1、第二章第二章 接闪器保护原理接闪器保护原理与建筑物外部防雷与建筑物外部防雷 南京信息工程大学南京信息工程大学 大气物理学院大气物理学院 肖稳安肖稳安Tel：13605180353 E-mail： 17511751年富兰克林出版了著作年富兰克林出版了著作电的实验与电的实验与观察观察，指出：，指出：“关于尖端的功能的知识，可关于尖端的功能的知识，可以为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪以为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定电袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定一支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导一支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导线挂在建筑物外
2、通到地下，对于船则是通到水线挂在建筑物外通到地下，对于船则是通到水中中” 。该书出版后，在欧洲大陆迅速流传，产。该书出版后，在欧洲大陆迅速流传，产生很大影响，不少人照他的见解进行实验。生很大影响，不少人照他的见解进行实验。 我国建筑物防雷规范我国建筑物防雷规范GB5005794GB5005794规定建筑规定建筑物外部防雷主要方法是在建筑物顶部安装接闪器物外部防雷主要方法是在建筑物顶部安装接闪器（避雷针、线、带、网），通过引下线与埋在地（避雷针、线、带、网），通过引下线与埋在地下的接地体连接，将雷电流泄流入地，避免被保下的接地体连接，将雷电流泄流入地，避免被保护物体遭受雷击，从而达到保护的目的；
3、除此而护物体遭受雷击，从而达到保护的目的；除此而外，还可用等电位连接来均衡电压、合理布设引外，还可用等电位连接来均衡电压、合理布设引导雷电流等方法。导雷电流等方法。 第一节第一节 接闪器接闪器 避雷针防雷，亦称富兰克林法，一种最古老、最传统避雷针防雷，亦称富兰克林法，一种最古老、最传统的防雷方法。这种避雷装置包括安装在建筑物最高点（也的防雷方法。这种避雷装置包括安装在建筑物最高点（也可以独立设置）的接闪器（即金属杆避雷针）、引下线及可以独立设置）的接闪器（即金属杆避雷针）、引下线及接地装置。接地装置。 中国大百科全书中国大百科全书定义避雷针定义避雷针 ：“将雷电引向自身将雷电引向自身并泄入大地
4、使被保护物免遭直接雷击的针形防雷装置并泄入大地使被保护物免遭直接雷击的针形防雷装置”。避雷针实际上是避雷针实际上是“雷电拦截雷电拦截” ” 。 IECIEC定义：装在建筑物上，将雷电流释放到大地中去的定义：装在建筑物上，将雷电流释放到大地中去的金属棒或金属条。金属棒或金属条。 在在GB5005794GB5005794中说明：避雷针、避雷带中说明：避雷针、避雷带( (线线) )、避雷、避雷网是直接接受雷击的，统称为接闪器。网是直接接受雷击的，统称为接闪器。第二节第二节 避雷针的防雷保护避雷针的防雷保护一一. . 避雷针接闪避雷针接闪 避雷针的针状是直接承受雷电的部分，当带电的雷云出现在地避雷针的
5、针状是直接承受雷电的部分，当带电的雷云出现在地面上空时，由于静电感应作用，大地及避雷针上将出现与雷云电荷面上空时，由于静电感应作用，大地及避雷针上将出现与雷云电荷极性相反的电荷。先导向下的发展是极性相反的电荷。先导向下的发展是随机取向的，当阶梯式先导向下发展随机取向的，当阶梯式先导向下发展到邻近地面，在接闪器的顶端处电到邻近地面，在接闪器的顶端处电场场将发生畸变，出现局部集中的高电场将发生畸变，出现局部集中的高电场区，如图中曲线示出的等电位线。接区，如图中曲线示出的等电位线。接闪器的顶端处的电场强度明显高于其闪器的顶端处的电场强度明显高于其它地方，这就为先导向接闪器发展创它地方，这就为先导向接
6、闪器发展创造了十分有利的件，容易地将先导吸造了十分有利的件，容易地将先导吸引到接闪器上，使雷击点出现在接闪引到接闪器上，使雷击点出现在接闪器的顶端，而不致出现在其下面的被器的顶端，而不致出现在其下面的被保护物体上。保护物体上。避雷针接闪器顶端处的电场畸变避雷针接闪器顶端处的电场畸变 雷击点处热量雷击点处热量 现代建筑、高层、金属结构，兼作防雷装置，引导现代建筑、高层、金属结构，兼作防雷装置，引导雷电流。雷电流。雷电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷击金雷电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷击金属物时，属物时，雷电放电通道直接与金属物接触，在雷击点产生的热量雷电放电通道直接与金属物接
7、触，在雷击点产生的热量可通过在可通过在雷电流持续时间内的积分来计算，即雷电流持续时间内的积分来计算，即idtUWAR式中式中 W W 热量，热量，J J； U UARAR金属物体上雷击点处电弧压降，其经验值取为金属物体上雷击点处电弧压降，其经验值取为202030V30V； ii从雷击点注入金属物体的雷电流，从雷击点注入金属物体的雷电流，A A。 二二. 避雷针做接闪器的要求避雷针做接闪器的要求 雷击点处的温度升高雷击点处的温度升高 由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的温温度升高度升高以及雷电流通过金属物体所产生的以及雷电流通过金属物体所产生的温度
8、升高温度升高时，时，均可忽略散热的影响，于是温均可忽略散热的影响，于是温升升可表示为：可表示为：式中式中TT温升，温升，； m m 金属物体质量，；金属物体质量，； 比热，比热，J/J/）。）。 mwT 雷击点的热量与避雷针接闪器最小直径要求：雷击点的热量与避雷针接闪器最小直径要求： 当温升值过高时，就会造成金属的熔化，用避雷当温升值过高时，就会造成金属的熔化，用避雷针做接闪器，不能被熔化毁坏。由试验和理论计算，针做接闪器，不能被熔化毁坏。由试验和理论计算，可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属的熔化体可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属的熔化体积当量为：积当量为： 铝：铝：12mm12mm
9、3 3/c/c； 铜：铜：5.4mm5.4mm3 3/c/c； 钢：钢：4.4mm4.4mm3 3/c/c。 避雷针接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，为了避雷针接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，为了保证足够的雷电流通流量，其直径应不小于下表给出保证足够的雷电流通流量，其直径应不小于下表给出的数值。接闪器顶端的针尖应做成圆锥状，具有较大的数值。接闪器顶端的针尖应做成圆锥状，具有较大的尖度，且应光滑。的尖度，且应光滑。避雷针接闪器最小直径避雷针接闪器最小直径针针 型型直径直径圆钢圆钢(mm(mm）钢管钢管(mm(mm）针长针长1m1m以下以下12122020针长针长12m12m16162525烟囱顶上
10、的针烟囱顶上的针20204040进入建筑物的各种设施的雷电流分配进入建筑物的各种设施的雷电流分配 金属屋顶或金属罐体做接闪器时的厚度要求：金属屋顶或金属罐体做接闪器时的厚度要求： 金属的熔化深度：金属的熔化深度： 雷击点加热面积的直径取雷击点加热面积的直径取5050 100mm100mm，相应的面积为，相应的面积为19631963 7854mm7854mm2 2。若已知电荷。若已知电荷Q Q值，可估算金属的熔化深度。值，可估算金属的熔化深度。 按正闪击的全部电荷的平均值（按正闪击的全部电荷的平均值（50%50%的概率）为的概率）为80C80C负闪击的负闪击的相应值仅为相应值仅为8C8C），则熔
11、化深度：），则熔化深度： 铁：铁： 0.0450.179mm0.0450.179mm； 铜：铜： 0.0550.22mm 0.0550.22mm ； 铝：铝： 0.1220.489mm 0.1220.489mm ； 已证实，铁板遭雷击时其与雷击通道接触处由于熔化而烧穿已证实，铁板遭雷击时其与雷击通道接触处由于熔化而烧穿仅当其厚度小于仅当其厚度小于4mm4mm时才可能。时才可能。 在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自身存在着电阻，雷电流流过它们时也会产生热身存在着电阻，雷电流流过它
12、们时也会产生热量，这种热量可表示为量，这种热量可表示为dtiRW2式中式中 R金属导体电阻，金属导体电阻， ； i雷电流，雷电流，A。 从上式还可以看出，严重的热效应还会出从上式还可以看出，严重的热效应还会出现在雷电流通路上有较高电阻的地方，特别是现在雷电流通路上有较高电阻的地方，特别是那些引流导体之间的接触不良处，在这些地方那些引流导体之间的接触不良处，在这些地方常可能产生很高的温升，使金属熔化，甚至出常可能产生很高的温升，使金属熔化，甚至出现熔体飞溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储现熔体飞溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储易燃易爆物品的建筑物来说，是极具危害性的。易燃易爆物品的建筑物来说，是极
13、具危害性的。避雷针的形状示意避雷针的形状示意 避雷针保护的疑问？避雷针保护的疑问？ 中国某油库采用有十余根避雷针联合保护油罐区，结中国某油库采用有十余根避雷针联合保护油罐区，结果因雷击而引起爆炸；果因雷击而引起爆炸； 广东某变电站内装有广东某变电站内装有5 5根避雷针联合保护，仍遭受雷根避雷针联合保护，仍遭受雷击；击； 莫斯科莫斯科537m高的电视塔，雷曾绕击塔顶下高的电视塔，雷曾绕击塔顶下200m和和300m的塔身，甚至打到离塔水平的塔身，甚至打到离塔水平150m的地面。据报道，的地面。据报道，其附近其附近1.5km内雷击率比莫斯科市平均雷击率高内雷击率比莫斯科市平均雷击率高2.54倍。倍。
14、其周围不可能起到保护作用，相反起到了负作用。其周围不可能起到保护作用，相反起到了负作用。 这表明避雷针没有保护到其下面部分，这就一根垂直这表明避雷针没有保护到其下面部分，这就一根垂直避雷针保护范围有十分清楚的了解。避雷针保护范围有十分清楚的了解。三三. .滚球法的滚球法的保护范围保护范围 我国我国GBJ5783GBJ5783标准，使用了标准，使用了3030、4545、6060的的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范围圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆盖的保护范围就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑物就越大。事实上却不是这样，许多高耸的铁塔或建筑物上的避雷针不但无法按圆锥体
15、实现保护，往往自身的中上的避雷针不但无法按圆锥体实现保护，往往自身的中部和下部遭遇雷击。在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架设部和下部遭遇雷击。在巴黎的爱菲尔铁塔的中部还架设了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔了向外水平伸出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔顶部避雷针的顶部避雷针的“绕击雷绕击雷”。 从从8080年代起，经过讨论和研究，世界上大多数国家年代起，经过讨论和研究，世界上大多数国家均已采用滚球法计算避雷针的保护范围。均已采用滚球法计算避雷针的保护范围。 避雷针对其周围物体的保护范围，常以避雷针对其周围物体的保护范围，常以它们可能防护直接雷击的空间区域来表示，它们可能防护直接雷击的
16、空间区域来表示，在此空间区域内被保护物体遭受直接雷击的在此空间区域内被保护物体遭受直接雷击的概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于概率非常小。确定接闪器的保护范围，对于经济可靠地进行建筑物的防雷设计至关重要。经济可靠地进行建筑物的防雷设计至关重要。 （1）滚球法的原理）滚球法的原理 在雷云对地放电过程中，下行先导在到达由雷击在雷云对地放电过程中，下行先导在到达由雷击距所限界定的定向高度范围之前，其发展路径是随机距所限界定的定向高度范围之前，其发展路径是随机的，直到下行先导头部达到地面上某物体可被雷击的的，直到下行先导头部达到地面上某物体可被雷击的范围时，他才会定向的击向范围时，他才会定向的击向
17、该物体，如图该物体，如图2.12.1， 当先导当先导头部进入建筑物顶上避雷针头部进入建筑物顶上避雷针的雷击范围时，它就定向地的雷击范围时，它就定向地向避雷针顶端发展，这样避向避雷针顶端发展，这样避雷针的顶端即为雷击点。从雷针的顶端即为雷击点。从下行先导头部达到地面上被下行先导头部达到地面上被击物体的距离就称为击物体的距离就称为雷击距。雷击距。图图2.1 雷击距范围（雷击距范围（雷击距）雷击距） 从雷云对地放电过程来看，下行先导在到达由雷击从雷云对地放电过程来看，下行先导在到达由雷击距所界定的定向范围之前，其发展路径是随机的，这就距所界定的定向范围之前，其发展路径是随机的，这就意味着滚球可能会从
18、各个方向随机下落去接触地面和建意味着滚球可能会从各个方向随机下落去接触地面和建筑物。因此，为了确定建筑物上各个可能的雷击点，需筑物。因此，为了确定建筑物上各个可能的雷击点，需要从其上空沿各个方向反复多次地抛投滚球，统计出大要从其上空沿各个方向反复多次地抛投滚球，统计出大量被滚球接触过的点，这一做法可以等值地转变为将滚量被滚球接触过的点，这一做法可以等值地转变为将滚球沿建筑物屋面连续地滚越建筑物的整体。滚球所能接球沿建筑物屋面连续地滚越建筑物的整体。滚球所能接触到的屋面就是建筑物上可能遭受雷击的区域；滚球不触到的屋面就是建筑物上可能遭受雷击的区域；滚球不能接触到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器
19、能够保能接触到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器能够保护的区域，这一区域称为保护区，如下页图中护的区域，这一区域称为保护区，如下页图中弧弧ACAC和和DEDE以下的空间区域就是保护区。以下的空间区域就是保护区。 图图2.2 滚球法在建筑物面上的连续滚球法在建筑物面上的连续 滚动确定雷击点和保护范围滚动确定雷击点和保护范围 以这种雷击过程为基础，根据下行先以这种雷击过程为基础，根据下行先导发展的随机性和定向性来确定建筑物上导发展的随机性和定向性来确定建筑物上以及地面上可能出现的雷击点，这就是滚以及地面上可能出现的雷击点，这就是滚球法的基本思想。球法的基本思想。 在运用滚球法确定雷击点时，应先选定
20、一个对应于一在运用滚球法确定雷击点时，应先选定一个对应于一定雷电流幅值的定雷电流幅值的滚球半径滚球半径dsds，然后将半径为，然后将半径为dsds的滚球从天的滚球从天空随机地抛向地面建筑物，滚球与地面和建筑物屋面接闪空随机地抛向地面建筑物，滚球与地面和建筑物屋面接闪器相接触的点，器相接触的点，即为可能的雷击点，如图即为可能的雷击点，如图2.32.3中所示的中所示的 A点点和和C点，点，图图2.3 2.3 用滚球法确定雷击点用滚球法确定雷击点 滚球半径滚球半径dsds，它是基于以下的雷闪数学模型，它是基于以下的雷闪数学模型( (电气电气- -几何模型几何模型) )： 6.8230 1IrdIe0
21、.6510rdI或简化为：或简化为： 式中式中 d dr r 为滚球半径，为滚球半径， I I为与为与d dr r相对应的得到保护的最小雷电流幅值相对应的得到保护的最小雷电流幅值(kA)(kA)。 在电气在电气几何模型中，雷闪先导的发展起初是不确几何模型中，雷闪先导的发展起初是不确定的，直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间定的，直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到地面影响而开始定向。地面影响而开始定向。 与与d dr r相对应的雷电流按上式整理后为：相对应的雷电流按上式整理后为： 在建筑
22、物的防雷设计中，滚球半径的选择应采用建筑在建筑物的防雷设计中，滚球半径的选择应采用建筑防雷设计规范推荐的数值，防雷设计规范推荐的数值，计算得到第一类防雷建筑物计算得到第一类防雷建筑物I=5.4kA，二类为，二类为I=10.1kA，三类为，三类为I=15.8kA。1.54r10dI 滚球半径的大小取决于回击时雷电流幅值的大小，由于雷电流幅值滚球半径的大小取决于回击时雷电流幅值的大小，由于雷电流幅值是个随机量，则雷电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。是个随机量，则雷电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。 对于强雷来说，其雷电流幅值大，相应的滚球半径就大，保护区就对于强雷来说，其雷电流幅值大，相应的滚
23、球半径就大，保护区就较大；对于弱雷来讲，其雷电流幅值小。例如图较大；对于弱雷来讲，其雷电流幅值小。例如图2.42.4，当滚球半径由，当滚球半径由dsds2 2减小到减小到dsds1 1时，保护区将缩小，原先受到保护的时，保护区将缩小，原先受到保护的B B点将会与减小半径后的点将会与减小半径后的滚球相接触，从而由被保护点转变为雷击点。应用滚球法可以确定建筑滚球相接触，从而由被保护点转变为雷击点。应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面物的空间受雷曲面。图图2.4 2.4 保护区随滚球半径的变化保护区随滚球半径的变化 如图如图2.52.5表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸表示在给定雷电
24、流幅值所对应半径的球在给定外形尺寸的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所能触及的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所能触及到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图2.62.6阴影区。阴影区。 用滚球法，还可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷击部位，用滚球法，还可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷击部位，这也是滚球法一个显著优点。这也是滚球法一个显著优点。图图2.52.5建筑物的空间受雷曲面建筑物的空间受雷曲面 图图2.62.6复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定 划分建筑物防雷分类的基本
25、原则划分建筑物防雷分类的基本原则 按照国家质量技术监督局、中华人民共和按照国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布的国建设部联合发布的建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范GB5005794 2010GB5005794 2010的的3.0.13.0.1条，建筑物应根据条，建筑物应根据其其 重要性、使用性质、发生雷电事故的可能重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果性和后果，将建筑物分为三类。，将建筑物分为三类。 （2 2）建筑物防雷规范）建筑物防雷规范GB5005794 2000GB5005794 2000规定的建筑规定的建筑物防雷分类物防雷分类 建筑物的防雷分类的目的：减少建筑物的
26、防雷分类的目的：减少建筑物获被保护空间遭受直接雷击的建筑物获被保护空间遭受直接雷击的损害风险，防止或减少雷击建筑物所损害风险，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。做到安全可靠、技术先进、经济合理。防雷建筑物分类防雷建筑物分类 第一类防雷建筑物第一类防雷建筑物 1 1、凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑、凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。身伤亡者。 2 2、具有、具有0 0区或区或1010区爆
27、炸危险场所的建筑物。区爆炸危险场所的建筑物。 3 3、具有、具有1 1区区或或2121区爆炸危险场所的建筑物，因电火区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大破坏注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大破坏和人身伤亡的严重后果。和人身伤亡的严重后果。 0 0区：正常情况下能形成爆炸性混合物（气体或蒸区：正常情况下能形成爆炸性混合物（气体或蒸汽爆炸性）的爆炸危险场所。汽爆炸性）的爆炸危险场所。 1 1区：在不正常情况下能形成爆炸性混合物（气体区：在不正常情况下能形成爆炸性混合物（气体或蒸汽爆炸性
28、）的爆炸危险场所。或蒸汽爆炸性）的爆炸危险场所。 1010区：正常情况下能形成粉尘或纤维爆炸性混合物区：正常情况下能形成粉尘或纤维爆炸性混合物的爆炸危险场所。的爆炸危险场所。 注注: :正常情况指连续出现或长期出现爆炸性粉尘环境。正常情况指连续出现或长期出现爆炸性粉尘环境。 2121区：在生产过程中，产生、使用、加工贮存或转区：在生产过程中，产生、使用、加工贮存或转运闪点高于场所环境温度的燃液体，在数量和配置上能运闪点高于场所环境温度的燃液体，在数量和配置上能引起火灾危险的场所。引起火灾危险的场所。 第二类防雷建筑物：第二类防雷建筑物： 1 1、国家级重点文物保护的建筑物。、国家级重点文物保护
29、的建筑物。 2 2、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站物、大型火车站和飞机场和飞机场、国宾馆，国家级档案馆、大型、国宾馆，国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。 注：飞机场不含停放飞机的露天场所和跑道注：飞机场不含停放飞机的露天场所和跑道 。 3 3、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物要意义的建筑物 。 4 4、国家特级和甲级大型体育馆。、国家特级和甲级大型体育馆。 1-4重点考虑建筑物的重要性和
30、雷击后可能造重点考虑建筑物的重要性和雷击后可能造成的后果。成的后果。 5 5、制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑、制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。伤亡者。 6 6、具有、具有1 1区或区或2121区区爆炸危险场所的建筑物，且电火爆炸危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。 7 7、具有、具有2 2区或区或2222区区爆炸危险场所的建筑物。爆炸危险场所的建筑物。 8 8、有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。、有
31、爆炸危险的露天钢质封闭气罐。 2 2区：在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的爆炸危区：在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的爆炸危险的场所。险的场所。 2222区：在生产过程中，悬浮状、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维区：在生产过程中，悬浮状、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维不可能形成爆炸性混合物，但在数量和配置上能引起火灾危险的场不可能形成爆炸性混合物，但在数量和配置上能引起火灾危险的场所。所。 在这里也提到了制造、使用或贮存爆炸物质在这里也提到了制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物；具有爆炸危险的建筑物；具有爆炸危险场所场所( (环境环境) )的建筑物，的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨
32、大破坏和人但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。身伤亡者。 如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，属属爆炸危险爆炸危险场所场所( (环境环境) ) ，划为第二类防雷建筑物；，划为第二类防雷建筑物；但当置在地下或半地下时，其泵房又是大型石油但当置在地下或半地下时，其泵房又是大型石油化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑物。物。 9 9、预计雷击次数大于、预计雷击次数大于0.050.05次次/a/a的部、省级办公建的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危筑物和其他重要或人员密集的
33、公共建筑物以及火灾危险场所。险场所。 1010、预计雷击次数大于、预计雷击次数大于0.250.25次次/a/a的住宅、办公楼的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。 注：预计雷击次数应按本规范附录注：预计雷击次数应按本规范附录A A计算。计算。 9-109-10重点考虑发生雷电事故的可能性和后重点考虑发生雷电事故的可能性和后果，即雷击发生越多，产生的后果越严重。果，即雷击发生越多，产生的后果越严重。 第三类防雷建筑物：第三类防雷建筑物： 1 1、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。 2 2、预计雷击次数
34、大于或等于、预计雷击次数大于或等于0.010.01次次/a/a且小于或等于且小于或等于0. 0. 0505次次/a/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。共建筑物以及火灾危险场所。 3 3、预计雷击次数大于或等于、预计雷击次数大于或等于0.050.05次次/a/a且小于或等于且小于或等于0.250.25次次/a/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。业建筑物。 4 4、在平均雷暴日大于、在平均雷暴日大于15d/a 15d/a 的地区，高度在的地区，高度在15m
35、15m及以及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于或等于15d/a 15d/a 的地区，高度在的地区，高度在20m20m及以上的烟囱、水塔等及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。孤立的高耸建筑物。 防雷建筑物分类条件分析防雷建筑物分类条件分析 第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据预计雷第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据预计雷击次数划分防雷建筑物的类别，那么预计雷击次数又击次数划分防雷建筑物的类别，那么预计雷击次数又是如何得到的？是如何得到的？ 要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防雷装置要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防雷
36、装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏危险度的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏危险度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概率）减小到小于或等于最大损坏危险度率）减小到小于或等于最大损坏危险度RT值（即值（即R R R RT T）。）。 取每年取每年R RT T=10=10-5-5，即每年十万分之一的损坏概率。，即每年十万分之一的损坏概率。 基于建筑物年预计雷击次数（基于建筑物年预计雷击次数（N N）和防雷装置或建筑物遭雷击）和防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（一次发生损坏的综合概率（P P），对于时间周期），对于时间周
37、期t=1t=1年，有：年，有： R=NP R=NP （1 1） P=PP=Pi iP Pidid+P+Pf fP Pfdfd （2 2）式中式中P Pi i 防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率（也用防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率（也用E Ei i表表 示），其值与接闪器的布置有关；示），其值与接闪器的布置有关； P Pf f 闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑物的概率，也即防雷装闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑物的概率，也即防雷装 置截收雷击失败的概率，等于（置截收雷击失败的概率，等于（1-P1-Pi i）或（）或（1-E1-Ei i）；）； P Pidid 防雷装置
38、截收雷击后所选用的各种尺寸和规格，保护失败而发防雷装置截收雷击后所选用的各种尺寸和规格，保护失败而发 生损坏的概率；生损坏的概率； P Pfdfd 防雷装置没有截收而发生损坏的概率。防雷装置没有截收而发生损坏的概率。 一次雷击后可能同时在不同地点发生一次雷击后可能同时在不同地点发生n n处损坏，每处损坏的分处损坏，每处损坏的分概率为概率为P Pk k，这些分概率是并联组成，因此，一次雷击的总损坏概率，这些分概率是并联组成，因此，一次雷击的总损坏概率为：为： P Pd d=1=1 分损坏概率包含这样一些事件，如爆炸、火灾、生命触电、机分损坏概率包含这样一些事件，如爆炸、火灾、生命触电、机械性损坏
39、、敏感电子或电气设备损坏或受到干扰等等。在确定分损械性损坏、敏感电子或电气设备损坏或受到干扰等等。在确定分损坏概率时，应考虑到同时发生两类事件，即引发损坏的事件（如金坏概率时，应考虑到同时发生两类事件，即引发损坏的事件（如金属熔化、导体炽热、侧向跳击、不容许的接触电压或跨步电压，等属熔化、导体炽热、侧向跳击、不容许的接触电压或跨步电压，等等）和被损坏物体的出现（即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存等）和被损坏物体的出现（即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存在）这两类事件同时发生。在）这两类事件同时发生。 出现引发损坏的事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率出现引发损坏的事件的概率直接或间接与闪击
40、参量的分布概率有关，在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。有关，在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。nkkP11 在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑物的特点、存放和用途。物的特点、存放和用途。 为简化起见，假定：为简化起见，假定： 在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类损坏采用相同的值，用共同概率损坏采用相同的值，用共同概率Pr代替；代替； 没有截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定的，损坏的出没有截到的雷击（直击雷）所引
41、发的损坏是肯定的，损坏的出现与可能被损坏的现与可能被损坏的周围物体的出现是同时发生的，因此，周围物体的出现是同时发生的，因此，Pfd= Pr ； 被截到的雷击引发的损坏的总被截到的雷击引发的损坏的总概率只与防雷装置的尺寸效率概率只与防雷装置的尺寸效率Es有关，并假定（有关，并假定（1- Es）。）。 Es 规定为这样一个综合概率，即被截收的雷击在此概率下不应规定为这样一个综合概率，即被截收的雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害，对被保护空间造成损害， Es与用来确定接闪器、引下线、接地装置与用来确定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关。的尺寸和规格的闪击参量值有关。 将将P
42、Pi i用用E Ei i，P Pf f用（用（1-E1-Ei i），），P Pfdfd用用P Pr r，P Pidid用用P Pr r（1-E1-Es s）代入，此）代入，此外外，引入一个附加系数，引入一个附加系数Wr，它是考虑雷击后果的一个系数，后果，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，越严重，Wr值越大。因此（值越大。因此（2）式转化为：）式转化为：（ P=PiPid+PfPfd ） P=PP=Pr rW Wr r（1-E1-Ei iE Es s） （3 3） 概率概率P Pr r应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程度，它取应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程度，它取决于建筑物的结
43、构、用途、存放物或设备。决于建筑物的结构、用途、存放物或设备。 = =E Ei i E Es s （4 4） 或或E Ei i E Es s为防雷装置的效率。为防雷装置的效率。 从（从（1 1），（），（3 3），（），（4 4）式得：）式得：1rrRNPW（）（5 5） 1rrRNPW如果如果R值采用可接受的最大损坏危险度值采用可接受的最大损坏危险度RT=10-5，并使，并使510TTrrrrRNPWPW式中式中 N NT T建筑物可接受的年允许遭雷击次数。建筑物可接受的年允许遭雷击次数。 因此，防雷装置所需要的效率应符合下式：因此，防雷装置所需要的效率应符合下式： 1TNN （6 6）（7
44、 7）（8 8） 第三类防雷建筑物所装设第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的防雷装置EiEs =EiEs0.84(0.84(0.850.85) )0.97(0.97(0.950.95) )0.81(0.81(0.800.80) )Ei 和和Es值值 根据根据IEC 62305-1:2006-01IEC 62305-1:2006-01的有关资料，第三类防雷的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值如下表建筑物所装设的防雷装置的有关值如下表注：注：1 1、E Ei i为防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率，其为防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率，其 值与接闪器的布置有关，
45、第三类防雷建筑物采用值与接闪器的布置有关，第三类防雷建筑物采用60m60m的滚球的滚球 半径，其对应的最小雷电流幅值为半径，其对应的最小雷电流幅值为16 kA16 kA，雷电流大于，雷电流大于16kA16kA 的概率为的概率为0.840.84。 2 2、E Es s与用来定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击与用来定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击 参量值有关，小于第三类防雷建筑物所规定的各雷电流参参量值有关，小于第三类防雷建筑物所规定的各雷电流参 量最大值的概率为量最大值的概率为0.970.97。 根据验算和对比，一般建筑物和公共建筑物所采用根据验算和对比，一般建筑物和公共建
46、筑物所采用的的PWPW值如下表：值如下表：建建 筑筑 物物 PrWr型型 式式特特 点点一般建筑物一般建筑物正常危害正常危害0.2100.210-3-3（1.61.61010-4 -4 ）510510-2-2（6 61010-2 -2 ）公共建筑物公共建筑物重大危害（引起重大危害（引起惊慌、重大损失）惊慌、重大损失）110110-3-3（8 81010-4 -4 ）110110-2-2 （1.21.21010-2 -2 ）510TrrNPW PrWr值值 由上面可以看到防雷装置所需要的效率由上面可以看到防雷装置所需要的效率 与建筑物可接受的年与建筑物可接受的年允许遭雷击次数允许遭雷击次数NT及
47、建筑物年预计雷击次数（及建筑物年预计雷击次数（N）有关，根据上表）有关，根据上表中给出的数值看看规范中划分第二和第三类建筑物的预计年雷击次中给出的数值看看规范中划分第二和第三类建筑物的预计年雷击次数是如何得到的？数是如何得到的？ 对保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率对保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率值为值为： =0.81 N=0.81 NT T=1=1 1010-2-2（代入（代入（8 8）式）式 0.811-0.811-（1 11010-2-2）/ N/ N N110-2/0.190.0530.05。 N0.05N0.05（次次/a/a） 只有只有N0.05（次（次/a）才能保护）才能
48、保护R值不大于值不大于10-5，从而才能保证防，从而才能保证防护的效率。护的效率。 若若N 0.05， R大于大于10-5，再采用第三类建筑物的防护就达不到，再采用第三类建筑物的防护就达不到应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。 对保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率对保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率值为值为： =0.81 N=0.81 NT T=5=5 1010-2-2（正常危害正常危害代入（代入（3.83.8）式）式 0.811-0.811-（110110-2-2）/ N/ N N N110110-2-2/0.19/0.19
49、0.260.250.260.25。 N0.25N0.25（次（次/a/a） 只有只有N0.25N0.25（次（次/a/a）才能保护）才能保护R R值不大于值不大于1010-5-5，从而，从而才能保证防护的效率。才能保证防护的效率。 若若N N 0.250.25， R R大于大于1010-5-5，再采用第三类建筑物的防护，再采用第三类建筑物的防护就达不到应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防就达不到应有的效率，因此应升级采用第二类建筑物的防雷措施。雷措施。建筑物年预计雷击次数建筑物年预计雷击次数 在雷击灾害风险评估、防雷分级保护以及防雷工程在雷击灾害风险评估、防雷分级保护以及防雷工程设计等工
50、作中都设计到建筑物年预计雷击次数的计算好设计等工作中都设计到建筑物年预计雷击次数的计算好使用，它是防雷业务中常用的重要参数。使用，它是防雷业务中常用的重要参数。1、建筑物年预计雷击次数按下式计算、建筑物年预计雷击次数按下式计算 N=kNN=kNg gA Ae e式中式中N N 建筑物预计雷击次数（次建筑物预计雷击次数（次/a/a）；）； k k 雷击次数校正系数；雷击次数校正系数； N Ng g 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次次/ / （kmkm2 2 a a）； A Ae e 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km
