建筑物防雷設(shè)計原理·標(biāo)準(zhǔn)·規(guī)范技術(shù)·裝置·措施IEC·ANSI·GB·

行標(biāo)I.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范基本體系

一、新標(biāo)準(zhǔn)(GB50057-2010)的內(nèi)容覆蓋面

二、新標(biāo)準(zhǔn)GB50601—2010的內(nèi)容覆蓋面四、防雷系統(tǒng)

的基本設(shè)

計流程II.建筑防雷設(shè)計用雷電參數(shù)指標(biāo)

規(guī)定

涉及新標(biāo)準(zhǔn)條款：

2.0.1～2.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)；

附錄A；附錄F(表F.0.1-1～

表

F.0.1-3)；5.2.12一、雷云帶電1.雷云形成的可能機(jī)制(2)感應(yīng)起電效應(yīng)(3)水滴結(jié)冰效應(yīng)冰晶粒帶正電，水滴帶負(fù)電，熱氣流將冰晶上面水分帶走，產(chǎn)生電荷分離。二、雷電放電１.雷電放電機(jī)理(1)雷云電荷分布+-+負(fù)雷云中電荷中心分布++++++++++++++主放電＋＋＋it3～5km雷云地面+++++++++++++++下行先導(dǎo)(3)

對地放電過程+++++++++下行先導(dǎo)上行先導(dǎo)上行雷(4)

對地面高結(jié)構(gòu)的放電與上行雷12重雷放電記錄圖象(6)對地放電的選擇a.土壤電阻率b.結(jié)構(gòu)體的形狀c.大氣條件(7)正極性雷(2)多閃3.雷閃形態(tài)線狀雷(2)球雷(3)珠雷與片雷三、雷電參數(shù)1.雷暴日、雷暴小時

城市雷電日城市雷電日北京36．7武漢37．8天津28．6長沙49．5石家莊31．5廣州49．5太原36．4南寧88．6呼和浩特37．5成都36．9沈陽27．1貴州48．9長春36．6昆明62．8哈爾濱30．9拉薩73．2上海32．2西安17．3南京35．1蘭州23．6杭州40．0西寧32．9合肥30．1銀川19．7福州57．6烏魯木齊9．3南昌58．5臺北27．9濟(jì)南26．8香港34．0鄭州22．6?？?13．8２．地面落雷密度

Ng：每年每平方公里地面平均落雷次數(shù)(次/km2·a)

物體的年受雷次數(shù):k—修正系數(shù)，考慮建筑物結(jié)構(gòu)特征，所

在地地理、地質(zhì)特征；建筑物周圍環(huán)境特征的修正—AeNg=0.1×Td(次/km2/a)(A.0.2)3.雷電流(1)雷電流測量(2)波形參數(shù)規(guī)定我國雷電流幅值累積概率IEEECIGREЭЛ(3)幅值累積概率第一類：200kA，P=0.53%第二類：150kA，P=1.97%第三類：100kA，P=7.3%長時間的雷電流參量(4)幾種波形參數(shù)波形(μs)用途10/350建筑防雷(首次雷擊)0.25/100建筑防雷(后續(xù)雷擊)8/20保護(hù)器試驗波形2.6/50電力系統(tǒng)4.雷擊距建筑物防雷類別滾球半徑(m)第一類30第二類45第三類60對應(yīng)電流第二類：I=5.42kAP=86.8%第二類：I=10.1kAP=76.8%第三類：I=15.8kAP=66.1%先導(dǎo)取向角α先導(dǎo)通道電氣幾何模型III.雷電破壞作用指標(biāo)規(guī)定1.綜述涉及新標(biāo)準(zhǔn)條款：

2.0.1～2.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)；

附錄A；附錄F(表F.0.1-1～

表

F.0.1-3)；5.2.12MCR110kV數(shù)據(jù)線電視線路有線通訊

400/230VABCCompany移動通訊2km２.熱效應(yīng)(1)

雷電流注入產(chǎn)生的熱能(2)

雷電流注入引起的溫升注入單位電荷時常用金屬的熔化體積當(dāng)量鋁：１２mm3/C銅：5.4mm3/C鋼：4.4mm3/C2.機(jī)械力與沖擊波效應(yīng)(1)機(jī)械力－電磁力(2)沖擊波3.靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)(1)靜電感應(yīng)金屬屋面+++++++++++線路雷云下行先導(dǎo)sh++++雷云回?fù)魋h++++過電壓波過電壓波線路BSuBi(2)

電磁感應(yīng)H0,H1,H2

i0

Sa

（3）新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于空間磁場的估算方法

HLRHR-HSa

R=10(i

0

)0.65當(dāng)H＜R時,當(dāng)H≥R時,Sa=R+L/2當(dāng)有屏蔽時，在格柵形大空間屏蔽內(nèi)，即在LPZ1區(qū)內(nèi)的磁場強(qiáng)度應(yīng)按下式計算:注：1適用于首次雷擊的磁場；2適用于后續(xù)雷擊的磁場；3相對磁導(dǎo)系數(shù)μr≈200；4w—格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬(m)；r—格柵形屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑(m)；5當(dāng)計算式得出的值為負(fù)數(shù)時取SF=0；若建筑物具有網(wǎng)格形等電位連接網(wǎng)絡(luò)，SF可增加6dB。在閃電直接擊在位于LPZ0A區(qū)的格柵形大空間屏蔽或與其連接的接閃器上的情況下，其內(nèi)部LPZ1區(qū)內(nèi)安全空間內(nèi)某點的磁場強(qiáng)度應(yīng)按下式計算i0

地面

墻壁

屋頂

LPZ1dw

dr

H1

H1=kH·i0·w/(dw?dr)kH一般取(4)新標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于環(huán)路中感應(yīng)電壓、電流的計算方法1—屋頂；2—墻；3—電力線路；4—信號線路；5—信號設(shè)備；6—等電位連接帶(1)格柵形屏蔽建筑物附近遭雷擊時在LPZ1區(qū)內(nèi)環(huán)路的感應(yīng)電壓和電流H1H1ihARgL0取為1.2～1.5μH/m電位抬高幅值可近似估算為(5)暫態(tài)電位抬高與高電位傳遞暫態(tài)電位抬高當(dāng)(h+l/2)＜5Ri時，Sa2≥0.2Ri+0.03(h+l/2)當(dāng)(h+l/2)≥5Ri時，Sa2≥0.05Ri+0.06(h+l/2)當(dāng)hx≥5Ri時，Sa1≥0.1(Ri+hx)地上部分：當(dāng)hx＜5Ri，Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)Sa1Sa2地下部分：

Sel≥0.4Ri

電阻壓降擊穿場強(qiáng)ER=500kV/m電感壓降的空氣擊穿場強(qiáng)新標(biāo)準(zhǔn)中Sa1計算公式的推導(dǎo)：取L0=1.5μH/m,第一類防雷建筑，首次雷擊I=200kA，10/350μsEL=600(1+1/10)=660kV/m后續(xù)雷擊I=50kA，0.25/100μsEL=600(1+1/0.25)=3000kV/m新標(biāo)準(zhǔn)中Sa2計算公式的推導(dǎo)：L01

=1.69μH/mL02=1.89μH/m暫態(tài)高電位傳遞(6)

接觸電壓與跨步電壓4.5.6在建筑物外引下線附近保護(hù)人身安全而要防接觸電壓和跨步電壓的措施是：1防接觸電壓應(yīng)符合下列規(guī)定之一：1)利用建筑物金屬構(gòu)架和建筑物互相連接的鋼筋在電氣上是貫通且不少于10根柱子組成的自然引下線，這些柱子包括位于建筑物四周和建筑物內(nèi)。2)引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50kΩ.m。注：例如，采用5cm厚瀝青層或15cm厚礫石層的這類絕緣材料層通常符合本要求。3)外露引下線，其距地面2.7m以下的導(dǎo)體用耐1.2/50μs沖擊電壓100kV的絕緣層隔離，例如用至少3mm厚的交聯(lián)聚乙烯層。4)用護(hù)欄、警告牌使接觸引下線的可能性降至最低限度。2防跨步電壓應(yīng)符合下列規(guī)定之一：1)利用建筑物金屬構(gòu)架和建筑物互相連接的鋼筋在電氣上是貫通且不少于10根柱子組成的自然引下線，這些柱子包括位于建筑物四周和建筑物內(nèi)。2)引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50kΩ.m。注：例如,采用5cm厚瀝青層或15cm厚礫石層的這類絕緣材料層通常符合本要求。3)用網(wǎng)狀接地裝置對地面作均衡電位處理。4)用護(hù)欄、警告牌使進(jìn)入距引下線3m范圍內(nèi)地面的可能性減小到最低限度。涉及新標(biāo)準(zhǔn)條款：4.3.9；4.4.8；5.2—5.3；附錄D一、接閃器避雷針與避雷線(1)引雷機(jī)制IV.

外部防雷系統(tǒng)(2)保護(hù)范圍(3)針體的改進(jìn)平頭鈍頭圓頭尖頭距針中心軸距離針頭附近場強(qiáng)鈍頭針尖頭針頭部擴(kuò)展針O(4)

避雷線保護(hù)角α2.避雷帶與避雷網(wǎng)(1)避雷帶10m2.

避雷網(wǎng)建筑物防雷等級網(wǎng)格尺寸(m)第一類≤5×5或≤6×4第二類≤10×10或≤12×8第三類≤20×20或≤24×16明設(shè)暗設(shè)3.滾球法確定建筑物上直接雷擊部位建筑物防雷類別滾球半徑(m)第一類防雷建筑物30第二類防雷建筑物45第三類防雷建筑物60r

r

r

r

r

r

(2)側(cè)擊防護(hù)4.3.9-2和4.4.1-2規(guī)定：高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超過60m的部位應(yīng)防側(cè)擊(3)滾球修正(4)避雷網(wǎng)格滲透深度防護(hù)等級滾球半徑(m)網(wǎng)格尺寸(m×m)I205×5II3010×10III4515×15IV6020×20防護(hù)等級滾球半徑(m)網(wǎng)格尺寸(m×m)I30≤5×5或≤6×4II45≤10×10或≤12×8III60≤20×20或≤24×16IEC標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)等級網(wǎng)格寬度w(m)滾球半徑r(m)滾球進(jìn)入網(wǎng)格的最大深度p(cm)(I)52016I53010.4II104528III206084V.電子信息系統(tǒng)防雷一、

主要保護(hù)器件二極放電管三極放電管……1.氣體放電管涉及新標(biāo)準(zhǔn)條款：5.1.2；6.4.1～6.4.8；附錄J實際器件伏—安特性UIABCDEF響應(yīng)時間微秒(μs)級；動作放電分散性較大GBA被保護(hù)電子設(shè)備uAGuBGuABt1t3t2t4t1t2t3t4uB1uA1uA2uB2uA1uB1uA2uB2OOOttt限壓電路GBA被保護(hù)電子設(shè)備保護(hù)應(yīng)用中存在的缺陷動作時延續(xù)流Ｃ．動作截波及短路反射技術(shù)參數(shù)及使用選擇①技術(shù)參數(shù)a．直流放電電壓b.沖擊放電電壓c.沖擊耐受電流絕緣電阻與極間電容②使用選擇直流放電電壓選擇功率選擇2.

壓敏電阻（1）結(jié)構(gòu)簡介實際器件(2)伏—安特性泄漏區(qū)限壓區(qū)過載區(qū)參考電壓uiO響應(yīng)特性納秒(ns)級，引頭線使響應(yīng)時間加長(3)壓敏電阻參數(shù)壓敏電壓(參考電壓，U1mA)殘壓(殘壓比k=U1kA/U1mA······)通流容量泄漏電流額定運行電壓(4)使用選擇a.壓敏電壓選擇b.

通流容量選擇(5)并聯(lián)及與放電管合用a.多個壓敏電阻并聯(lián)······b.與放電管合用3.暫態(tài)抑制二極管(1)伏—安特性ui擊穿區(qū)反向區(qū)正向區(qū)正向+

—

反向—

+

O(2)

實際器件響應(yīng)時間:皮秒(ps)級(3)寄生電容及其減小方法(4)主要參數(shù)：額定擊穿電壓;

最大箝位電壓反向變位電壓;

最大泄漏電流4ＰＴＣ

PTC正溫度系數(shù)電阻PTC被保護(hù)設(shè)備PTC實際器件5.半導(dǎo)體放電管(暫態(tài)抑制晶閘管)uiIsIDRMVTVDRMVs實際器件伏安特性

半導(dǎo)體放電管(也稱固體放電管)是一種PNPN組件,它中以被看作一個無門電極的自由電壓控制的可控硅,當(dāng)電壓超過它的斷態(tài)峰值電壓(或稱雪崩電壓)時，半導(dǎo)體放電會將瞬態(tài)電壓箝制到組件的開關(guān)電壓(或稱轉(zhuǎn)折電壓)值之內(nèi)。電壓繼續(xù)增大時，半導(dǎo)體放電管由于負(fù)阻效應(yīng)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，只有在當(dāng)電流小于維持電流時，組件才復(fù)位并恢復(fù)到它的高阻抗?fàn)顟B(tài)。

特點:多次重復(fù)，快速響應(yīng)（1納秒）；啟動電壓范圍5V-550V，瞬間沖擊電流50A-3000A

使用原則：a.VDRM―最大斷態(tài)峰值電壓VDRM必須大于被保護(hù)電路的最大工作電壓。2.VS―開關(guān)電壓VS必須小于被保護(hù)所允許的瞬間峰值電壓。b.IPP―最大瞬間峰值電流IPP必須大于通訊設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定二、

防雷區(qū)劃分與電涌過電壓防護(hù)通訊系統(tǒng)雷電電涌雷電電涌電源線路信號線路1.防雷區(qū)劃分(1)LPZ0A區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均可能遭受直接雷擊，內(nèi)電磁場沒有受到衰減。(2)LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均不可能遭到大于所選滾球半徑對應(yīng)的直接雷擊，

本區(qū)內(nèi)電磁場也沒有受到衰減。(3)LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均不可能遭受到大于所選滾球半徑對應(yīng)的直接雷擊，流經(jīng)本區(qū)內(nèi)各導(dǎo)體的雷電流比LPZ0B區(qū)減小，區(qū)內(nèi)電磁場受到屏蔽體的衰減。(4)LPZn(n=2,3,…)后續(xù)防雷區(qū)：當(dāng)需要進(jìn)一步減小流入的雷電流和衰減電磁場時，應(yīng)設(shè)置后續(xù)防雷區(qū)，并根據(jù)需要保護(hù)設(shè)備所要求的電磁環(huán)境來選擇后續(xù)防雷區(qū)的保護(hù)指標(biāo)。LPZ0ALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ2LPZ0BLPZ0BLPZ0ALPZ0ALPZn進(jìn)入線路電涌過電壓保護(hù)裝置設(shè)置原則—在各防雷區(qū)的交界面上設(shè)置避雷器或電涌保護(hù)器(SPD)避雷器電涌保護(hù)器SPD屏蔽室電源線信號線終端單元鋼筋網(wǎng)格保護(hù)等級LPZ0與LPZ1界面LPZ1與LPZ2、LPZ2與LPZ3界面直流電源標(biāo)稱放電電流(kA)第一級標(biāo)稱放電電流(kA)第二級標(biāo)稱放電電流(kA)第三級標(biāo)稱放電電流(kA)第四級標(biāo)稱放電電流(kA)8/2010/3508/208/208/208/20A≥20≥80≥40≥20≥10≥10B≥15≥60≥40≥20C≥12.5≥50≥20D≥12.5≥50≥10(2)界面標(biāo)稱放電電流規(guī)定值等電荷量Q判據(jù)，即兩種沖擊電流傳輸給被試物的電荷量相等等能量W/R判據(jù)，即兩種沖擊電流傳輸給被試物的能量相等以上關(guān)系適用于線性電阻，而壓敏電阻是非線性電阻，其情況更為復(fù)雜些注：兩種波形電流之間的等效性3.電源系統(tǒng)電涌防護(hù)

(1)

配電變壓器保護(hù)6～10kV220～380V變壓器外殼４～10ΩMY-470FS-6～10M1M2M3LNPE～220V（2）單級交流電源保護(hù)器（3）兩級交流電源保護(hù)M1M2M3L1L2C2C5C6C1LNPE（4）兩級直流電源保護(hù)穩(wěn)壓電路標(biāo)稱放電電流Iimp最大放電電流Imax保護(hù)水平Ｕp設(shè)備位置電源處設(shè)備配電線及最后分支線的設(shè)備用電設(shè)備特殊需要保護(hù)的電子信息設(shè)備耐受沖擊電壓類別IV類III類II類I類耐受沖擊電壓額定值6kV4kV2.5kV1.5kV（5）電氣設(shè)備的沖擊耐受指標(biāo)(２)

兩級保護(hù)器RD1D2GDT3.

信號系統(tǒng)電涌防護(hù)(1)

單級保護(hù)器RRD1D2D3D4D5D6兩級信號保護(hù)電路發(fā)送器接受器保護(hù)器保護(hù)器接地母線放電間隙電源線信號線通訊電纜保護(hù)器保護(hù)器插入損耗(dB)電壓駐波比響應(yīng)時間(ns)平均功率(W)特性阻抗(Ω)傳輸速率(bps)工作頻率(MHz)≤0.5≤1.3≤10≥1.5系統(tǒng)功率應(yīng)滿足系統(tǒng)要求（3）對信號保護(hù)器的要求指標(biāo)插入損耗（Ae）在信號系統(tǒng)中插入一個保護(hù)器所引起的損耗。該參數(shù)表示在規(guī)定的工作頻率范圍內(nèi)和負(fù)載阻抗下保護(hù)器接入前負(fù)載吸收的功率P1與接入后負(fù)載吸收的功率P2之比，以分貝數(shù)表示如果把保護(hù)器接入前、后負(fù)載兩端的電壓分別記為U1和U2，負(fù)載電阻記為R，則負(fù)載在保護(hù)器接入前、后的功率可分別表示為和，將這些關(guān)系帶入上式可得上式表明，插入損耗也等于保護(hù)器接入前、后負(fù)載端電壓之比。保護(hù)器的插入損耗主要由其橫向元件的等值阻抗所造成的，但在高頻情況下，它也與保護(hù)器中縱向元件的寄生電容有關(guān)。

電壓駐波比(VSWR)

在高頻信號線路上設(shè)置保護(hù)器后，由于保護(hù)器自身的特性阻抗ZS難以做到與信號線路特性阻抗Z0的匹配，于是在沿信號線路的入射波傳輸?shù)奖Ｗo(hù)器安裝點處時，就會發(fā)生折、反射，產(chǎn)生與入射波反向的反射波。在信號線路上入射波電壓與反射波電壓相位相同的地方，電壓幅值相加為最大值Umax，形成波腹；在信號線路上入射波電壓與反射波電壓相位相反的地方，電壓的幅值相減為最小值Umin，形成波節(jié)。

信號線上其它各處的電壓合成幅值將介于波腹和波節(jié)之間，這種由入射波和反射波合成的波稱為駐波，駐波比VSWR的定義為波腹（最大）電壓與波節(jié)（最?。╇妷褐?，即

VSWR可以用波的反射系數(shù)ρ來表示

這里的反射系數(shù)ρ定義為

(4)保護(hù)距離GB50601—2010第10.1.2條款(5)

安裝連線長度的影響GB50601—2010

D.0.7圖D.0.7-2SPD安裝在或靠近電氣裝置電源進(jìn)線端的示例b—SPD（電涌保護(hù)器）與等電位連接帶之間的連接導(dǎo)線長度，不宜大于0.5m；F—安裝在電源進(jìn)線端的剩余電流保護(hù)器；E/I—被保護(hù)的電子設(shè)備VI.

接地技術(shù)涉及新標(biāo)準(zhǔn)條款：5.4.1～5.4.9；附錄C一、接地分類工作接地

根據(jù)系統(tǒng)正常運行需要而設(shè)置的接地。2.保護(hù)接地

為保證人身安全而設(shè)置的接地。