建筑物防雷設計規范條文說明
第一章總則
1.0.1有人認為,建筑物安裝防雷裝置后就萬無一失了。從經濟觀點出發,要達到這點是太浪費了。因此,特指出“或減少”,以示不是萬無一失,因為按照本規范設計的防雷裝置的防雷安全度不是100%。
第二章建筑物的防雷分類
2.0.1將工業和民用建筑物合并分類,分為三類。
本規范對第一類防雷建筑物和第二、三類的一部分(如爆炸危險環境、文物)仍沿用以往的做法,不考慮以危險度作為分類的基礎。對于第二、三類中一些難于確定的建筑物則根據危險度這一基礎來劃分。對危險度的分析,見本規范第2.0.3條的說明。
2.0.2第一款,爆炸物質:
炸藥——黑索金、特屈兒、三硝基甲苯、苦味酸、硝銨炸藥等;
火藥——單基無煙火藥、雙基無煙火藥、黑火藥、硝化棉、硝
化甘油等,
起爆藥——雷汞、氮化鉛等;
火工品——引信、雷管、火帽等。
第三款,原規范中有關爆炸火災危險場所的分類名稱按現在新的爆炸火災危險環境的分區名稱修改。其相對應的關系見表2.1。
因為1區跨越Q一1和Q一2兩個級別,因此,1區建筑物可能劃為第一類防雷建筑物,也可能劃為第二類防雷建筑物。其區分在于是否會造成巨大破壞和人身傷亡。例如,易燃液體泵房,當布置在地面上時,其爆炸危險環境一般為2區,則該泵房可劃為第二類防雷建筑物。但當工藝要求布置在地下或半地下時,在易燃液體
的蒸氣與空氣的混合物的比重重于空氣,又無可靠的機械通風設計的情況下,爆炸性混合物就不易擴散,該泵房就要劃為:區爆炸危險環境。如該泵房系大型石油化工聯合企業的原油泵房,當泵房遭雷擊就可能會使工廠停產,造成巨大經濟損失和人員傷亡,因此,這類泵房應劃為第一類防雷建筑物;如該泵房系石油庫的卸油泵房,平時間斷操作,雖因雷電火花可能引發爆炸造成經濟損失和人員傷亡,但相對來說要少得多,則這類泵房可劃為第二類防雷建筑物。
2.0.3第四款,有些爆炸物質,不易因電火花而引起爆炸,但爆炸后破壞力較大,如小型炮彈庫,槍彈庫以及硝化棉脫水和包裝等均屬第二類防雷建筑物。
第五款,見本規范第2.0.2條三款的說明。
第八款,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)減到小于或等于可接受的最大損壞危險度尺值(即R≤Ro)。
本章中對于需作計算年雷擊次數界限的條文采用每年10-5的Ro值。即每年十萬分之一的損壞概率。
基于建筑物年預計雷擊次數(N)和基于防雷裝置或建筑物遭雷擊一次發生損壞的綜合概率(P),對于時間周期T=1年,在NPT<<1的條件下(所有真實情況都滿足這一條件),下面的關系式是適用的:
R=1-exp(-NPt)=NP,即
R=NP(2.1)
P=Pi·Pm十Pf·Pfd(2.2)
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;
Pf——閃電穿過防雷裝置擊到需要保護的建筑物的慨率,也
即防雷裝置截收雷擊失敗的慨率,等于(1一Pi)或
(1一Ei);
Pid——防雷裝置截收雷擊后所選用的各種尺寸和規格保護
失敗而發生損壞的概率;
Pfd——防雷裝置沒有截到雷擊而發生損壞的概率。
一次雷擊后可能同時在不同地點發生n處損壞,每處損壞的分概率為Pk;這些分概率是并聯組成,因此,一次雷擊的總損壞概率為:
Pd=1一叵(l一Pk)(2.3)
分損壞概率包含這樣一些事件,如爆炸、火災、生命觸電、機械性損壞、敏感電子或電氣設備損壞或受到干擾等等。
在確定分損壞概率時,應考慮到同時發生兩類事件,即引發損壞的事件(如金屬熔化、導體熾熱、側向跳擊、不容許的接觸電壓或跨步電壓,等等)和被損壞物體的出現(即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存在)這兩類事件同時發生。
出現引發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,在設計防雷裝置和選用其規格尺寸時是依據閃擊參量的。
在引發事件的地方出現可能被損壞的周圍物體的概率取決于建筑物的特點、存放物和用途。
為簡化起見,假定:
1.在引發事件的地方出現可能被損壞的周圍物體的概率對每一類損壞采用相同的值,用共同概率Pr代替;
2.沒有被截到的雷擊(直擊雷)所引發R的損壞是肯定的,損壞的出現與可能被損壞的周圍物體的出現是同時發生的,因此,Pfd=Pr;
3.被截收到的雷擊引發損壞的總概率只與防雷裝置的尺寸效率Es有關,并假定等于(1-Es)。Es規定為這樣一個綜合概率,即被截收的雷擊在此概率下不應對被保護空間造成損害。Es與用來定接閃器、引下線、接地裝置的廠寸和規格的閃擊參量值有關。
將上述假定代入(2.2)式,即將以下各項代入:Pi用Ei代入,Pf用(1一Ei)代入,Pfd用Pr代入,Pid用Pr(1一Es)代入;此外,引入一個附加系數Wr,它是考慮雷擊后果的一個系數,后果越嚴重,Wr值越大。因此,(2.2)式轉化為:
P=PrWr(1一EiEs)(2.4)
概率Pr應看作是一個系數,它表示建筑物自身保護的程度或表示考慮這樣的真實情況的一個因素,即不是每一個打到需要防雷的建筑物的雷擊和不是每一個使防雷裝置所選用的規格和尺寸失敗的雷擊均造成損壞。Pr值主要取決于建筑物的特點,它的結構、用途、存放物或設備。
η=Ei·Es(2.5)
η或Ei·Es為防雷裝置的效率。
從(2.1)、(2.4)、(2.5)式得:
R=NPrWr(1-η),η=1-R/NPrWr
如果R值采用可接受的最大損壞危險度Ro=10-5,并使
No=Ro/PrWr=10-5/PrWr(2.6)
式中No——建筑物可接受的年允許遭雷擊次數。
因此,防雷裝置所需要的效率應符合下式:
η≥1-Nc/N(2.7)
根據IEC一TC81的有關資料,第三類防雷建筑物所裝設的防雷裝置的有關值見表2.2。
根據驗算和對比(另見本條第九款和本規范第2.0.4條二、三、四款說明),本規范對一般建筑物和公共建筑物所采用的PtWt,值見表2.3。
從表2.2得保護第三類防雷建筑物的防雷裝置的效率η值為0.8。從表2.3查得公共建筑物的No值為1.2·10-2。將這兩個數值代入關系式(2.7),得0.8≥1一(1.2·10-2/N),所以N≤1.2·10-2/0.2=0.006。這表明對這類建筑物如采用第三類防雷建筑物的防雷措施,只對N≤0.06的建筑物保證Ro值不大于10-5。當N>0.06時Ro值達不到(即大于)10-5,因此,當N>0.06時升級采用第二類防雷建筑物的防雷措施。
將部、省級辦公建筑物列入,是考慮其所存放的文件和資料的重要性。人員密集的公共建筑物,如集會、展覽、博覽、體育、商業、影劇院、醫院、學校等建筑物。
第九款,從表2.2得保護第三類防雷建筑物的防雷裝置的了值為0.8。從表2.3查得一般建筑物的No值為6·10-2。將這兩個數值代入關系式(2.7),得出0.8≥1一6·10-2/N,所以N≤6·10-2/0.2=0.3。這表明對這類建筑物如采用第三類防雷建筑物的防雷措施,只對W≤0.3的建筑物保證Ro值不大于10-5。當W<0.3時Ro值達不到(即大于)10-5,因此,當N>0.3時升級采用第二類防雷建筑物的防雷措施。
.2.0.4第二款,當沒有防雷袋置時η=0,從表2.3查得公共建筑物的No=1.2·10-2。將這兩個數值代入關系式(2.7),得0≥1一(1.2·10-2/N),所以V≤0.012。這表明對這類建筑物當N<0.012時可以不設防雷裝置;當V≥0.02時要設防雷裝置。
第三、四款,當沒有防雷裝置時,η=0,從表2.3查得一般建筑物的No=6·10-2。將這兩個數值代入關系式(2.7))得0≥1一6·10-2/N,所以y≤0.06。這表明對這類建筑物當N<0.06時可以不設防雷裝置;當N≥0.06時要設防雷裝置。
下面用長60m、寬13m(即四個單元住宅)的一般建筑物作為例子進行驗算對比。其結果列于表2.4。原規范的建筑物年計算雷擊次數的經驗公式為原規范的(附2.1)式。本規范的建筑物年預計雷擊次數為(附1.1)式。K值均取1。
要精確計及周圍物體對建筑物等效面積的影響,計算起來很繁雜,因此,略去這類影響的精確計算。但在選用一些參數時已適當作了修正。N的計算見本規范附錄一。
第三章建筑物的防雷措施
第一節一般規定
3.1.1本條規定僅對制造、使用和貯存爆炸物質的建筑物和爆炸危險環境采取防雷電感應。其它防雷建筑物可以不防雷電感應。雷電感應可能感應出相當高的電壓而發生火花放電引發事故。
在一般性建筑物內,在不帶電的金屬物上雷電感應所產生的火花放電,由于其能量小、時間極短,通常不會引發火災危險。在220/380V系統的帶電體上的雷電感應,由于采取防雷電波侵入和防反擊的措施,此問題也跟著得到解決。
關于電子元件的過電壓保護分三部分,即220/380V電源部分、信息線路、有電子元件的設備本身。信息線路的過電壓保護應由信息線路設計者解決。設備本身的應由制造廠解決。電源部分又分兩部分,即建筑物的電源進線和接至有電子元件的裝置的電源部分(如插座、分配電箱),本規范僅解決電源進線部分,它與防雷電波侵入和防反擊的措施一起解決。至于在裝登附近的供電是否設過電壓保護器,應根據設備的重要性由信息線路設計者一起解決,或由設備使用者解決或由制造廠提供。此外,設備外殼及其外接金屬管線由于電氣安全或屏蔽需要已作接地,這也大大地減少了雷電感應的危險性。
本規范現仍采用原來規定的防雷方法,即防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入。國際電工委員會1990年版IECI024一1:1990標準建筑物防雷第一部分通則(以下簡稱IECI024一1)的內容也包括了這些方面的要求,不過叫法不同。有些國家和上述IEC的防
雷標準將防雷分為外部防雷和內部防雷。所謂外部防雷就是防直擊雷(不包括防止防雷裝置受到直接雷擊時向其它物體的反擊),內部防雷包括防雷電感應、防反擊以及防雷電波侵入和防生命危險。本規范的防直擊雷包含防反擊的內容。
3.1.2為說明等電位的作用和一般的做法,下面摘譯IECI024一1的~些有關規定:
3.內部防雷裝置
3.1等電位連接
3.1.1通則
為減小在需要防雷的空間內發生火災、爆炸、生命危險,等電位是一很重要的措施。
等電位是用連接導線或過電壓保護器將處在需要防雷的空間內的防雷裝置、建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來的導體物、電氣和電訊裝置等連接起來。
當需要防雷的空間設有防雷裝置時,處于該空間之外的金屬構架可能受到雷電效應。在設計這樣的防雷裝置時應顧及這種效應。對處于該空間之外的金屬構架可能也需要作等電位連接。
當不設防雷裝置但需要防從外來管線引來的雷電效應時,也應作等電位連接。
3.1.2金屬裝置的等電位連接
應在以下地點做等電位連接:
(A)在地下室或在靠近地平面處。連接導線應連到連接板(連接母線)上,連接板的構成和安裝要易于接近檢查。連接板應與接地裝置連接。對于大型建筑物,如果連接板之間有連接,可裝設多塊連接板;
(B)高度超過20m的建筑物,在地面以上垂直每隔不大干20m處;連接板應與連接各引下線的水平環形導體連接(見2.2.3款);
(C)在那些滿足不了安全距離的地方(見3.2節)。
對有電氣貫通鋼筋網的鋼筋混凝上建筑物、鋼構架建筑物、有等效屏蔽作用的建筑物,建筑物內的金屬裝置通常不需要上述(B)款和(C)款的等電位連接。
……
3.1.3外來導體的等電位連接
應盡可能在靠近進戶點處對外來導體作等電位連接?!?
3.1.5在通常情況下電氣和通信裝置的等電位連接
電氣和通信裝置應按3.1.2款的要求作等電位連接。應盡量在靠近進戶點處作等電位連接。
如果導體有屏蔽層或穿于金屬管內,當這類屏蔽物上的電阻壓降所形成的電位差不危及電纜和所連接的設備時,通常只將這類屏蔽物作等電位連接就足夠了。
線路的所有導體應作直接或非直接連接。相線應僅通過過電壓保護器連到防雷裝置上。在TN系統中,PE或PEN線應直接連到防雷裝置上。
……
3.3防生命危險
在需要防雷的空間內防發生生命危險的最重要措施是采用等電位連接。
第二節第一類防雷建筑物的防雷措施
3.2.1第一款,在原規定的基礎上,與獨立避雷針、架空避雷線并列,補充采用架空避雷網。
第二款,壓力單位用Pa及kPa,它們是法定汁量單位。標準大氣壓力為非法定計量單位,一旦有關國際學術組織宣布廢除時,我國也將隨著停止使用。因此,表3.2.1中的壓力單位采用kPa。一個標準大氣壓=1.01325×l05pa=1.01325×102kpa。
“接閃器與雷閃的接觸點應設在上述空間之外”,接觸點處于該空間的正上方之外也屬于“在上述空間之外”。
第五款,為防止雷擊電流流過防雷裝置時所產生的高電位對被保護的建筑物或與其有聯系的金屬物發生反擊,應使防雷裝置與這些物體之間保持一定的安全距離。
防雷裝置地上高度hx處的電位為:
U=Ur十Ul=IRi十Lo·Hx·Di/Dt
(3.1)
由于沒有更合理的方法,與原規范相同,安全距離仍按電阻電壓降和電感電壓降相應求出的距離相加而得。因此,相應的安全距離為:
Sol=IRi/Er十[Lo·Hx·(Di/Dt)]/lE(3.2)
式中Ur——雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電阻電壓降
(kV);
Ul——雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感電壓降
(kV);
Rj——接地裝置的沖擊接地電阻(Ω);
Di/Dt——雷電流陡度(kA/μs);
I——雷電流幅值(kA);
Lo一一引下線的單位長度電感(μH/m),取其等于500KV
/m;
Er一—電阻電壓降的空氣擊穿強度(kV/m),取其等于
500kv/m;
El一—電感電壓降的空氣擊穿強度(kv/m)。
參考IEC一TC81的有關文件,本規范各類防雷建筑物所采用的雷電流參量示于表3.1和表3.2。
根據對雷電所測量的參數得知,雷電電流最大幅值出現第一次正極性或負極性雷擊,雷電流最大陡度出現于第一次雷擊以后的負雷擊。正極性雷擊通常僅出現一次,無重復雷擊。
.1EC一TC81的有關文件提出電感電壓降的空氣擊穿強度為El=600(1+1/t1)(kv/m)。因此,根據表3.1,當T1=10μs時E1=600(1+1/10)=660kv/m;根據表3·2,當T1=0·25μs時E1=600(1十1/0.25)=3000KV/m。
以表3.1的有關參量和上述有關數值代入(3.2)式,其中Di/Dt=1/T1=200/10=20kA/μs,得·Sat=200Ri/500+1.5·Hx·20/660=0.4Ri十0.0455Hx,考慮計算簡化,取作Sat≥0.4Ri十0.04hx。因此,
Sat≥0.4(Ri十0.1hx)(3.3)
上式即規范(3.2.1一1)式。
同理,改用表3.2及其它有關數值代入(3.2)式,其中Di/Dt=I/T1=50/0.25=200KA/μs,得
Sat=50Ri/500+1.5·Hx·200/3000=0.1RI+0.1Hx。因此,
Sat≥0.1(Ri十Hx)(3.4)
上式即規范(3.2.1一2)式。
(3.3)式和(3.4)式相等的條件為0.4Ri十0.04hx=0.1Ri十0.1hx,即Hx=5Ri。因此,當Hx<5Ri時,(3.3)式的計算值大于(3.4)式的計算值;當Hx>5Ri時,(3.4)式的計算值大于(3.3)式的計算值;當Hx=5Ri時,兩值相等。
根據《雷電》一書下卷第87頁(1983年,李文恩等譯,水利電力出版社出版,該書譯自英文版《Lightning》第2卷,R.H.Golde主編,1977年版)土壤的沖擊擊穿場強為200~1000kv/m,其平均值為600kV/m,取與空氣擊穿強度一樣的數值,即500kV/m。根據表3·1,對第一類防雷建筑物取I=200kA。因此,地中的安全距離為
Sel≥IRi/500=200Ri/500=0.4RI,即
S≥0.4RI(3.5)
上式即規范(3.2.1一3)式。
根據計算,在避雷線立桿高度為20m,避雷線長度為50~150m,沖擊接地電阻為3~10Ω的條件下,當避雷線立桿頂點受雷擊時,流過一根立桿的雷電流為全部雷電流的63%~90%,照理Sal和sel可相應減小,但計算很繁雜,為了簡化計算,故本規范規定Sal和sel仍按照獨立避雷針的方法進行計算。
第六款,按雷擊于避雷線檔距中央考慮Sa2,由于兩端分流,對于任一端可近似地將雷電流幅值和陡度減半計算。因此,避雷線中央的電位為:U=Ur+Ul1+U1.2。由此得
Sa2=Ur/Er+Ul1+U1.2/El,所以
Sa2=I/2·Ri/Er+(Lo1·H+Lo2·L/2)Di/Dt/2/Ei(3.6)
式中I、UR、Di/Dt、Er、Ei——意義及所取的數值同本文第五款的
說明;
Ul1——雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感壓降(kV);
UL2——雷電流流過防雷裝置時在避雷線上的電感壓降(kV);
Lo1——垂直敷設的引下線的單位長度電感(μH/m)。按引下
線直徑8mm、高20m時的平均值Lo1=1.69μH/m計
算;
Lo2——水平避雷線的單位長度電感(μH/m)。按避雷線截面35mm2,高20m時的Lo2=1.93μH/m計算。
與本條第五款說明類同,以表3.1和上述有關的數值代入(3.6)式,得
Sa2=100Ri/500十(1.69h+1.93l/2)10/660
=0.2Ri+(0.0256h+0.0292l/2)
=0.2Ri+0.03(H+l/2),因此
Sa2≥0.2Ri+0.03(H+l/2)(3.7)
上式即規范(3.2.1一4)式。
再以表3.2和上述有關的數值代入(3.6)式,得
Sa2=0.05RI+(0.0563h+0.0643l/2)
=0.0RI+0.06(h+l/2),
因此
Sa2≥0.05Ri十0.06(h+l/2)(3.8)
上式即規范(3.2.1一5)式。
以(3.7)式等于(3.8)式,得
0.2Ri十0.03(H+L/2)=0.05Ri十0.06(H十L/2),所以(H+L/2)=5Ri。其余的道理類同于本條第五款。
第七款,將(3.7)式和(3.8)式中的系數以兩支路并聯還原,即乘以2,并以L1代L/2,再除以有同一距離L1的個數,則得出規范(3.2.1一6)式和(3.2.1一7)式。
架空避雷網的一個例子見圖3.1。
第八款,在一般情況下規定接地電阻不宜大于10Ω是適宜的,但在高土壤電阻率地區,要求低于10Ω可能給施工帶來很大的困難。故本款規定為,在滿足安全距離的前提下,允許提高接地電阻值。此時,雖然支柱距建筑物遠一點,接閃器的高度亦相應增加,但可以給施工帶來很大方便,而仍保證安全。在高土壤電阻率地區,這是一個因地制宜而定的數值,它應綜合接閃器增加的安裝費用和可能做到的電阻值來考慮,不宜作硬性的規定。
3.2.2第一款,被保護建筑物內的金屬物接地,是防雷電感應的主要措施。本款還規定了不同類型屋面的處理。無疑,金屬屋面或鋼筋混凝上屋面內的鋼筋進行接地,有良好的防雷電感應和一定的屏蔽作用。對于鋼筋混凝土預制構件組成的屋面,要求其鋼筋接地有時會遇到困難,但希望施工時密切配合,以達到接地要求。
第二款,本款規定距離小于10Omm的平行長金屬物,每隔不大于30m互相連接一次是考慮到電磁感應所造成的電位差只能將幾厘米的空隙擊穿(計算結果如下)。當管道間距超過100mm時,就不會發生危險。交叉管道亦作同樣處理。
兩根間距300mm的平行管道,與引下線平行敷設,距引下線3m并與其處于一個平面上。如果將引下線視作無限長,這時在管道環路內的感應電壓u(kv)為U=M·L·Di/Dt,它可能擊穿的氣隙距離d為:
d=U/El=M·L·Di/Dt/El(3.9)
式中L——平行管道成環路的長度(m),取30m計算;
Di/Dt——流經引下線的雷電流的陡度(kA/μs),根據表3.
2的參量取200kA/μs計算;
M——1m長兩根間距300mm平行管道環路與引下線之間的
互感(μH/m),經計算得M=0.0191μH/m:
EL一—電感電壓的空氣擊穿強度(kV/m),與本規范第3.2.1條第五款說明相同,取3000kV/m計算。
將上述有關數值代入(3.9)式得
D=0.0191×30×200/3000=0.038M
即使在管道間距大到300mm的情況下,所感應的電壓僅可能擊穿0.038m的氣隙。若間距減到100mm,所感應的電壓就更小了(由于M值減?。?。
連接處過渡電阻不大于0.03Ω時,以及對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤可不跨接的規定,是參考國外資料和國內的實踐經驗確定的。天津某單位安技科做過測試,一些記錄如表3.3,這些實測值是在三處罐站測出的。
第三款,由于已設有獨立避雷針(線或網),因此,流過防雷電感應接地裝置的只是數值很小的感應電流。在金屬物已普遍接地的情況下,電位分布均勻。因此,本款規定為工頻接地電阻不大于10Ω。在共用接地裝置的場合下,接地電阻只要滿足各自要求的阻值就可以,不要求達到更低的接地電阻。
3.2.3第一款,為了防止雷擊線路時高電位侵入建筑物造成危險,低壓線路宜采用電纜埋地引入,不得將架空線路直接引入屋內;當難于全長采用電纜時,允許從架空線上換接一段有金屬鎧裝的電纜或護套電纜穿鋼管埋地引入。這時,需要強調的是,電纜首端必須裝設避雷器并與絕緣子鐵腳、金具、電纜外皮等共同接地,入戶端電纜外皮、鋼管必須接到防雷電感應接地裝置上,電纜段才能起到應有的保護作用。
當雷電波到達電纜首端時,避雷器被擊穿,電纜外導體與芯接通。一部分雷電流經首端接地電阻入地,一部分雷電流流經電纜。由于雷電流屬于高頻(通常為數千赫茲),產生集膚效應,流經電纜的電流被排擠到外導體上去。此外,流經外導體的雷電流在芯線中產生感應反電勢,從理論上分析在沒有集膚效應下將使流經芯線的電流趨向于零。
本款規定埋地電纜長度不小于2/P(m)是考慮電纜金屬外皮、銷裝、鋼管等起散流接地體的作用。接地體在沖擊電流下,其有效長度為2/P(m)。關于采用2/P的理由參見本規范第4.3.4條的說明。
此外,又限制埋地電纜長度不應小于15m。這是考慮架空線距爆炸危險環境至少為桿高的1.5倍,設桿高一般為10m,1.5倍就是15m。
當土壤電阻率過高,電纜埋地長度過長時,可采用換土措施,使P值降低,來縮短埋地電纜的長度。
3.2.4正如規范第3.2.1條所述。第一類防雷建筑物的防直擊雷措施,首先應采用獨立避雷針或架空避雷線(網)。本條只適用于特殊情況,即由于建筑物太高或其它原因,不能裝設獨立避雷針或架空避雷線網時,才允許采用附設于建筑物上的防雷裝置進行保護。
第二款,從法拉弟籠的觀點看,網格尺寸和引下線間距越小,對雷電感應的屏蔽越好,局部區域電位分布較均勻。
雷電流通過引下線入地,當引下線數量較多且間距較小時,雷電流在局部區域分布也就較均勻,引下線上電壓降減小,反擊危險也相應減小。
對引下線間距,本規范向IECI024一1防雷標準靠攏。如果完全采用該標準,則本規范的第一類、第二類、第三類防雷建筑物的引下線問距相應應為10、15、25m。但考慮到我國工業建筑物的柱距,一般均為6m,因此,按6m的倍數考慮,故本規范對引下線間距相應定為12、18、25m。
第四款,對于較高的建筑物,引下線很長,雷電流的電感壓降將達到很大的數值,需要在每隔不大子12m的高度處,用均壓環將各條引下線在同一高度連接起來,并接到同一高度的屋內金屬物體上,以減小其間的電位差,避免發生反擊。
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距離。
第五款,關于共同接地:由于防雷裝置直接裝在建、構筑物上,要保持防雷裝置與各種金屬物體之間的安全距離已成為不可能。此時,只能將屋內各種金屬物體及進出建筑物的各種金屬管線,進行嚴格的接地,而且所有接地裝置都必須共用,并進行多處連接,使防雷裝置和鄰近的金屬物體電位相等或降低其間的電位差,以防反擊危險。
一般說來,接地電阻越低,防雷得到的改善越多。但是,不能由于要達到某一很低的接地電阻而花費過大。出現反擊危險可以從基本計算公式U=1R+LDi/Dt來評價,1R項對于建筑物內某一小范圍中互相連接在一起的金屬物(包括防雷裝置)說來都是一樣的,它們之間的電位差與防雷裝置的接地電阻無關。此外,考慮到已采取嚴格的各種金屬物與防雷裝置之間的連接和均壓措施,故不必要求很低的接地電阻。
從防雷觀點出發,較好是設共用接地裝置,它適合供所有接地之用(例如防雷、低壓電力系統、電訊系統)。
第六款,為了將雷電流流散人大地而不會產生危險的過電壓,接地裝置的布置和尺寸比接地電阻的特定值更重要。然而,通常建議有低的接地電阻。
本款的規定完全采用IECI024一1防雷標準2.3.3.2的規定(接地體的B型布置)。
圖3.2系根據該標準的圖2換成本規范的防雷建筑物類別的圖。該標準對接地體B型布置的規定是:對于環形接地體(或基礎接地體),其所包圍的面積的平均幾何半徑r應不小于L1,即r≥L1,L1示于圖2(相當于本說明的圖3.2);當L1大于R時,則必須增加附加的水平放射形或垂直(或斜形)導體,其長度L1(水平)為L1=L1一r或其長度Lv(垂直)為Lv=L1-r/2。
環形接地體(或基礎接地體),其所包圍的面積A的平均幾何半徑r為:πr2=A,所以r=/A/π。根據圖3·2,對于第一類防雷建筑物,當P<500Ω·m時L1為5m,因此,導出本款第1項的規定;當p=500~3000Ω·m時,L1與p的關系是一根斜線,從該斜線上找出方便的任兩點的坐標,則可求出1i與P的關系式為L1=11P-3600/380,所以,導出本款第2項的規定。`
由于接地體通??拷鼔?、基礎敷設,所以補加的水平接地體一般都是從引下線與環形接地體的連接點向外延伸,可為一根,也可為多根。
由于本條采用了若干等電位措施,本款的接地電阻值不是起主要作用,因此,沒有提出接地電阻值的具體要求。
本款所要求的環形接地體的工頻接地電阻R,在其半徑r等于L1的場合下,當P=500~3000Ω·m時,大約處于33~13Ω;當P<500Ω·m時,R=0.067p(Ω)。
環形接地體的工頻接地電阻的計算式為R=2p/3d(Ω),d=1.13/A(m)。式中P為土壤電阻率(Ω·m),A為環形接地體所包圍的面積(m2)。當P=500Ω·m、d=10m時,R=2×500/3×10=33Ω。當P=3000Ω·m,d=2(11p-3600/380)時,R=2×3000×380/3×2(11×3000-3600)=3000×380/3×29400=12.9=13Ω
第七款,對第一類防雷建筑物,由于滾球半徑Hr規定為30m(見本規范的表5.2.1),所以,30m以上要考慮防側擊,本款第1項的“每隔不大于6ni”是從本條規定屋頂接閃器采用避雷網時其網格尺寸不大于5m×5m或6m×4m考慮的。由于側擊的概率和雷電流較小,網格的橫向距離不采用4m,而按引下線的位置(其距離不大于12m)考慮。
第八款,考慮到雷閃直接擊于本建筑物的防雷裝置時,共用接地裝置的電位將升高,可能擊穿低壓裝置或用電設備的絕緣,并參考IECI024一1防雷標準第3.1.5款(見本規范第3.1.2條說明),本款補充規定:“在電源引入的總配電箱處宜裝設過電壓保護器”。
根據IEC標準,室內低壓裝置的耐沖擊電壓最高僅為6kV。由于本條是將防雷裝置直接安裝在建筑物上和采有共用接地裝置,所以,當防雷裝置遭直接雷擊時,假設流經靠近低壓電氣裝置處接地裝置的雷電流為20kA,以及接地裝置的沖擊接地電阻甚至低至1Ω,這時,在接地裝置上電位升高為20kV。也就是說,低壓電氣裝置接了地的金屬外殼的電位比帶電體(相導體)也約高20kV。它比前述的6kV耐壓高得多。如果在相導體與地之間不裝過電壓保護器,則在這種情況下,在低壓電氣裝置絕緣較弱處可能被擊穿而造成短路、發生火花、損壞設備,這是有危險的。若短路電流?。撮L期有較大的漏電流,但又不能使保護設備及時動作切斷線路),時間一長則可能引起外殼升溫而發生故或火災。
3.2.5根據原《建筑防雷設計規范》編寫組調查的幾個例子,雷擊樹木引起的反擊,其距離均未超過2m,例如,重慶某結核病醫院、南寧某礦山機械廠、廣東花縣某學校及海南島某中學等由于雷擊樹木而產生的反擊均未超過2m??紤]安全系數后,現規定凈距不應小于5m。