防雷工程中級工程師考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于雷電流波形參數(shù)，以下描述正確的是（）A.首次雷擊的雷電流波前時(shí)間（T1）通常為10μs，半峰值時(shí)間（T2）為350μsB.后續(xù)雷擊的雷電流波前時(shí)間（T1）通常為0.25μs，半峰值時(shí)間（T2）為100μsC.雷電流的波前時(shí)間指電流從10%峰值上升到90%峰值的時(shí)間D.雷電流的電荷量僅與雷電流幅值有關(guān)，與波形無關(guān)答案：A解析：根據(jù)GB/T21431-2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》，首次雷擊波形為10/350μs（T1=10μs，T2=350μs），后續(xù)雷擊為0.25/100μs（T1=0.25μs，T2=100μs）；波前時(shí)間指電流從10%峰值上升到100%峰值的時(shí)間；電荷量Q=∫i(t)dt，與波形密切相關(guān)，故A正確。2.某二類防雷建筑物的高度為45m，其外部防雷裝置的引下線間距最大允許值為（）A.12mB.18mC.25mD.30m答案：B解析：GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，二類防雷建筑物引下線間距不應(yīng)大于18m，三類為25m，一類為12m，故B正確。3.關(guān)于電涌保護(hù)器（SPD）的分級防護(hù)，以下說法錯(cuò)誤的是（）A.第一級SPD應(yīng)安裝在低壓配電系統(tǒng)的總進(jìn)線處，通流容量不小于100kA（8/20μs）B.第二級SPD應(yīng)安裝在分配電箱處，通流容量不小于40kA（8/20μs）C.第三級SPD應(yīng)安裝在設(shè)備前端，殘壓應(yīng)小于設(shè)備耐沖擊電壓水平D.所有SPD均需串聯(lián)熔斷器或斷路器進(jìn)行過流保護(hù)答案：D解析：電壓開關(guān)型SPD（如放電間隙）一般不需要串聯(lián)過流保護(hù)，而限壓型SPD（如壓敏電阻）需配合過流保護(hù)；分級防護(hù)中，一級SPD通流容量≥100kA（8/20μs），二級≥40kA，三級≤2.5kV殘壓，故D錯(cuò)誤。4.土壤電阻率為1000Ω·m時(shí)，垂直接地體的有效長度約為（）A.5mB.10mC.15mD.20m答案：B解析：垂直接地體的有效長度L≈2√ρ（ρ為土壤電阻率，單位Ω·m），代入得L≈2×√1000≈63m？此處需修正：實(shí)際公式為有效長度L≈√(2ρ/σ)，但更常用經(jīng)驗(yàn)公式L≈√ρ（當(dāng)ρ單位為Ω·m時(shí)，L單位為m）。正確計(jì)算應(yīng)為L≈√(ρ)=√1000≈31.6m？顯然有誤。根據(jù)DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》，垂直接地體的有效長度L≈2√(ρ)（ρ單位Ω·m，L單位m），當(dāng)ρ=1000Ω·m時(shí)，L≈2×31.6≈63m，這與實(shí)際工程不符。正確經(jīng)驗(yàn)值應(yīng)為：當(dāng)ρ≤500Ω·m時(shí)，有效長度約5m；ρ=500-1000Ω·m時(shí)，約10m；ρ>1000Ω·m時(shí)，約15m。故本題正確答案為B（10m）。5.某信息系統(tǒng)機(jī)房位于三類防雷建筑物內(nèi)，其電子設(shè)備耐沖擊電壓水平為1.5kV，應(yīng)選擇的SPD殘壓上限為（）A.1.0kVB.1.2kVC.1.5kVD.2.0kV答案：B解析：根據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，SPD殘壓應(yīng)小于設(shè)備耐沖擊電壓水平的80%，即1.5kV×80%=1.2kV，故B正確。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.以下屬于第一類防雷建筑物的有（）A.制造火炸藥的危險(xiǎn)建筑物，電火花易引起爆炸B.具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危險(xiǎn)場所的建筑物C.國家級重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物D.預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.25次/年的住宅答案：AB解析：第一類防雷建筑物包括：①制造、使用或儲(chǔ)存火炸藥及其制品的危險(xiǎn)建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡；②具有0區(qū)、20區(qū)爆炸危險(xiǎn)場所的建筑物；③具有1區(qū)、21區(qū)爆炸危險(xiǎn)場所的建筑物，且因電火花引起爆炸會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡。C為二類，D為三類，故AB正確。2.關(guān)于等電位連接，以下說法正確的是（）A.總等電位連接（MEB）應(yīng)將建筑物內(nèi)的金屬管道、配電系統(tǒng)接地干線、防雷接地裝置等連接B.輔助等電位連接（SEB）用于電氣設(shè)備與其他設(shè)備間電位差過大的場所C.信息系統(tǒng)的局部等電位連接（LEB）應(yīng)采用S型（星型）或M型（網(wǎng)格型）結(jié)構(gòu)D.等電位連接導(dǎo)體的最小截面積應(yīng)與被連接導(dǎo)體的截面積相同答案：ABC解析：等電位連接導(dǎo)體的截面積不應(yīng)小于被連接導(dǎo)體的最小截面積，且銅導(dǎo)體最小為6mm2（BVR），故D錯(cuò)誤；ABC均符合GB50057-2010要求。3.接地電阻測量時(shí)，以下操作正確的是（）A.測量前斷開接地裝置與其他接地系統(tǒng)的連接B.使用三極法時(shí)，電壓極與電流極應(yīng)沿接地體射線方向布置，間距分別為2D和1.5D（D為接地體最大對角線長度）C.土壤電阻率較高時(shí)，可在測量電極周圍澆水降低接觸電阻D.測量應(yīng)在雨后土壤濕潤時(shí)進(jìn)行，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確答案：AC解析：三極法中，電壓極與電流極間距通常為接地體對角線長度D的2倍和1.5倍（電流極距2D，電壓極距1.5D），B錯(cuò)誤；測量應(yīng)避免雨后，因土壤含水量變化影響結(jié)果，D錯(cuò)誤；AC正確。4.防雷裝置檢測的主要內(nèi)容包括（）A.接閃器的材料、規(guī)格、銹蝕程度B.引下線的間距、斷接卡設(shè)置C.接地電阻值及接地體埋深D.SPD的漏電流、殘壓、老化狀態(tài)答案：ABCD解析：檢測內(nèi)容涵蓋接閃器（材料、規(guī)格、腐蝕）、引下線（間距、連接、斷接卡）、接地裝置（電阻、埋深）、等電位連接、SPD性能（漏電流、殘壓、老化）等，ABCD均正確。5.關(guān)于雷電電磁脈沖（LEMP）防護(hù)，以下措施正確的是（）A.信息系統(tǒng)線纜應(yīng)穿金屬管屏蔽，并與防雷引下線保持足夠距離B.電子設(shè)備的電源線路與信號線路應(yīng)分開敷設(shè)，避免平行接近C.機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備金屬外殼與網(wǎng)絡(luò)連接D.可以僅依靠SPD防護(hù)，無需考慮線路屏蔽和等電位連接答案：ABC解析：LEMP防護(hù)需綜合采用屏蔽、等電位連接、SPD分級防護(hù)，單一措施無法滿足要求，故D錯(cuò)誤；ABC正確。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述防雷區(qū)（LPZ）的劃分原則及各分區(qū)的特點(diǎn)。答案：防雷區(qū)劃分原則是根據(jù)雷電電磁環(huán)境的衰減程度，將建筑物從外到內(nèi)劃分為不同區(qū)域，保護(hù)內(nèi)部設(shè)備免受雷電電磁脈沖影響。各分區(qū)特點(diǎn)如下：-LPZ0A區(qū)：直擊雷可能擊中的區(qū)域，雷電電磁脈沖未衰減，電場、磁場強(qiáng)度最大；-LPZ0B區(qū)：未直接雷擊但受雷電電磁脈沖影響的區(qū)域（如接閃器保護(hù)范圍內(nèi)），磁場強(qiáng)度與0A區(qū)相同，但無直擊雷；-LPZ1區(qū)：通過防雷裝置（如引下線、接地體）衰減雷電電磁脈沖的區(qū)域，磁場強(qiáng)度較0區(qū)顯著降低；-LPZn區(qū)（n>1）：進(jìn)一步衰減的后續(xù)分區(qū)，用于保護(hù)敏感電子設(shè)備，電磁場強(qiáng)度逐級降低。2.說明電涌保護(hù)器（SPD）的工作原理，并列舉其主要參數(shù)。答案：SPD工作原理：當(dāng)線路中出現(xiàn)超過其啟動(dòng)電壓的電涌時(shí)，SPD由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，將電涌電流泄放入地，限制殘壓，保護(hù)后端設(shè)備。主要參數(shù)包括：-標(biāo)稱放電電流In（8/20μs）：SPD能耐受的多次放電電流峰值；-最大放電電流Imax（8/20μs）：SPD能耐受的單次最大放電電流峰值；-電壓保護(hù)水平Up：SPD在標(biāo)稱放電電流下的最大殘壓；-響應(yīng)時(shí)間tA：SPD從感應(yīng)到電涌到導(dǎo)通的時(shí)間；-持續(xù)運(yùn)行電壓Uc：SPD能長期承受的電源電壓有效值。3.簡述接地裝置的組成及各部分的作用。答案：接地裝置由接地體（極）和接地線組成：-接地體：埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的金屬導(dǎo)體，分為垂直接地體（如角鋼、鋼管）和水平接地體（如扁鋼、圓鋼），作用是將雷電流擴(kuò)散到大地；-接地線：連接接地體與被保護(hù)設(shè)備（如引下線、設(shè)備接地端子）的金屬導(dǎo)體，作用是將雷電流從被保護(hù)設(shè)備引導(dǎo)至接地體；-接地電阻：接地裝置對大地的電阻，由接地體電阻、土壤散流電阻、接地線電阻組成，需滿足規(guī)范要求（如一類防雷≤10Ω，電子系統(tǒng)≤4Ω）。4.列舉三類防雷建筑物外部防雷裝置的設(shè)計(jì)要求（至少5項(xiàng)）。答案：三類防雷建筑物外部防雷裝置設(shè)計(jì)要求：（1）接閃器：采用避雷帶（網(wǎng)）時(shí)，網(wǎng)格尺寸不大于20m×20m或24m×16m；（2）引下線：間距不大于25m，材料為圓鋼（直徑≥8mm）或扁鋼（截面積≥48mm2）；（3）接地裝置：接地電阻≤30Ω（當(dāng)土壤電阻率高時(shí)可放寬，但需采取等電位連接）；（4）防直擊雷的接地裝置應(yīng)與電氣設(shè)備接地裝置共用；（5）高度超過60m的建筑物，60m及以上部分應(yīng)采取防側(cè)擊雷措施（如外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物與引下線連接）；（6）引下線與其他金屬物體的距離應(yīng)滿足安全距離要求（當(dāng)無屏蔽時(shí)，空氣中距離≥0.05k×Lx，地中距離≥0.03k×Lx，k為分流系數(shù)）。5.分析SPD劣化的主要原因及檢測方法。答案：SPD劣化主要原因：（1）長期承受電網(wǎng)電壓，導(dǎo)致壓敏電阻老化（漏電流增大）；（2）多次通過雷電流或操作過電壓，內(nèi)部元件疲勞損壞；（3）環(huán)境溫度過高或潮濕，加速絕緣材料老化；（4）安裝不規(guī)范（如未接地、線路過長）導(dǎo)致殘壓升高，加劇損傷。檢測方法：（1）外觀檢查：觀察SPD是否有燒毀、變形、裂痕；（2）漏電流測試：使用漏電流測試儀測量，正常漏電流應(yīng)≤1mA（限壓型）；（3）殘壓測試：通過模擬雷電流沖擊（如8/20μs），測量SPD兩端殘壓，應(yīng)≤其電壓保護(hù)水平Up；（4）絕緣電阻測試：斷開電源后，測量SPD兩端絕緣電阻，應(yīng)≥2MΩ；（5）在線監(jiān)測：通過SPD狀態(tài)指示器（如窗口顏色變化）判斷是否失效。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某二類防雷建筑物，屋頂設(shè)置環(huán)形避雷帶，采用φ10圓鋼（截面積78.5mm2），引下線為4根，間距15m，土壤電阻率ρ=500Ω·m，接地體為4根5m長的垂直接地極（L=5m，d=50mm），水平接地體為-40×4扁鋼（截面積160mm2），連接4根垂直接地極形成閉合環(huán)。計(jì)算該接地裝置的沖擊接地電阻（忽略水平接地體的散流作用，垂直接地極沖擊系數(shù)α=0.8）。答案：（1）單根垂直接地極的工頻接地電阻Rg：Rg≈ρ/(2πL)×(ln(8L/d)-1)代入ρ=500Ω·m，L=5m，d=0.05m：ln(8×5/0.05)=ln(800)=6.684Rg≈500/(2×3.14×5)×(6.684-1)=500/(31.4)×5.684≈15.92×5.684≈90.5Ω（2）4根垂直接地極的工頻接地電阻（考慮相互屏蔽，利用系數(shù)η≈0.6）：Rg總=Rg/(n×η)=90.5/(4×0.6)=90.5/2.4≈37.7Ω（3）沖擊接地電阻Ri=α×Rg總=0.8×37.7≈30.2Ω（注：實(shí)際計(jì)算中需考慮水平接地體的散流作用，本題忽略后結(jié)果約為30Ω，符合二類防雷≤10Ω的要求？此處矛盾，因二類防雷接地電阻應(yīng)≤10Ω，說明需增加接地極數(shù)量或采用降阻措施?？赡茴}目中參數(shù)設(shè)置不合理，正確計(jì)算應(yīng)修正為：當(dāng)垂直接地極數(shù)量n=4，L=5m，ρ=500Ω·m時(shí)，單根Rg=ρ/(2πL)(ln(2L/d))=500/(31.4)(ln(10/0.05))=15.92×ln(200)=15.92×5.3≈84.4Ω；n=4時(shí)，η=0.6，Rg總=84.4/(4×0.6)=35.2Ω；Ri=α×Rg總=0.8×35.2=28.2Ω，仍大于10Ω，需增加接地極或使用水平接地體。）2.某信息系統(tǒng)電源線路采用TN-S系統(tǒng)，總配電箱處安裝第一級SPD（In=100kA，Up=2.5kV），分配電箱處安裝第二級SPD（In=40kA，Up=1.8kV），設(shè)備前端安裝第三級SPD（Up=1.0kV）。已知線路長度L1=30m（總配電箱到分配電箱），L2=20m（分配電箱到設(shè)備），導(dǎo)線電感L0=1.2μH/m，計(jì)算設(shè)備端的最大電涌電壓。答案：設(shè)備端電涌電壓由SPD殘壓和線路電感壓降組成：（1）第一級到第二級線路電感壓降ΔU1=L0×L1×di/dt雷電流波形為8/20μs，di/dt=Imax/T1（T1=8μs），假設(shè)第一級SPD通流為100kA，則：ΔU1=1.2μH/m×30m×(100kA/8μs)=36μH×(100×103A/8×10??s)=36×10??H×12.5×10?A/s=450×103V=450kV（顯然不合理，因SPD動(dòng)作后電流被分流，實(shí)際應(yīng)取分配到第二級SPD的電流）。正確計(jì)算應(yīng)考慮SPD的分流比，假設(shè)第一級SPD分流80%，第二級分流20%，則第二級SPD通流為20kA（In=40kA足夠），di/dt=20kA/8μs=2.5×10?A/sΔU1=1.2μH/m×30m×2.5×10?A/s=36×10??H×2.5×10?A/s=90×103V=90kV第二級SPD殘壓Up2=1.8kV，故分配電箱處電壓為Up2+ΔU1=1.8+90=91.8kV（仍過大，說明需考慮線路屏蔽或減小長度）。（2）第二級到第三級線路電感壓降ΔU2=1.2μH/m×20m×(20kA/8μs)=24μH×2.5×10?A/s=60×103V=60kV第三級SPD殘壓Up3=1.0kV，設(shè)備端電壓為Up3+ΔU2=1.0+60=61.0kV（顯然不符合設(shè)備耐沖擊水平，說明需縮短線路長度或增加SPD級間退耦裝置）。（注：實(shí)際工程中，SPD級間需滿足線路長度≥5m（無退耦）或≥10m（有退耦），且電感壓降應(yīng)小于后級SPD的電壓保護(hù)水平與前級殘壓的差值。本題中計(jì)算結(jié)果異常，反映出線路過長需優(yōu)化設(shè)計(jì)。）五、案例分析題（15分）某企業(yè)新建3層辦公大樓（高度12m），屬三類防雷建筑物，設(shè)計(jì)單位提交的防雷設(shè)計(jì)方案如下：-接閃器：屋頂沿女兒墻敷設(shè)φ8圓鋼避雷帶，網(wǎng)格尺寸25m×25m；-引下線：利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)2根φ14主鋼筋（間距20m），未設(shè)置斷接卡；-接地裝置：利用基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)，接地電阻實(shí)測為25Ω；-等電位連接：僅在總配電箱處設(shè)置MEB，未連接衛(wèi)生間金屬管道；-SPD：總配電箱安裝In=40kA（8/20μs）SPD，未安裝其他級SPD。問題：指出設(shè)計(jì)方案中的不合理之處，并提出整改措施。答案：不合理之處及整改措施：1.接閃器：-問題：三類防雷建筑物避雷帶網(wǎng)格尺寸應(yīng)≤20m×20m或24m×16m（GB50057-2010第4.4.1條），設(shè)計(jì)中25m×25m不符合要求；-整改：調(diào)整避雷帶網(wǎng)格尺寸至20m×20m以內(nèi)，或增設(shè)避雷短針補(bǔ)充保護(hù)。2.引下線：-問題：三類防雷引下線間距應(yīng)≤25m（符合要求），但未設(shè)置斷接卡（GB50057-2010第5.3.3條要求每根引下線距地面0.3-1.8m處設(shè)斷接卡或測試點(diǎn)）；-整改：在每根引下線距地面0.5m處設(shè)置斷接卡，便于檢測