei）； Pid 防雷裝置截收雷擊后所選用的各種尺寸和規(guī)格，保護(hù)失敗而發(fā) 生損壞的概率； Pfd 防雷裝置沒(méi)有截收而發(fā)生損壞的概率。,一次雷擊后可能同時(shí)在不同地點(diǎn)發(fā)生n處損壞，每處損壞的分概率為Pk，這些分概率是并聯(lián)組成，因此，一次雷擊的總損壞概率為： Pd=1 分損壞概率包含這樣一些事件，如爆炸、火災(zāi)、生命觸電、機(jī)械性損壞、敏感電子或電氣設(shè)備損壞或受到干擾等等。在確定分損壞概率時(shí)，應(yīng)考慮到同時(shí)發(fā)生兩類事件，即引發(fā)損壞的事件（如金屬熔化、導(dǎo)體熾熱、側(cè)向跳擊、不容許的接觸電壓或跨步電壓，等等）和被損壞物體的出現(xiàn)（即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存在）這兩類事件同時(shí)發(fā)生。 出現(xiàn)引發(fā)損壞的事件的概率直接或間接與閃擊參量的分布概率有關(guān)，在設(shè)計(jì)防雷裝置和選用其規(guī)格尺寸時(shí)是依據(jù)閃擊參量的。,在引發(fā)事件的地方出現(xiàn)可能被損壞的周圍物體的概率取決于建筑物的特點(diǎn)、存放和用途。 為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假定： 在引發(fā)事件的地方出現(xiàn)可能被損壞的周圍物體的概率對(duì)每一類損壞采用相同的值，用共同概率Pr代替； 沒(méi)有截到的雷擊（直擊雷）所引發(fā)的損壞是肯定的，損壞的出現(xiàn)與可能被損壞的周圍物體的出現(xiàn)是同時(shí)發(fā)生的，因此，Pfd= Pr ； 被截到的雷擊引發(fā)的損壞的總概率只與防雷裝置的尺寸效率Es有關(guān)，并假定（1- Es）。 Es 規(guī)定為這樣一個(gè)綜合概率，即被截收的雷擊在此概率下不應(yīng)對(duì)被保護(hù)空間造成損害， Es與用來(lái)確定接閃器、引下線、接地裝置的尺寸和規(guī)格的閃擊參量值有關(guān)。,將Pi用Ei，Pf用（1-Ei），Pfd用Pr，Pid用Pr（1-Es）代入，此外，引入一個(gè)附加系數(shù)Wr，它是考慮雷擊后果的一個(gè)系數(shù)，后果越嚴(yán)重，Wr值越大。因此（2）式轉(zhuǎn)化為：（ P=PiPid+PfPfd ） P=PrWr（1-EiEs） （3） 概率Pr應(yīng)看成一個(gè)系數(shù)，它表示建筑物自身保護(hù)程度，它取決于建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、存放物或設(shè)備。 =EiEs （4） 或Ei Es為防雷裝置的效率。 從（1），（3），（4）式得：,（5）,如果R值采用可接受的最大損壞危險(xiǎn)度RT=10-5，并使,式中 NT建筑物可接受的年允許遭雷擊次數(shù)。 因此，防雷裝置所需要的效率應(yīng)符合下式：,（6）,（7）,（8）,Ei 和Es值,根據(jù)IEC 62305-1:2006-01的有關(guān)資料，第三類防雷建筑物所裝設(shè)的防雷裝置的有關(guān)值如下表,注：1、Ei為防雷裝置截收雷擊的概率，或防雷裝置的截收效率，其 值與接閃器的布置有關(guān)，第三類防雷建筑物采用60m的滾球 半徑，其對(duì)應(yīng)的最小雷電流幅值為16 kA，雷電流大于16kA 的概率為0.84。 2、Es與用來(lái)定接閃器、引下線、接地裝置的尺寸和規(guī)格的閃擊 參量值有關(guān)，小于第三類防雷建筑物所規(guī)定的各雷電流參 量最大值的概率為0.97。,根據(jù)驗(yàn)算和對(duì)比，一般建筑物和公共建筑物所采用的PW值如下表：,PrWr值,由上面可以看到防雷裝置所需要的效率與建筑物可接受的年允許遭雷擊次數(shù)NT及建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（N）有關(guān)，根據(jù)上表中給出的數(shù)值看看規(guī)范中劃分第二和第三類建筑物的預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)是如何得到的？ 對(duì)保護(hù)第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率值為： =0.81 NT=110-2（重大危害） 代入（8）式 0.811-（110-2）/ N N110-2/0.190.0530.05。 N0.05（次/a） 只有N0.05（次/a）才能保護(hù)R值不大于10-5，從而才能保證防護(hù)的效率。 若N0.05， R大于10-5，再采用第三類建筑物的防護(hù)就達(dá)不到應(yīng)有的效率，因此應(yīng)升級(jí)采用第二類建筑物的防雷措施。,對(duì)保護(hù)第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率值為： =0.81 NT=510-2（正常危害）代入（3.8）式 0.811-（110-2）/ N N110-2/0.190.260.25。 N0.25（次/a） 只有N0.25（次/a）才能保護(hù)R值不大于10-5，從而才能保證防護(hù)的效率。 若N0.25， R大于10-5，再采用第三類建筑物的防護(hù)就達(dá)不到應(yīng)有的效率，因此應(yīng)升級(jí)采用第二類建筑物的防雷措施。,首次及雷擊的雷電流參量,（3） 建筑物防雷雷電參數(shù)取值,后續(xù)雷擊的雷電流波形參數(shù),關(guān)于雷電流波形參數(shù)幅值、波頭和波長(zhǎng)時(shí)間，已經(jīng)累積了各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，雖然基本規(guī)律大致接近，但具體數(shù)值卻有差別，存在一定的分散性。其原因主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷電放電本身的隨機(jī)性受到各地氣象、地形和地質(zhì)等自然條件的諸多因素影響；二是測(cè)量手段和測(cè)量技術(shù)水平不同。,長(zhǎng)時(shí)間雷擊的雷電流參量,大氣中雷擊強(qiáng)度概率分布（符合IEC61024-1）,正閃擊和負(fù)閃擊的概率分布,（4）避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算 單支避雷針的保護(hù)范圍 單支避雷針的高度不大于滾球半徑hr（這里hr=hs） a、距地面hr處作一平行于地面的平行線； b、以避雷針的針尖為圓心，ds為半徑畫圓弧，該圓弧線交于平行線的A、B兩點(diǎn)； c、分別以A、B為圓心，hr為半徑畫圓弧，這兩條圓弧線上與避雷針尖相交，下與地面相切。再將圓弧與地面所圍面以避雷針為軸旋轉(zhuǎn)180，所得圓弧曲面圓錐體即為避雷針的保護(hù)范圍。,圖2.8單支避雷針的保護(hù)范圍,圖2.7 單支避雷針的保護(hù)范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖,避雷針在地面上的保護(hù)半徑r0，可確定為： d、避雷針在hx高度的xx平面上和地面上的保護(hù)半徑：,式中，hs為滾球半徑，h為避雷針的高度，hx為距平面x處的高度，rx在高度為hx處的保護(hù)半徑，各量的單位均為m。,單支避雷針的 保護(hù)范圍立體圖,單支避雷針在hx 高度的保護(hù)范圍,例一：有一第二類防雷建筑物，避雷針的高度為8m，求其保護(hù)范 圍？ 解：第二類防雷建筑物，滾球半徑為45m。,圖2.9 單支8.0m避雷針的保護(hù)范圍計(jì)算,例二：某公司在地面上有兩臺(tái)高2.35m的天線，相距3.6m，為了保護(hù)這兩臺(tái) 天線，在其中間裝一支避雷針，問(wèn)此避雷針的高度應(yīng)為多高? 解：判斷為第二類建筑物，滾球半徑取45m，兩臺(tái)天線相距3.6m，避雷針設(shè) 在中間，在2.35m的高度上避雷針的保護(hù)范圍要大于3.62=1.8m才能 保護(hù)這兩臺(tái)天線。,答：安裝大于4高的避雷針就能保護(hù)這兩臺(tái)天線。,例三：有一二類防雷建筑物高28m，長(zhǎng)50m，寬10m，女兒墻高1m，屋頂中 央架設(shè)了一根高8m的避雷針，求避雷針在建筑物頂部的保護(hù)范圍？ 解：避雷針的實(shí)際高度為36m(28+8=36m)，小于滾球半徑45m)，屋頂離地 高度為28m，計(jì)算避雷針在離地28m處的保護(hù)半徑：,單支8.0m避雷針安裝在屋面的保護(hù)范圍,=44.141.7 =2.4(m),在屋頂上敷設(shè)避雷網(wǎng)及在女兒墻上裝避雷帶，此時(shí)建筑物的頂部用避雷網(wǎng)、避雷帶托住滾球，因此建筑物的頂部也成了“地”。,單支避雷針的高度hhs的保護(hù)范圍hs 在避雷針上取高度為hs的一點(diǎn)代替避雷針針尖為圓心，其余的作圖步驟同hhs的情況。當(dāng)hhs時(shí)，避雷針的保護(hù)范圍不再增大，并在其高出滾球半徑的部分， 即hds部分，將會(huì)出現(xiàn)側(cè)向暴露區(qū)，在避雷針的該部分上將會(huì)遭到側(cè)面雷擊，CD和EF以外的部分就不在保護(hù)取。,圖2.10 hhs單支避雷針的保護(hù)范圍, 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍 雙支避雷針之間的保護(hù)范圍是按照兩個(gè)滾球在地面從兩側(cè)滾向避雷針，并與其接觸后兩球體的相交線而得出的。 在避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時(shí)： 當(dāng)兩支避雷針的距離 D 時(shí)，滾球則可以在地面上從兩針中間自由滾動(dòng)，雙支避雷針之間的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的方法確定。,圖2.11 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍立體圖（D ）,圖2.12 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍,當(dāng)D小于 時(shí)，兩針之間有共同的保護(hù)范圍，應(yīng)按下列方法確定。,ABCD外側(cè)的保護(hù)范圍，按照單支避雷針的方法確定； 在兩針之間rx垂直平分線上（即C、E點(diǎn)的平分點(diǎn)），在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度bo按下式計(jì)算：,該保護(hù)范圍上邊線是以中心線距地面hr的一點(diǎn)O為圓心，以 為半徑所作的圓弧AB。,圖2.13 雙支等高避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算簡(jiǎn)圖,o,兩針間AEBC內(nèi)的保護(hù)范圍，ACO部分的保護(hù)范圍按以下方法確定：在任一保護(hù)高度hx和C點(diǎn)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逐點(diǎn)確定 （圖2.14剖面圖）。確定BCO、AEO、BEO部分的保護(hù)范圍的方法與ACO部分的相同。關(guān)鍵是hx的計(jì)算。,圖2.14 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍中的1-1剖面圖,在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，其在保護(hù)范圍上邊線上的保護(hù)高度hx按下式確定：半徑為R的圓弧曲線AOB上任意一點(diǎn)F，假想在該點(diǎn)有一支避雷針，其高度為hx，F(xiàn)點(diǎn)就是避雷針針尖。由圖2.13可知，圓弧曲線AOB的半徑為：,即在圓弧曲線AOB上任意點(diǎn)F的高h(yuǎn)x。,圖2.15 在D小于 時(shí)， 雙支等高避雷針在hx高度的保護(hù)范圍,建筑物頂部突出屋面上避雷針長(zhǎng)度的確定 建筑物頂部突出屋面的部分是易受直接雷擊的部位，常常要裝避雷針加以保護(hù)，利用滾球法，可以確定所設(shè)避雷針的長(zhǎng)度，以下將分兩種典型情況加以說(shuō)明。 建筑物頂部周邊設(shè)有避雷帶,圖2.16 建筑物頂部設(shè)避雷,例一：圖2.17一座建筑物為坡屋頂，屋長(zhǎng)40m，寬8m，脊高5.5m， 檐高3.5m，采用在屋脊上安裝雙支避雷針保護(hù)，兩支避雷針 相距D=30m，針高5m，經(jīng)測(cè)量接地電阻為30歐姆。用作桶裝 貯漆間或用作非桶裝貯漆間，這一設(shè)計(jì)能否對(duì)該建筑物做防 雷保護(hù)？,圖 2.17 雙 支 避 雷 針 保 護(hù),解：1、用作桶裝貯漆間時(shí)，為2區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，該建筑為第二 類防雷建筑物，原避雷兩針之間的間距為 D=30m，針高度為 5+5.5=10.5m。,在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護(hù)高度：,5.5m（滿足要求）,在山墻的屋脊部位hx=5.5m時(shí)，,在避雷針的垂直平分線位置，屋檐的hx=3.5m，虛擬避雷針的高度為7.38m時(shí)，,結(jié)論一：用作桶裝貯漆間時(shí)，原有避雷針可滿足要求。 解2、用作非桶裝貯漆間時(shí)，為1區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，該建筑為第一類防 雷建筑物。 在兩避雷針間的垂直平分線上，其上邊線的保護(hù)高度計(jì)算,5.5m（不滿足要求）,rx =,解：認(rèn)定該建筑物為第三類防雷建筑物，hr= 60m，避雷針距建筑物山墻端 部5m，房屋的脊、檐是最 突出的部位，只要避雷針能夠保護(hù)脊、檐， 就對(duì)整個(gè)房屋起保護(hù)作用。計(jì)算地面保護(hù)半徑：,例二：如圖所示，在一屋長(zhǎng)60m，寬10m，脊高5.9m，檐高3.4m的混合結(jié)構(gòu) 房屋安裝如圖所示位置高12.3m的雙支避雷針，審定該避雷針能否保 護(hù)這一房屋？并畫出平面保護(hù)圖。,作圖畫出r1=16.48m保護(hù)范圍； 在h2=5.9m高度的保護(hù)半徑：,在高度h1=3.4m時(shí)的保護(hù)半徑：,結(jié)論：A、5.9m高度上的中段屋脊27.5710.44m，不在保護(hù)范圍內(nèi)； B、3.4m高度上的中段屋檐28.6516.48不在保護(hù)范圍內(nèi)； C、修改方案是：、加高避雷針；、改用避雷線。,作圖畫出兩針在該高度r2=10.44m的保護(hù)范圍。,28.65m,圖2.18 雙支不等高避雷針保護(hù)范圍的立體圖, 雙支不等高避雷針的保護(hù)范圍, 確定四支等高避雷針,圖2.19 四支等高避雷針?lè)叫尾贾脮r(shí)的保護(hù)范圍,、感應(yīng)過(guò)電壓?jiǎn)栴}？ 避雷針吸引雷電，所以雷擊次數(shù)就會(huì)提高，強(qiáng)大的雷電流沿針而下過(guò)程中，其周圍產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在附近沒(méi)有屏蔽或屏蔽效果差的保護(hù)物上形成感應(yīng)過(guò)電壓而造成事故。 、反擊問(wèn)題？ 當(dāng)雷電被吸引到針上，將有數(shù)十或數(shù)百千安的高頻雷電流通過(guò)避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時(shí)針和引下線的電位很高，若其對(duì)被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時(shí)，會(huì)由針及其引下線向被保護(hù)物發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物。,x,第三節(jié) 避雷線的保護(hù) 避雷線是由懸掛在空中的水平導(dǎo)線，接地引下線和接地體組成。水平懸掛的導(dǎo)線用于直接承受雷擊，起接閃器作用。避雷線設(shè)置在被保護(hù)物體的上方，能提供與自身線長(zhǎng)相等的保護(hù)長(zhǎng)度，其工作原理與避雷針類似，也是由于避雷線周圍的電場(chǎng)畸變吸引下行先導(dǎo)，將雷擊引向自身。但避雷線對(duì)周圍電場(chǎng)的畸變效果不如避雷針，因此其引雷效果也不如避雷針。,避雷線廣泛用于高壓架空輸電線路 的防雷保護(hù)，架設(shè)在架空高壓輸電線路 的上方，保護(hù)輸電線路免受直接雷擊， 如圖所示。 高壓架空輸電線路跨越長(zhǎng)距離范圍 ，綿延分布在廣闊的地面上，很容易遭 受雷擊，引起停電事故。在架空輸電線 路上方設(shè)置避雷線，就能利用避雷線的 引雷作用將雷云的下行先導(dǎo)引向其自身 ，從而使輸電線路免受雷擊。用于保護(hù) 架空輸電線路的避雷線通過(guò)引下線和接 地體連接泄放雷電流，固也通常稱為架 空地線。,架空線路上方的避雷線,第四節(jié) 避雷帶與避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護(hù) 1876年英國(guó)防雷協(xié)會(huì)會(huì)議上 JCMaxwell為避免在建筑物上安裝避雷針而可能吸引更多的雷云放電，提倡使用避雷帶和法拉第籠。這一發(fā)展曾為富蘭克林所預(yù)見(jiàn)，他曾建議在建筑物上裝設(shè)在“沿屋脊的中間線”。 從另一角度考慮，當(dāng)受建筑物造型或施工限制而不便直接使用避雷針或避雷線時(shí)，也需要在建筑物上設(shè)置避雷帶或避雷網(wǎng)來(lái)防直接雷擊。避雷帶和避雷網(wǎng)的工作原理與避雷針和避雷線類似。在許多情況下，采用避雷帶或避雷網(wǎng)來(lái)保護(hù)建筑物既可以收到良好的效果，又能降低工程投資，因此在現(xiàn)代建筑物的防雷設(shè)計(jì)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。,一.避雷帶保護(hù) 避雷帶是用圓鋼或扁鋼作成的長(zhǎng)條帶狀體，常裝設(shè)在建筑物易受直接雷擊的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋頂），屋頂邊緣及女兒墻或平屋面上，如圖所示。避雷帶應(yīng)保持大地良好的電器連接，當(dāng)雷云的下行先導(dǎo)向建筑物上的這些易受雷擊部位發(fā)展時(shí)，避雷帶率先接閃，承受直接雷擊，將強(qiáng)大雷電流引入大地，從而使建筑物得到保護(hù)。這是一種對(duì)建筑物上易受雷擊部位進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)的措施，目前已廣泛應(yīng)用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保護(hù)。 （a）屋頂突出物加設(shè)避雷針 （b）平屋面上設(shè)避雷帶 （c）女兒墻上設(shè)避雷帶,避雷帶的設(shè)置,避雷帶保護(hù)應(yīng)注意的問(wèn)題： 由安培定律可知，凡含有拐彎部分的載流導(dǎo)體或金屬構(gòu)件，其拐彎部分都將受到電動(dòng)力的作用，拐彎處的夾角越小，受到的電動(dòng)力就越大。所以當(dāng)拐彎夾角為銳角時(shí)，所受到的電動(dòng)力相對(duì)較大；而當(dāng)拐彎處的夾角為鈍角時(shí)，所受到的電動(dòng)力相對(duì)較小。 因此，在防雷設(shè)計(jì)與施工中，避雷引下線的走線方式應(yīng)盡可能走直線路徑，在必須拐彎的情況下，應(yīng)采取鈍角并帶圓弧向下走線，而應(yīng)避免采用銳角或繞直角向下走線。當(dāng)避雷引下線非要走銳角路徑不可時(shí)，應(yīng)在線路的銳角拐彎處采取牢固的機(jī)械固定措施，以防被電動(dòng)力拉動(dòng)。,二. 避雷網(wǎng)（法拉第籠）保護(hù) 避雷網(wǎng)實(shí)際上相當(dāng)于縱橫交錯(cuò)的避雷帶疊加在一起，在建筑物上設(shè)置避雷網(wǎng)可以實(shí)施對(duì)建筑物的全面防雷保護(hù)。,避雷網(wǎng)（法拉第籠式）保護(hù)法示意,明裝避雷網(wǎng),避雷網(wǎng)的設(shè)置有明裝和暗裝兩種形式： 明裝防雷網(wǎng)是在建筑物的屋頂上或?qū)禹斘菝嫔弦钥梢?jiàn)金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿其四周或沿外墻做引下線接地。 明裝避雷網(wǎng)不甚美觀，在施工方面也會(huì)帶來(lái)困難，同時(shí)還會(huì)增加額外的工程投資，現(xiàn)在較少使用。,暗裝避雷網(wǎng)目前則使用得十分廣泛。暗裝避雷網(wǎng)一般是利用現(xiàn)代建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋來(lái)構(gòu)成的，在沒(méi)有澆筑混凝土前就象一個(gè)大鐵籠子。它是將建筑物屋面的鋼筋網(wǎng)格作接閃器使用，或?qū)敲娴匿摻钜脚畠簤σ陨厦餮b避雷帶，利用多根垂直鋼筋為引下線，利用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋為接地裝置，再將樓面、梁、柱、樓板、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋按防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行電氣上的相互連接，這樣就將整個(gè)建筑物構(gòu)件中的所有鋼筋連接成一個(gè)統(tǒng)一的導(dǎo)電系統(tǒng)，縱橫交錯(cuò)、密密麻麻構(gòu)成一個(gè)大的立體避籠式雷網(wǎng)（法拉第籠），將整個(gè)建筑物罩住。,立體金屬籠網(wǎng),建筑物的籠式避雷網(wǎng),注意： 采用暗裝避雷網(wǎng)也存在著一個(gè)缺點(diǎn)，即在每次承受雷擊后，雷擊點(diǎn)處的屋面表層要被擊出小洞并會(huì)有一些碎片脫落，使得這一小塊的防水和保溫層受到破壞。實(shí)際上，建筑物防水和保溫隔離層中的鋼筋距層面的厚度很小。但有些建筑物的防水和保溫層較厚，當(dāng)其中的鋼筋距層面的厚度大于20cm時(shí)，應(yīng)另設(shè)輔助避雷網(wǎng)。 有些特高層建筑的基礎(chǔ)防水層使用了橡膠或其它合成物，有絕緣作用，此時(shí)宜在地面將主鋼筋多條與水泥護(hù)坡樁內(nèi)鋼筋連接，最好是用一扁鋼將護(hù)坡樁的鋼筋連成一圈。,籠式避雷網(wǎng)的作用： 籠式避雷網(wǎng)可以全方位地接閃、保護(hù)被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物頂部遭受雷擊；又可以防建筑物側(cè)面遭雷擊。 籠式避雷網(wǎng)能夠?qū)纂娏鳟a(chǎn)生的暫態(tài)脈沖電磁場(chǎng)起屏蔽作用，使進(jìn)入建筑物內(nèi)部的電磁干擾受到削弱； 另一方面，籠式避雷網(wǎng)也能夠?qū)讚魰r(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電位升高起到電位均衡作用，將籠網(wǎng)各部位的暫態(tài)對(duì)地懸浮電位均衡到大致相等的水平。當(dāng)然，籠式避雷網(wǎng)的這些防護(hù)雷電損害作用的效果與籠體的大小及其網(wǎng)格尺寸有關(guān)，籠體越小且其網(wǎng)格尺寸越小，則其防雷效果就越好。網(wǎng)格尺寸的大小取決于被保護(hù)建筑物的重要性。,在建筑物頂部常有一些金屬突出物，如金屬旗桿、透氣管、鋼爬梯、金屬天溝和金屬煙囪等，這些金屬突出物必須與避雷網(wǎng)焊接，以形成統(tǒng)一的接閃系統(tǒng)。對(duì)于建筑物頂部突出的非鋼筋混凝土物體，可以另設(shè)避雷網(wǎng)或避雷針加以保護(hù)，如圖所示。,建筑物頂部突出物體的保護(hù),第五節(jié) 接閃器的設(shè)置,一.建筑物外部防雷裝置 建筑物外防直擊雷是指建筑物外部防雷。包括防直擊雷、側(cè)擊雷和雷電反擊等內(nèi)容。 直擊雷：雷云與大地之間直接通過(guò)建(構(gòu))筑物、電氣設(shè)備或樹木等放電稱為直擊雷。 防直擊雷的基本原則：引導(dǎo)雷云對(duì)避雷裝置放電，使雷電流通過(guò)低阻抗通路迅速流入大地，從而保護(hù)建(構(gòu))筑物免受雷擊。,建筑物外部防雷組成： 接閃器：外部防雷裝置中用于攔截雷電閃擊的那一部分。 引下線：外部防雷裝置中用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的那一部分。 接地裝置：外部防雷裝置中用于將雷電流傳導(dǎo)及散流入地的那一部分。接地體是接地裝置的一部分，它直接與大地有電氣接觸并將雷電流散流入大地。環(huán)形接地體是在地下或地面以環(huán)繞建筑物構(gòu)成一閉合環(huán)路的接地體。,二. 接閃器的設(shè)置 1、防雷建筑物的接閃器采用避雷針或架空避雷線（網(wǎng)） 避雷針是安裝在建筑物突出部位或獨(dú)立裝設(shè)的針形導(dǎo)體。通常采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。 避雷線是通常用于裝設(shè)在架空輸電線路上的導(dǎo)線，一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。 架空避雷網(wǎng)是架設(shè)在屋面上空縱橫敷設(shè)的避雷帶組成的網(wǎng)格。,安裝獨(dú)立避雷針或架空避雷線（網(wǎng)）使被保護(hù)的建筑物及風(fēng)帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)； 架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于5.0m5.0m或6.0m4.0m（第一類防雷建筑物）；1010m或128m（第二類防雷建筑物）；20m20m或24m16m（第三類防雷建筑物）； 獨(dú)立避雷針及其接地裝置與道路或建筑物的出入口等的距離應(yīng)大于3m。當(dāng)小于3m時(shí)，應(yīng)采取均壓措施或鋪設(shè)卵石或?yàn)r青地面。獨(dú)立避雷針的接地裝置與建筑物接地網(wǎng)的地中距離不應(yīng)小于3m。,圖2.20 架空避雷線網(wǎng)與被保護(hù)建筑物的距離示意,排放有爆炸危險(xiǎn)的氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等的管口外的以下空間應(yīng)處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)：當(dāng)有管帽時(shí)應(yīng)按表2.2確定；當(dāng)無(wú)管帽時(shí)，應(yīng)為管口上方半徑5m的半球體，接閃器與雷閃的接觸點(diǎn)應(yīng)設(shè)在上述空間之外。 排放排風(fēng)管等，當(dāng)其排放物達(dá)不到爆炸濃度、長(zhǎng)期點(diǎn)火燃燒、一點(diǎn)火就燃燒時(shí)，以及發(fā)生事故時(shí)排放物才達(dá)到爆炸濃度的通風(fēng)管、安全閥，接閃器的保護(hù)范圍可僅保護(hù)到管帽，無(wú)管帽時(shí)可僅保護(hù)到管口。,表2.2 有管帽的管口外處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的空間,注：相對(duì)密度小于或等于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為輕于空氣的 氣體；相對(duì)密度大于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為重于空氣的 氣體。,對(duì)于第三類防雷建筑物避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20m20m或24m16m的網(wǎng)格。平屋面的建筑物，當(dāng)其寬度不大于20m時(shí)，可僅沿周邊輻射一圈避雷帶。,圖2.21 建筑物易受雷擊的部位,第六節(jié) 引下線及其設(shè)置 引下線是連接防雷接閃裝置和接地裝置的一段導(dǎo)線。其作用 是將雷電流引入接地裝置。引下線可以是有若干條并聯(lián)的電流通 路，其電流通路的長(zhǎng)度應(yīng)是最短的。獨(dú)立避雷針的桿塔、架空避 雷線的端部和架空避雷網(wǎng)的各支柱處應(yīng)至少設(shè)一根引下線。對(duì)金 屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網(wǎng)的桿塔（或支柱），宜利用其 作引下線。 引下線不應(yīng)少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置， 其間距不應(yīng)大于12m（第一類防雷建筑物），18m（第二類防雷建筑物） 25m（第三類防雷建筑物） 。,獨(dú)立避雷針支柱（引下線）和架空避雷線（網(wǎng)）的設(shè)置原則： 第一類防雷建筑物： 獨(dú)立避雷針支柱及其接地裝置至被保護(hù)建筑物及與其聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的水平距離，應(yīng)符合下列表達(dá)式的要求，但不得小于3m。,圖2.22 防雷裝置至被保護(hù)物的距離,為什么要保護(hù)獨(dú)立避雷針和架空避雷線(網(wǎng))的支柱及其接地裝置至被保護(hù)建筑物及與其有聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的距離？ 其目的是為了防止雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)所產(chǎn)生的高電位對(duì)被保護(hù)的建筑物或與有聯(lián)系的金屬物發(fā)生反擊。應(yīng)使防雷裝置與這些物體之間保持一定的安全距離。,防雷裝置中任意一點(diǎn)A處的暫態(tài)電位可表示為：,式中 uAA點(diǎn)對(duì)真實(shí)地的暫態(tài)電位，kV； di/dt雷電流波頭時(shí)間變化率，kA/s ； i雷電流，kA； Rg接地體的沖擊接地電阻，； L0引下線單位長(zhǎng)度電感，H/m hA點(diǎn)到接地體的長(zhǎng)度，m。,圖2.23 防雷裝置中的暫態(tài)電位抬高,防雷裝置中任意一點(diǎn)暫態(tài)電位的幅值取決于由雷電流幅值與沖擊接地電阻所決定的電阻壓降和由雷電流波頭陡度與引下線電感所決定的電感壓降。研究表明，電阻壓降和電感壓降使空氣擊穿的電場(chǎng)強(qiáng)度是有差異的，電阻壓降的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)可近似取為500kv/m。而電感壓降的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)E則與雷電流的波頭時(shí)間有關(guān)，它們之間的關(guān)系為：,式中 EL電感壓降的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)，kv/m； f雷電流波頭時(shí)間，s。,防雷裝置暫態(tài)電位升高使得它與周圍不共地的金屬體之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差。例如在圖2-26中，引下線附近有一條金屬管道，該管道不與防雷裝置的接地體連接，當(dāng)建筑物遭受雷擊時(shí)，引下線上A點(diǎn)與管道上的 B 點(diǎn)之間將出現(xiàn)暫態(tài)電位差uAB。在uAB 作用下，如果A、B兩點(diǎn)之間的間隙距離滿足下式：,則引下線與金屬管道之間的空氣間隙將被擊穿，使管道也帶上高電位。,從法拉弟籠的觀點(diǎn)看，網(wǎng)格尺寸和引下線間距越小，對(duì)雷電感應(yīng)的屏蔽越好，局部區(qū)域的電位分布較均勻。雷電流通過(guò)引下線入地，當(dāng)引下線數(shù)量較多且間距較小時(shí)，雷電流在局部區(qū)域分布也較均勻，引下線上的電壓降減小，反擊危險(xiǎn)也相應(yīng)減小。 對(duì)引下線間距，根據(jù)IEC 62305 標(biāo)準(zhǔn)，第一類、第二類、第三類防雷建筑物的引下線間距相應(yīng)應(yīng)為10、15、25m。 但考慮到我國(guó)工業(yè)建筑物的柱距，一般均為6m，因此，按6m的倍數(shù)考慮，故我國(guó)對(duì)引下線間距相應(yīng)定為12、18、25m。,對(duì)于較高的建筑物，引下線很長(zhǎng)，雷電流的電感壓降將達(dá)到很大的數(shù)值，需要在每隔不大于12m之處，用均壓環(huán)將各條引下線在同一高度處連接起來(lái)，并接到同一高度的屋內(nèi)金屬物體上，以減小其間的電位差，避免發(fā)生火花放電。 由于要求將直接安裝在建筑物上的防雷裝置與各種金屬物互相連接，并采取了若干等電位措施，故不必考慮防止反擊的間隔距離。,當(dāng)接閃器受雷接閃時(shí) ，雷電流將沿接閃器注入防雷裝置，并經(jīng)引下線和接地體匯入大地。在此雷電流的傳輸過(guò)程中，在防雷裝置中距地面為hx的點(diǎn)A處的暫態(tài)電位為UA取決于由雷電流幅值與沖擊接地電阻所決定的電阻壓降和由雷電流波頭陡度與引下線電感所決定的電感壓降：,式中 uAA點(diǎn)對(duì)真實(shí)地的暫態(tài)電位，（kV）； uR雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)接地裝置上的電阻壓降， （kV） ； uL雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)引下線上的電感電阻壓降，（kV） ； di/dt雷電流波頭陡度，（kA/s） ； I雷電流幅值，（kA）； Ri接地體的沖擊接地電阻，（）； L0引下線單位長(zhǎng)度電感，（H/m ），取其等于1.5 H/m； hAA點(diǎn)到接地體的長(zhǎng)度，（m）； ER電阻壓降的空氣擊穿強(qiáng)度（kV/m），取其等于500kV/m； EL電感壓降的空氣擊穿強(qiáng)度（kV/m），取其等于500kV/m。,根據(jù)IEC 62305 提供的電感電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度為 EL=600(1+1/ t1)（kv/m） 當(dāng)t1=10s時(shí)， EL=600(1+1/ 10)=660（kv/m） 當(dāng)t1=0.25s時(shí)， EL=600(1+1/ 0.25)=3000（kv/m） 知道電阻電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度和電感電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度。 獨(dú)立避雷針和架空線（網(wǎng)）的支柱與被保護(hù)物體及其有聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的安全距離就可以求出：,在地上部分： 對(duì)第一類防雷建筑物首次雷擊： i=200kA， T1=10 s， ER=500（kV/m）， EL=660（kV/m）， L0=1.5 H/m。,考慮計(jì)算簡(jiǎn)單取Sal0.4Ri+0.04hx 因此 Sa10.4（Ri+0.1hx） （9）,Sa10.1（Ri+hx） （10）,對(duì)第一類防雷建筑物后續(xù)雷擊： 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）相等的條件是即hx=5Ri。因此，當(dāng)hx5Ri時(shí)，（3.1）式的計(jì)算值大于（3.2）式的計(jì)算值；當(dāng)hx5Ri時(shí)，（3.2）式的計(jì)算式的計(jì)算值大于（3.1）式的計(jì)算值。因此,當(dāng)hx5Ri時(shí)， Sa10.4（Ri+0.1hx） （9） 當(dāng)hx5Ri時(shí)， Sa10.1（Ri+hx） （10）,根據(jù)R.H.Golde 雷電一書（1977年版)，土壤的沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)為2001000kV/m，其平均值為600kV/m， 取與空氣擊穿強(qiáng)度一樣的數(shù)值，即500kV/m。根據(jù)第一類防雷建筑物取I=200kA。因此，地中的間隔距離為 Se1IRi/500=200Ri/500=0.4Ri 即 Se10.4Ri 根據(jù)計(jì)算，在接閃線立桿高度為20m、接閃線長(zhǎng)度為50150m、沖擊接地電阻為310的條件下，當(dāng)接閃線立桿頂點(diǎn)受雷擊時(shí)，流經(jīng)該立桿的雷電流為全部雷電流的63%90%，照理Sa1和Se1可相應(yīng)減小，但計(jì)算起來(lái)很繁雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，故規(guī)定Sa1和Se1仍按照獨(dú)立接閃桿的方法進(jìn)行計(jì)算。,按雷擊于避雷線擋距中央考慮sa2，由于兩端分流，對(duì)任意一端可近似地將雷電流幅值和陡度減半計(jì)算，因此避雷線中央的電位為： U=UR+UL1+UL2 于是得到距防雷裝置引下線和避雷線的安全距離sa2,架空避雷線至各種突出屋面的風(fēng)帽、放散管等物體之間的安全距離：,式中 uL1雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)引下線上的電感壓降（kv）； uL2雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)避雷線上的電感壓降（kv）； L01垂直敷設(shè)的引下線的單位長(zhǎng)度電感（H/m）。按引下線直徑 8mm2、高20m時(shí)的平均值L01=1.69 H/m計(jì)算。 L02水平敷設(shè)的引下線的單位長(zhǎng)度電感（H/m）。按避雷線直徑 35mm2、高20m時(shí)的平均值L01=1.93 H/m計(jì)算。 h引下線的長(zhǎng)度（m）， 其它參數(shù)與前面相同。,式中 從避雷網(wǎng)中間最低點(diǎn)沿導(dǎo)線至最近支柱的距離（m） n 從避雷網(wǎng)中間最低點(diǎn)沿導(dǎo)線至最近不同支柱并有同一距離 的 個(gè)數(shù)。,對(duì)后續(xù)雷擊（當(dāng) ）時(shí)：,用同樣的方法可求出架空避雷網(wǎng)至和各種突出屋面的風(fēng)帽、放散管等物體之間的安全距離：,對(duì)首次雷擊，當(dāng) 時(shí)：,當(dāng)樹木高于建筑物且不在接閃器保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，樹木與建筑物之間凈距不應(yīng)小于5m。,、當(dāng)金屬物或電氣線路與防雷的接地裝置之間不相連時(shí)，其與引下線之間的距離應(yīng)按下列表達(dá)式確定：,式中：Sa3 空氣中距離（m） Ri 引下線沖擊接地電阻（）； 引下線計(jì)算點(diǎn)到地面的長(zhǎng)度（m）。,第二類防雷建筑物的引下線： 專設(shè)引下線不應(yīng)少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，其間 距不應(yīng)大于18m。當(dāng)僅利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時(shí)， 可按跨距設(shè)引下線，但引下線的平均間距不應(yīng)大于18m。,式中：Sa4 空氣中距離（m） 引下線計(jì)算點(diǎn)到連接點(diǎn)的長(zhǎng)度（m）見(jiàn)圖2.24。 當(dāng)利用建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)作為引下線，同時(shí)建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)的大部分鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)等金屬物與被利用的部分連成整體時(shí)，金屬物或線路與引下線之間的距離可不受限制。,、當(dāng)金屬物或電氣線路與防雷的接地裝置之間相連或通過(guò)電涌保護(hù)器（SPD）相連時(shí)，其與引下線之間的距離應(yīng)按下列表達(dá)式確定：,圖2.24 確定各種裝置至防雷裝置距離用的一維、二維、三維結(jié)構(gòu),、當(dāng)金屬物或線路與引下線之間有自然接地或人工接地的鋼筋混凝土構(gòu)件、金屬板、金屬網(wǎng)等靜電屏蔽物隔開時(shí)，金屬物或線路與引下線之間的距離可不受限制。 、當(dāng)金屬物或線路與引下線之間有混凝土墻、磚墻隔開時(shí)，混凝土墻的擊穿強(qiáng)度應(yīng)與空氣擊穿強(qiáng)度相同；磚墻的擊穿強(qiáng)度應(yīng)為空氣擊穿強(qiáng)度的1/2。當(dāng)距離不能滿足、條的要求時(shí)，金屬物或線路應(yīng)與引下線直接相連或通過(guò)過(guò)電壓保護(hù)器相連。, 建筑物的以下部件可用作自然引下線： A、建筑物內(nèi)的金屬設(shè)施。 B、建筑物的金屬框架； C、建筑物的互連鋼筋； D、建筑物外部金屬立面結(jié)構(gòu)、外廊圍欄及附屬結(jié)構(gòu)。 如果鋼結(jié)構(gòu)建筑物的金屬框架或建筑物的互連鋼筋用作引下線時(shí)，不需要裝設(shè)水平環(huán)形連接導(dǎo)體。,斷接卡安裝 設(shè)置斷接卡子的目的是為了便于運(yùn)行、維護(hù)和檢測(cè)接地電阻。 采用多根專設(shè)引下線時(shí)，為了便于測(cè)量接地電阻以及檢查引下線、接地線的連接狀況，宜在各引下線上于距地面0.3m至1.8 m之間設(shè)置斷接卡。斷接卡應(yīng)有保護(hù)措施。 斷接卡子有明裝和暗裝兩種，斷接卡子可利用4040或254的鍍鋅扁鋼制作，斷接卡子應(yīng)用兩根鍍鋅螺栓擰緊，見(jiàn)圖2.25和圖2.26。,圖2.25 暗裝引下線斷接卡子安裝 (a)專用暗裝引下線；(b)利用柱筋作引下線；(c)連接板；(d)墊板 1-專用引下線；2-至柱筋引下線；3-斷接卡子； 4-M1030鍍鋅螺栓；5-斷接卡子箱；6-接地線,圖2.26 明裝引下線斷接卡子安裝 (a)用于圓鋼連接線；(b)用于扁鋼連接線。D圓鋼直徑；B扁鋼寬度 1圓鋼引下線；2254，L=906D連接板；3 M830鍍鋅螺栓； 4圓鋼接地線；5扁鋼接地線,第三類防雷建筑物的引下線： 第三類防雷建筑物防直擊雷的引下線不應(yīng)少于兩根，但周長(zhǎng)不超過(guò)25m且高度不超過(guò)40m的建筑物可只設(shè)一根引下線。引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于25m。當(dāng)僅利用建筑物四周的鋼柱或混凝土柱中的鋼筋作為引下線時(shí)，可按跨度設(shè)引