1、 第四章第四章 建筑物的防雷保护建筑物的防雷保护 第一节第一节 划分建筑物防雷分类的基本原则划分建筑物防雷分类的基本原则 建筑物的防雷分类是为防止或减少雷击建筑建筑物的防雷分类是为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，做到安物所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，在认真调查地理、全可靠、技术先进、经济合理，在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，根据建筑物的以及被保护物的特点等的基础上，根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后重要性、使用性质、发
2、生雷电事故的可能性和后果果，按防雷要求详细研究防雷装置的形式及其布，按防雷要求详细研究防雷装置的形式及其布置，将建筑物分为三类。置，将建筑物分为三类。第二节第二节 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 凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物以及具有炸危险火工品等大量爆炸物质的建筑物以及具有炸危险环境、因电火花而引起爆炸，环境、因电火花而引起爆炸，会造成会造成巨大破坏和巨大破坏和人身伤亡的建筑物。人身伤亡的建筑物。注意：重点考虑雷击后注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大破坏可能造成的巨大破坏和人身伤亡的严重
3、后果。和人身伤亡的严重后果。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的建筑物。2 2、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和、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、国宾馆、国家级挡案博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级挡案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。筑物。3 3、国家级计算中心、国家通讯枢纽等对国民、国家级计算中心、国家通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。1-3重点考虑建筑物的重点考虑建筑物的重要性
4、和雷击后可能重要性和雷击后可能造成的后果。造成的后果。4、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花花 不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。5、具有爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引、具有爆炸危险环境的建筑物，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。起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。6、工业企业内有爆炸危险的的露天钢质封闭气罐。、工业企业内有爆炸危险的的露天钢质封闭气罐。在这里也提到了制造、使用或贮存爆炸物质的建筑在这里也提到了制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物；具有爆炸危险环境的建筑
5、物，但电火花物；具有爆炸危险环境的建筑物，但电火花不易不易引起爆引起爆炸或炸或不致不致造成巨大破坏和人身伤亡者。造成巨大破坏和人身伤亡者。如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，属爆炸危险环境，如：易燃液体泵房，当布置在地面以上时，属爆炸危险环境，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化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑物。型石油化工联合企业的原油泵房，划为第一类防雷建筑物。7、预计雷击次数大于、预计雷击次数大于0.06次次/a的部省级的部省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建办公建筑物及其它重要或人员
6、密集的公共建筑物。筑物。8、预计雷击次数大于、预计雷击次数大于0.3次次/a的住宅的住宅办办公楼等一般性民用建筑物。公楼等一般性民用建筑物。7-8重点考虑重点考虑发生雷电事故的可能性和后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、省级挡案馆。、省级重点文物保护的建筑物、省级挡案馆。2 2、预计雷击次数大于或等于、预计雷击次数大于或等于0.0120.012次次/a/a，且小于或等于，且小于或等于0.060.06次次/a/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物
7、。的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。3 3、预计雷击次数大于或等于、预计雷击次数大于或等于0.060.06次次/a/a，且小于或等于，且小于或等于0.30.3次次/a/a的住宅的住宅 办公楼等一般性民用建筑物办公楼等一般性民用建筑物.4 4、预计雷击次数大于或等于、预计雷击次数大于或等于0.60.6次次/a/a的一般性工业建筑物。的一般性工业建筑物。5 5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的火灾危地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的火灾危险环境。险
8、环境。6 6、在平均雷暴日大于、在平均雷暴日大于15d/a15d/a的地区，高度在的地区，高度在15m15m及以上的烟及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于15d/a15d/a的地区，的地区，高度在高度在20m20m以上的烟囱、水塔等孤立的高建筑。以上的烟囱、水塔等孤立的高建筑。第二类和第三类防雷建筑物都涉及到依据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是如何得到的？计雷击次数又是如何得到的？要作好防雷，就要选择防雷装置，选择防要作好防雷，就要选择
9、防雷装置，选择防雷装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的雷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年损坏危险度R值（需要防雷的建筑物每年可值（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大损坏危险度Rc值（即值（即R Rc）。）。取每年取每年Rc=10-5，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）和防雷装置或建）和防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（P），对于时间），对于时间周期周期t=1年，有年，
10、有 R=NP （4.1）P=PiPid+PfPfdfd （4.24.2）式中式中Pi 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Ei 表示），其值与接闪器的布置有关；表示），其值与接闪器的布置有关；Pf 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（装置截收雷击失败的概率，等于（1-Pi）或（）或（1-Ei）；）；Pid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
11、率；Pfd 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。出现引发损坏事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率有出现引发损坏事件的概率直接或间接与闪击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。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。在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概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。率取决于建筑物的特点、存放和用途。为简化起见，假定：为简化起见，假定：1、在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的、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
12、同的值，用共同概率概率对每一类损坏采用相同的值，用共同概率Pr代替；代替；2、没有截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定、没有截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定的，损坏的出现与可能被损坏的的，损坏的出现与可能被损坏的周围物体的出现是同时发周围物体的出现是同时发生的，因此，生的，因此，Pfd=Pr；3、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概率只与防雷装置的尺寸效率的尺寸效率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
13、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Pi用用Ei，Pf用（用（1-Ei），），Pfd用用Pr，Pid用用Pr（1-Es），代入（），代入（4.2）式，此外，引入一个附加系数）式，此外，引入一个附加系数Wr，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，Wr值越值越大。因此（大。因此（4.2）式转化为：）式转化为：P=PrWr（1-EiEs）（4.3）概率概率Pr应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程应看成一个系数，它表示建筑物自身保护程度，它取决于
14、建筑物的结构、用途、存放物或设备。度，它取决于建筑物的结构、用途、存放物或设备。=EiEs （4.4）或或EiEs为防雷装置的效率。为防雷装置的效率。从（从（4.1），（），（4.3），（），（4.4）式得：）式得：1rrRNPW（）（4.5）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Rc=10-5，并使，并使510ccrrrrRNPWPW式中式中Nc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：1cNN（4.6）（4.7）（4.8）第三类防雷建筑物第三类防雷建筑
15、物所装设的防雷装置所装设的防雷装置EiEs=EiEs0.850.950.80Ei 和和Es值值 根据根据IEC-T81的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值如下表的防雷装置的有关值如下表 根据验算和对比，一般建筑物和公共建筑物所采用的根据验算和对比，一般建筑物和公共建筑物所采用的PW值如下表：值如下表：建建 筑筑 物物 PrWr型式型式特点特点一般建筑物一般建筑物正常危害正常危害1.610-4610-2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）810-41.210-2510crrNPW PrWr值值 由上面
16、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 是与建筑物是与建筑物可接受的年允许遭雷击次数可接受的年允许遭雷击次数Nc及建筑物年预计雷击次数及建筑物年预计雷击次数（N）有关，根据上表中给出的数值看看规范中划分第二）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数是如何得到的。和第三类建筑物的预计年雷击次数是如何得到的。对公共建筑物对公共建筑物：（部、省级场所，人密集：（部、省级场所，人密集）=0.8 NC=1.210-2 代入（代入（4.8）0.81-（1.210-2）/N）N0.060.06（次次/a/a）只有只有N0.06（次（次/a）才能保护）
17、才能保护Rc值不大于值不大于10-5，从，从而才能保证防护的效率。而才能保证防护的效率。若若N 0.06，Rc大于大于10-5，再采用第三类建筑物的防，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。的防雷措施。同理，对一般建筑物，可算出同理，对一般建筑物，可算出 N0.3 N0.3 R Rc c值不大于值不大于1010-5-5 N N 0.3 0.3 R Rc c大于大于1010-5 -5 升二类升二类 没有防雷装置时，没有防雷装置时，=0 对公共建筑物对公共建筑物：（部、省级场所，人密集：（部、省级场所，人密
18、集）N0.012 可不设防雷装置可不设防雷装置 N 0.012 要设防雷装置要设防雷装置 对一般建筑物，可算出对一般建筑物，可算出 N0.06 可不设防雷装置可不设防雷装置 N0.06 要设防雷装置要设防雷装置第三节第三节 建筑物的防雷保护建筑物的防雷保护 一一.一般规定（原则）一般规定（原则）各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。侵入的措施。第一类防雷建筑物和具有爆炸危险环境但不第一类防雷建筑物和具有爆炸危险环境但不致遭成巨大破坏的建筑物的第二类防雷建筑物应致遭成巨大破坏的建筑物的第二类防雷建筑物应采取防雷电感应的措施。采取防雷电感应的措施。
19、装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取应采取等电位连接。等电位连接。二二.避雷针、线、网、带和它们的保护范围避雷针、线、网、带和它们的保护范围 作为防地面物体免受直接雷击的设备是避雷作为防地面物体免受直接雷击的设备是避雷针和避雷线，在防雷保护中已被长期普遍使用。针和避雷线，在防雷保护中已被长期普遍使用。避雷针和避雷线均为金属体，安装在比被保护物避雷针和避雷线均为金属体，安装在比被保护物体高的位置上，从工作原理来看，两者具有相同体高的位置上，从工作原理来看，两者具有相同的保护功能，即
20、吸引雷电。的保护功能，即吸引雷电。1避雷针与避雷线避雷针与避雷线 （1）避雷针）避雷针 属于结构最简单的防雷装置，由接闪器，引属于结构最简单的防雷装置，由接闪器，引下线和接地体组成。下线和接地体组成。避雷针的针状接闪器是直接承受雷电避雷针的针状接闪器是直接承受雷电的部分，当雷云出现在地面上空时，由于的部分，当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。于是，在接闪雷云电荷极性相反的电荷。于是，在接闪器的顶端处电场将发生畸变，出现局部集器的顶端处电场将发生畸变，出现局部集中的高电场区，如图所示，该图中示出的中的高电场区
21、，如图所示，该图中示出的曲线为等电位线。在雷云的下行先导发展曲线为等电位线。在雷云的下行先导发展初期，先导向下的发展是随机取向的，并初期，先导向下的发展是随机取向的，并不受地面物体上避雷针接闪器存在的影响不受地面物体上避雷针接闪器存在的影响。随着阶梯式先导向下发展到邻近地面时。随着阶梯式先导向下发展到邻近地面时，接闪器顶端周围的电场发生的严重畸变，接闪器顶端周围的电场发生的严重畸变，使这里的电场强度明显高于其他地方，使这里的电场强度明显高于其他地方，这就为先导向接闪器法展创造了十分有利的件，因此就能容易地将先这就为先导向接闪器法展创造了十分有利的件，因此就能容易地将先导吸引到接闪器上，使雷击点
22、出现在接闪器的顶端，而不致出现在其导吸引到接闪器上，使雷击点出现在接闪器的顶端，而不致出现在其下面的被保护物体上。下面的被保护物体上。避雷针接衫闪器顶避雷针接衫闪器顶端处的电场畸变条端处的电场畸变条 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的数值。接闪器顶端的雷电流通流量，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，具有较大的尖度，且应光滑。针尖应做成圆锥状，具有较大的尖度，且应光滑。避雷针接闪器最小直径避雷针接闪器最小直径 避雷针一般适用于保护那些比较低矮的地面建筑物以及保护避
23、雷针一般适用于保护那些比较低矮的地面建筑物以及保护高层楼房顶上突出的设施，它特别适合于保护那些要求防雷引下高层楼房顶上突出的设施，它特别适合于保护那些要求防雷引下线与内部各种金属管道隔离的建筑物。线与内部各种金属管道隔离的建筑物。直径直径针型针型圆钢圆钢(mm(mm）钢管钢管(mm(mm）针长针长1m1m以下以下12122020针长针长12m12m16162525烟囱顶上的针烟囱顶上的针20204040 （2 2）避雷线）避雷线 避雷线是由悬挂在空中的水平导线，接地避雷线是由悬挂在空中的水平导线，接地引下线和接地体组成。水平悬挂的导线用于直引下线和接地体组成。水平悬挂的导线用于直接承受雷击，起
24、接闪器作用。避雷线设置在被接承受雷击，起接闪器作用。避雷线设置在被保护物体的上方，能提供与自身线长相等的保保护物体的上方，能提供与自身线长相等的保护长度，其工作原理与避雷针类似，也是由于护长度，其工作原理与避雷针类似，也是由于避雷线周围的电场畸变吸引下行先导，将雷击避雷线周围的电场畸变吸引下行先导，将雷击引向自身。但避雷线对周围电场的畸变效果不引向自身。但避雷线对周围电场的畸变效果不如避雷针，因此其引雷效果也不如避雷针。如避雷针，因此其引雷效果也不如避雷针。避雷线广泛用于高压架空输电线路的防雷保护，架设在架空高压输电线路的上方，保护输电线路免受直接雷击，如图所示。高压架空输电线路跨越长距离范围
25、，绵延分布在广阔的地面上，很容易遭受雷击，引起停电事故。在架空输电线路上方设置避雷线，就能利用避雷线的引雷作用将雷云的下行先导引向其自身，从而使输电线路免受雷击。用于保护架空输电线路的避雷线通过引下线和接地体连接泄放雷电流，固也通常称为架空地线。架空线路上方的避雷线架空线路上方的避雷线 （3）避雷带与避雷网）避雷带与避雷网 当受建筑物造型或施工限制而不便直当受建筑物造型或施工限制而不便直接使用避雷针或避雷线时，可在建筑物上接使用避雷针或避雷线时，可在建筑物上设置避雷带或避雷网来防直接雷击。避雷设置避雷带或避雷网来防直接雷击。避雷带和避雷网的工作原理与避雷针和避雷线带和避雷网的工作原理与避雷针和
26、避雷线类似。在许多情况下，采用避雷带或避雷类似。在许多情况下，采用避雷带或避雷网来保护建筑物既可以收到良好的效果，网来保护建筑物既可以收到良好的效果，又能降低工程投资，因此在现代建筑物的又能降低工程投资，因此在现代建筑物的防雷设计中得到了十分广泛的应用。防雷设计中得到了十分广泛的应用。避雷带避雷带 避雷带是用圆钢或扁钢作成的长条带状体，常装设在建筑物易受避雷带是用圆钢或扁钢作成的长条带状体，常装设在建筑物易受直接雷击的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋顶），屋顶边缘及女儿墙直接雷击的部位，如屋脊，屋檐（有坡面屋顶），屋顶边缘及女儿墙或平屋面上，如图所示。避雷带应保持大地良好的电器连接，当雷云或平屋面
27、上，如图所示。避雷带应保持大地良好的电器连接，当雷云的下行先导向建筑物上的这些易受雷击部位发展时，的下行先导向建筑物上的这些易受雷击部位发展时，避雷带避雷带率先接闪，率先接闪，承受直接雷击，将强大雷电流引入大地，从而使建筑物得到保护。这承受直接雷击，将强大雷电流引入大地，从而使建筑物得到保护。这是一种对建筑物上易受雷击部位进行重点保护的措施，目前已广泛应是一种对建筑物上易受雷击部位进行重点保护的措施，目前已广泛应用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保护。用于普通民用建筑物和古建筑物的防蕾保护。（a）屋顶突出物加设避雷针 （b）平屋面上设避雷带 （c）女儿墙上设避雷带避雷带的设置避雷带的设置a b
28、 c 避雷网避雷网 避雷网实际上相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，在建避雷网实际上相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，在建筑物上设置避雷网可以实施对建筑物的全面防雷保护。避雷网的筑物上设置避雷网可以实施对建筑物的全面防雷保护。避雷网的设置有明装和暗装两种形式。明装防雷网是在建筑物的屋顶上或设置有明装和暗装两种形式。明装防雷网是在建筑物的屋顶上或层顶屋面上以可见金属网格作为接闪器，沿其四周或沿外墙做引层顶屋面上以可见金属网格作为接闪器，沿其四周或沿外墙做引下线接地。下线接地。由于明装避雷网不甚美观，在施工方面也会带来困难，由于明装避雷网不甚美观，在施工方面也会带来困难，同时还会增加额外的工程投资，
29、因此现在已较少使用。同时还会增加额外的工程投资，因此现在已较少使用。明装避雷网明装避雷网 立体金属笼网立体金属笼网 建筑物的笼式避雷网建筑物的笼式避雷网 相对于明装避雷网来说，暗装避雷网目前则使用得十分广泛。相对于明装避雷网来说，暗装避雷网目前则使用得十分广泛。暗装避雷网一般为笼式结构，它是将金属网格、引下线和接地体等暗装避雷网一般为笼式结构，它是将金属网格、引下线和接地体等部分组合成一个立体的金属笼网，将整个建筑物罩住，如下图所示。部分组合成一个立体的金属笼网，将整个建筑物罩住，如下图所示。这种笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住的建筑物，它既这种笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住
30、的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击。可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击。笼式避雷网还可以看作是一个拉法第笼，它同时具有屏笼式避雷网还可以看作是一个拉法第笼，它同时具有屏蔽和均衡暂态对地悬浮电压两种功能。蔽和均衡暂态对地悬浮电压两种功能。一方面，笼式避雷网能够对雷电流产生的暂态脉冲电磁一方面，笼式避雷网能够对雷电流产生的暂态脉冲电磁场起屏蔽作用，使进入建筑物内部的电磁干扰受到削弱；、场起屏蔽作用，使进入建筑物内部的电磁干扰受到削弱；、另一方面，笼式避雷网也能够对雷击时产生的暂态电位另一方面，笼式避雷网也能够对雷击时产生的暂态电位升高起到电位均衡作用，
31、将笼网各部位的暂态对地悬浮电位升高起到电位均衡作用，将笼网各部位的暂态对地悬浮电位均衡到大致相等的水平。当然，笼式避雷网的这些防护雷电均衡到大致相等的水平。当然，笼式避雷网的这些防护雷电损害作用的效果与笼体的大小及其网格尺寸有关，笼体越小损害作用的效果与笼体的大小及其网格尺寸有关，笼体越小且其网格尺寸越小，则其防雷效果就越好。网格尺寸的大小且其网格尺寸越小，则其防雷效果就越好。网格尺寸的大小取决于被保护建筑物的重要性，应按建筑物防雷设计规范来取决于被保护建筑物的重要性，应按建筑物防雷设计规范来确定。确定。笼式避雷网通常是利用建筑物钢筋混凝土结笼式避雷网通常是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋来构
32、成的，即将建筑物屋面内原有的构中的钢筋来构成的，即将建筑物屋面内原有的钢筋网格作接闪器使用，将梁、柱、楼板中的横钢筋网格作接闪器使用，将梁、柱、楼板中的横向和纵向钢筋按防雷设计规范要求进行电气上的向和纵向钢筋按防雷设计规范要求进行电气上的相互连接，这样就将整个建筑物构件中的所有钢相互连接，这样就将整个建筑物构件中的所有钢筋连接成一个统一的导电系统，构成一个大的立筋连接成一个统一的导电系统，构成一个大的立体法拉第笼。其中的纵向钢筋兼作引下线试用，体法拉第笼。其中的纵向钢筋兼作引下线试用，建筑物基础中的接地钢筋兼作接地体使用。建筑物基础中的接地钢筋兼作接地体使用。总之，暗装避雷网是以建筑物自身结构
33、中现成的钢总之，暗装避雷网是以建筑物自身结构中现成的钢筋作为其组成构件的，所以它能节省投资，同时又能保筋作为其组成构件的，所以它能节省投资，同时又能保持建筑物造型的完美性，笼式避雷网可以全方位地接闪、持建筑物造型的完美性，笼式避雷网可以全方位地接闪、保护被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷保护被其罩住的建筑物，它既可以防建筑物顶部遭受雷击；又可以防建筑物侧面遭雷击，能够全方位地接闪受击；又可以防建筑物侧面遭雷击，能够全方位地接闪受雷，这些都是它的显著优点。雷，这些都是它的显著优点。但是，采用暗装避雷网也存在着一个缺点，即在但是，采用暗装避雷网也存在着一个缺点，即在每次承受雷击后，雷击点
34、处的屋面表层要被击出小洞并每次承受雷击后，雷击点处的屋面表层要被击出小洞并会有一些碎片脱落，使得这一小块的防水和保温层受到会有一些碎片脱落，使得这一小块的防水和保温层受到破坏。实际上，建筑物防水和保温隔离层中的钢筋距层破坏。实际上，建筑物防水和保温隔离层中的钢筋距层面的厚度很小。但有些建筑物的防水和保温层较厚，当面的厚度很小。但有些建筑物的防水和保温层较厚，当其中的钢筋距层面的厚度大于其中的钢筋距层面的厚度大于20cm20cm时，应另设辅助避雷时，应另设辅助避雷网。网。在建筑物顶部常有一些金属突出物，如金属旗杆、透气管、在建筑物顶部常有一些金属突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属天沟和金属
35、烟囱等，这些金属突出物必须与避雷网钢爬梯、金属天沟和金属烟囱等，这些金属突出物必须与避雷网焊接，以形成统一的接闪系统。对于建筑物顶部突出的非钢筋混焊接，以形成统一的接闪系统。对于建筑物顶部突出的非钢筋混凝土物体，可以另设避雷网或避雷针加以保护，如图所示。凝土物体，可以另设避雷网或避雷针加以保护，如图所示。建筑物顶部突出物体的保护建筑物顶部突出物体的保护 2.2.避雷针、带、网保护范围的确定避雷针、带、网保护范围的确定 1777年5月伦敦附近一座火药库因雷击而受损，避雷针是富兰克等人组成的委员会设计的。雷击火药库，说明避雷针没有截闪，从而提出避雷针保护范围的计算问题。在本世纪的70年代，德、英、
36、法、美等欧美国家采用不同的计算方法，这些方法包括圆柱体、圆锥体、特殊圆锥体等等。我国我国GBJ5783GBJ5783标准，使用了标准，使用了3030、4545、6060的圆锥体，按此方法，避雷针越高，则其覆的圆锥体，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上的避雷针不但无法按圆锥高耸的铁塔或建筑物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。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了向外水平伸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
37、面袭来或绕过铁塔顶部避出的避雷针，以防备侧面袭来或绕过铁塔顶部避雷针的雷针的“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数国家均已采用滚球法计算避雷针的保护范围（日本除外，仍用（日本除外，仍用4545、6060保护的圆锥体）。保护的圆锥体）。（1 1）确定避雷针、线、带、网保护范围方）确定避雷针、线、带、网保护范围方法的分类法的分类 meshmethodprotective angle methodrrolling spheremethod （2）滚球法滚球法确定避雷针、线、带、网保确定避雷针、线、带
38、、网保 护范围的方法护范围的方法 避雷针和避雷线等接闪器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，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，对于经济可靠地进行建筑物的防雷设计是至关重要的。目前国际上流行用滚球法计算确定避雷针和避雷线接闪器保护范围。滚球法的保护原理滚球法的保护原理 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
39、击的范围时，他才会定向的击向范围时，他才会定向的击向该物体，如图所示，当先导该物体，如图所示，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。雷击距范围雷击距范围 以这种雷击过程为基础，根据下行先导发展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以及地面上可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，这就是滚球
40、法的基本思想。能出现的雷击点，这就是滚球法的基本思想。从上图还可看出被雷击的点距下行先导的距从上图还可看出被雷击的点距下行先导的距离都等于离都等于d ds s，称为称为雷击距雷击距，即滚球半径。，即滚球半径。可知，滚球半径的大小取决于回击时雷电流可知，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。电流幅值变化时，滚球半径也随之变化。csmdbI 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滚球半径ds，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，然
41、后将半径为ds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器相接触的点，如下图中所示的A点和C点，即为可能的雷击点。用滚球法确定雷击点用滚球法确定雷击点 从雷云对地放电过程来看，下行先导在到达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，这就意味着滚球可能会从各个方向随机随机的，这就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，需要从其上空沿各个方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
42、球，统计出大量被滚球接触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球沿建过的点，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，如下页图所筑物屋面连续地滚越建筑物的整体，如下页图所示。滚球所能接触到的屋面就是建筑物上可能遭示。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；滚球不能接触到的地方，则可认受雷击的区域；滚球不能接触到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器能够保护的区域，这一区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。在下图中，域称为保护区。在下图中，弧弧ACAC和和DEDE以下的空间以下的空间区域就是保护区区域就是
43、保护区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 建筑物接闪器将能对该区域空间提供保护。对于强雷来说，其雷电流幅值大，相应的滚球半径就大，保护区就较大；对于弱雷来讲，其雷电流幅值小。例如下图，当滚球半径由ds2减小到ds1时，保护区将缩小，原先受到保护的B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物的空间受雷曲面。保护区随滚球半径的变化保护区随滚球半径的变化 应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面，应用滚球法可以确定建筑物的空间受雷曲面，如下左图所示。如下左图所示。将滚球沿建筑物屋面及突出的接闪器滚遍
44、，其球心运动轨迹即构成将滚球沿建筑物屋面及突出的接闪器滚遍，其球心运动轨迹即构成了空间受雷曲面。当下行先导发展碰到该曲面时，将会击到该建筑了空间受雷曲面。当下行先导发展碰到该曲面时，将会击到该建筑物应屋面。用滚球法，还可以方便地确定复杂形状建筑物上易受雷物应屋面。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。击部位，这也是滚球法一个显著优点。如下左图表示在给定雷电流幅值所对应半径的球在给定外形尺如下左图表示在给定雷电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，遍滚球体所能触寸的建筑物屋面接闪器（避雷网）上连续地滚动，遍滚球体所
45、能触及到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图中阴影区。及到的地方，即为建筑物上易受雷击的部位，如图中阴影区。建筑物的空间受雷曲面建筑物的空间受雷曲面 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 滚球法确定避雷针保护范围的方法滚球法确定避雷针保护范围的方法 （）单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 A A、单支单支避雷针的高度不大于滚球半径避雷针的高度不大于滚球半径dsds。确定避雷针保护范围的确定方法如图确定避雷针保护范围的确定方法如图,其具体步骤如下：其具体步骤如下：a a、距地面、距地面dsds处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线；b b
46、、以避雷针的针尖为圆心，、以避雷针的针尖为圆心，dsds为半径画圆弧，该圆弧线交于为半径画圆弧，该圆弧线交于平行线的平行线的A A、B B两点；两点；c c、分别以分别以A A、B B为圆心，为圆心，hrhr为半径画圆弧，这两条圆弧线上与为半径画圆弧，这两条圆弧线上与避雷针尖相交，下与地面相切。再将圆弧与地面所围面以避雷针为避雷针尖相交，下与地面相切。再将圆弧与地面所围面以避雷针为轴旋转轴旋转180180，所得圆弧曲面圆锥体即为避雷针，所得圆弧曲面圆锥体即为避雷针的保护范围。单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护空间域单支避雷针的保护空间域 d、避雷针在避雷针在hxhx高度
47、的高度的xxxx平面上和地面上的保护半径：平面上和地面上的保护半径：避雷针在高度为避雷针在高度为h hx x的平面的平面xxxx上的保护半径上的保护半径r rx x可确定为可确定为(2)(2)xsxsxrhdhhdh 避雷针在地面上的保护半径r r0 0，可确定为为 式中，式中，d ds s为滚球半径，为滚球半径，h h为避雷针的高度，为避雷针的高度，h hx x为距平面为距平面x x处的高度，处的高度，r rx x在在高度为高度为h hx x处的保护半径，各量的单位均为处的保护半径，各量的单位均为m m。B B、单支避雷针的高度、单支避雷针的高度h hd ds s的的保护范围保护范围d ds
48、 s 在避雷针部取高度为在避雷针部取高度为dsds的一点的一点代替避雷针针尖为圆心，其余的作代替避雷针针尖为圆心，其余的作图步骤同图步骤同hdshds的情况。当的情况。当hdsh pdpr222drrpIIIIIIIV20304560d m10,0060,0040,0030,00220,030,020,010,0130,060,040,030,0240,100,070,040,0350,160,100,070,0560,230,150,100,0870,310,200,140,1080,400,270,180,1390,510,340,230,17100,640,420,280,21151,4
49、60,950,630,47202,681,721,130,84Distance betweeninterception rodsPenetration depth p mRolling sphere radius r mProtection levelPositioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p （）建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定 建筑物顶部突出屋面的部分是易受直接雷击的部位，建筑物顶部突出屋面的部分是易受直接雷击
50、的部位，常常要装避雷针加以保护，利用滚球法，可以确定所设常常要装避雷针加以保护，利用滚球法，可以确定所设避雷针的长度，以下将分两种典型情况加以说明。避雷针的长度，以下将分两种典型情况加以说明。A A、建筑物顶部周边设有避雷带、建筑物顶部周边设有避雷带如图所示，该图为某建筑物顶部的剖面，其左右对称，如图所示，该图为某建筑物顶部的剖面，其左右对称，A A为顶部周为顶部周边屋檐处的避雷带（或可被利用做接闪器的金属物），边屋檐处的避雷带（或可被利用做接闪器的金属物），B B为需要保为需要保护突出屋面上的最外一点。先分别以护突出屋面上的最外一点。先分别以A A、B B为圆心，以选定的滚球半为圆心，以选定
