1、建筑防雷设计幻灯片 本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！I.建筑物防雷设计标准根本体系一、新标准(GB 50057-2021)的内容覆盖面二、新标准GB506012010的内容覆盖面内部防雷措施内部防雷措施外部防雷措施外部防雷措施屏屏蔽蔽引引下下线线接接地地装装置置共共用用接接地地系系统统等等电电位位连连接接屏屏蔽蔽隔隔离离合合理理布布线线接接闪闪器器安安装装电电涌涌保保护护器器综合防雷系统综合防雷系统三、防雷系统的基本构成四、防雷
2、系统 的基本设 计流程II.建筑防雷设计用雷电参数指标 规定涉及新标准条款：2.0.12.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)；附录A；附录F(表F.0.1-1 表 F.0.1-3)；5.2.12一、雷云带电1.雷云形成的可能机制2.雷云的带电(1)水滴分裂效应(2)感应起电效应(3)水滴结冰效应冰晶粒带正电，水滴带负电，热气流将冰晶上面水分带走，产生电荷分离。二、雷电放电.雷电放电机理(1)雷云电荷分布+-+负雷云中电荷中心分布(2)雷云放电形式+-+-云内放电云间放电-云地放电(地闪)+主放电it35 km雷云地面+下行先导(3)对地放电过程+下行先导上行先导上行雷(4)对地面高结构的放
3、电与上行雷()对地放电的多重性12重雷放电记录图象(6)对地放电的选择a.土壤电阻率b.结构体的形状c.大气条件(7)正极性雷2.地闪形态2.闪电通道(1)单闪(2)多闪3.雷闪形态线状雷(2)球雷(3)珠雷与片雷三、雷电参数1.雷暴日、雷暴小时 城市城市雷电日雷电日城市城市雷电日雷电日北京北京367武汉武汉378天津天津286长沙长沙495石家庄石家庄315广州广州495太原太原364南宁南宁886呼和浩特呼和浩特375成都成都369沈阳沈阳271贵州贵州489长春长春366昆明昆明628哈尔滨哈尔滨309拉萨拉萨732上海上海322西安西安173南京南京351兰州兰州236杭州杭州400西
4、宁西宁329合肥合肥301银川银川197福州福州576乌鲁木齐乌鲁木齐93南昌南昌585台北台北279济南济南268香港香港340郑州郑州226海口海口1138地面落雷密度 Ng：每年每平方公里地面平均落雷次数 (次/km2 a)物体的年受雷次数:egANkN k修正系数，考虑建筑物结构特征，所 在地地理、地质特征；建筑物周围环境特征的修正AeNg=0.1 T d(次/km2/a)(A.0.2)3.雷电流(1)雷电流测量(2)波形参数规定我国雷电流幅值累积概率dtPtIIea2 21 ln1 1 2144lg88lgIPIPIEEE6.23111IPCIGRE900lg55.1IP(3)幅值累
5、积概率第一类：200kA，P=0.53%第二类：150kA，P=1.97%第三类：100kA，P=7.3%8810IP长时间的雷电流参量(4)几种波形参数波形波形(s)用途用途10/350建筑防雷建筑防雷(首次雷击首次雷击)0.25/100建筑防雷建筑防雷(后续雷击后续雷击)8/20保护器试验波形保护器试验波形2.6/50电力系统电力系统4.雷击距)(hfbIdbIdcscs65.010IdS建筑物防雷类别建筑物防雷类别 滚球半径滚球半径(m)第一类第一类30第二类第二类45第三类第三类60对应电流第二类：I=5.42kA P=86.8%第二类：I=10.1kA P=76.8%第三类：I=15
6、.8kA P=66.1%65.0110SdI先导取向角2cos2)(先导通道电气几何模型III.雷电破坏作用指标规定1.综述涉及新标准条款：2.0.12.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)；附录A；附录F(表F.0.1-1 表 F.0.1-3)；5.2.12MCR110 kV数据线数据线电视线路电视线路有线通讯有线通讯 400/230 VABC Company移动通讯移动通讯.热效应dtiRWdtiRWQUidtUidtUWARARAR22 (1)雷电流注入产生的热能mWT(2)雷电流注入引起的温升注入单位电荷时常用金属的熔化体积当量铝：mm3/C铜：5.4mm3/C钢：4.4mm3/C2
7、.机械力与冲击波效应(1)机械力电磁力(2)冲击波3.静电感应与电磁感应(1)静电感应金属屋面 +线路雷云下行先导sh+雷云回击sh+过电压波过电压波线路)kV(25 m65iShIUSBSdtBSdu)(uBi(2)电磁感应H0,H1,H2 i0 Sa a002 SiH，无无屏屏蔽蔽时时（3）新标准中关于空间磁场的估算方法 HLRHR-HSa R=1 0(i 0)0.6 5当 H R 时,当H R 时,Sa=R+L/2 2/)2(aLHRHS当有屏蔽时，在格栅形大空间屏蔽内，即在L P Z 1 区内的磁场强度应按下式计算:200110SFHH 注：1 适用于首次雷击的磁场；2 适用于后续雷击
8、的磁场；3 相对磁导系数 r 2 0 0；4 w 格栅形屏蔽的网格宽(m)；r 格栅形屏蔽网格导体的半径(m)；5 当计算式得出的值为负数时取S F=0；若建筑物具有网格形等电位 连 接网络，S F 可增加6 d B。在 闪电直接击在位于L P Z 0 A 区的格栅形大空间屏蔽或 与其连接的接闪器上的情况下，其内部L P Z 1 区内安全空间内某点的磁场强度应按下式计算i0 地面 墙壁 屋顶 LPZ1 dw dr H1 H 1=k Hi 0w/(d w dr)kH一般取)m(1/0.01(4)新标准关于环路中感应电压、电流的计算方法1屋顶；2墙；3电力线路；4信号线路；5信号设备；6等电位连接
9、带(1)格栅形屏蔽建筑物附近遭雷击时在LPZ 1 区内环路的感应电压和 电 流 11/max0101/max 0oc/max)()()(THbldtHdbldtblHddtBSdUmax/10max/101011010)()(1/)(1/)(HLblidtHdLbldtblHdLdtdiTRLdtblHdLRLidtdidtblHdRidtdiLscscscscscsc为感应电流最大值可估算在苛刻条件件下H1H1ihARgdtdihLiRugA010TIhLIRUmmgAL0取为1.21.5H/m电位抬高幅值可近似估算为(5)暂态电位抬高与高电位传递暂态电位抬高当(h+l/2)5Ri时，Sa2
10、0.2Ri+0.03(h+l/2)当(h+l/2)5Ri时，Sa20.05Ri+0.06(h+l/2)当hx5Ri时，Sa10.1(Ri+hx)地上部分：当hx5Ri，Sa10.4(Ri+0.1hx)Sa1Sa2地下部分：Sel0.4Ri 电阻压降击穿场强ER=500kV/m)11(6001TEL电感压降的空气击穿场强新标准中Sa1计算公式的推导：取L0=1.5H/m,第一类防雷建筑，首次雷击I=200kA，10/350 sEL=600(1+1/10)=660kV/mxixiL1x0Ri1a045.04.0660102005.1500200hRhRETIhLEIRSdtdihLiRux0i1a
11、xi1.04.0hR xixiL1x0Ri1a1.01.0300025.0505.150050hRhRETIhLEIRS后续雷击I=50kA，0.25/100 sEL=600(1+1/0.25)=3000kV/mxi1.0hR ixxixi51.01.04.0RhhRhR解解得得，令令新标准中Sa2计算公式的推导：L10201Ria22122ETIlLhLERISL 0 1=1.6 9 H/mL 0 2=1.8 9 H/m暂态高电位传递(6)接触电压与跨步电压4.5.6 在建筑物外引下线附近保护人身安全而要防接触电压和跨步电压的措施是：1 防接触电压应符合下列规定之一：1)利用建筑物金属构架和
12、建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于1 0 根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。2)引下线3 m 范围内土壤地表层的电阻率不小于50k.m。注：例如，采用5 c m 厚沥青层或1 5 c m 厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本 要 求。3)外露引下线，其距地面2.7 m 以下的导体用耐1.2/50s冲击电压100kV的绝缘层隔离，例如用至少3mm厚的交联聚乙烯层。4)用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。2 防跨步电压应符合下列规定之一：1)利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括位于建筑物
13、四周和建筑物内。2)引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于50k.m。注：例如,采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求。3)用网状接地装置对地面作均衡电位处理。4)用护栏、警告牌使进入距引下线3m范围内地面的可能性减小到最低限度。涉及新标准条款：4.3.9；4.4.8；5.25.3；附录D一、接闪器避雷针与避雷线(1)引雷机制IV.外部防雷系统(2)保护范围(3)针体的改进平头钝头圆头尖头距针中心轴距离针头附近场强钝头针尖头针头部扩展针O(4)避雷线保护角2.避雷带与避雷网(1)避雷带10m2.避雷网建筑物防雷等级建筑物防雷等级网格尺寸网格尺寸(m)第一类第一类
14、5 5 或或 6 4第二类第二类1010或或128第三类第三类2020或或2416明设暗设3.滚球法(1)确定建筑物上直接雷击部位建筑物防雷建筑物防雷类别类别滚球半径滚球半径(m)第一类防雷第一类防雷建筑物建筑物30第二类防雷第二类防雷建筑物建筑物45第三类防雷第三类防雷建筑物建筑物60r r r r r r(2)侧击防护4.3.9-2和4.4.1-2规定：高 于 6 0 m 的建筑物，其上部占高度20%并超过6 0 m 的部位 应 防侧击37.0124.087.0054.019.002.3057.1124.0178.0054.0upupIhhIHhIhhIL(3)滚球修正WWeeIHHIHI
15、rIHHIHIr06.0ue03.0uc)03.023.0(038.012.016.0)035.03.0(056.022.016.0(4)避雷网格渗透深度防护防护等级等级滚球半径滚球半径(m)网格尺寸网格尺寸(mm)I2055II301010III451515IV602020防护等级防护等级滚球半径滚球半径(m)网格尺寸网格尺寸(mm)I30 5 5 或或 6 4II45 1 0 1 0 或或 1 2 8III60 2 0 2 0 或或 2 4 1 6IEC 标准GB 50057-2010标准222222wrrpwppr防护防护等级等级网格宽度网格宽度w(m)滚球半径滚球半径r(m)滚球进入网
16、格的滚球进入网格的最大深度最大深度p(cm)(I)(I)52016I I53010.4IIII104528IIIIII206084V.电子信息系统防雷一、主要保护器件二极放电管 三极放电管1.气体放电管涉及新标准条款：5.1.2；6.4.16.4.8；附录J实际器件伏安特性UIABCDEF响应时间微秒(s)级；动作放电分散性较大GBA被保护电子设备uAGuBGuABt1t3t2t4t1 t2t3 t4uB1uA1uA2uB2uA1 uB1uA2 uB2OOOttt限压电路GBA被保护电子设备保护应用中存在的缺陷 动作时延 续流动作截波及短路反射技术参数及使用选择技术参数a直流放电电压b.冲击放
17、电电压c.冲击耐受电流 绝缘电阻与极间电容使用选择 直流放电电压选择d.功率选择2.压敏电阻（1）结构简介实际器件(2)伏安特性泄漏区限压区过载区参考电压uiO响应特性纳秒(ns)级，引头线使响应时间加长(3)压敏电阻参数 压敏电压(参考电压，U1mA)残压(残压比k=U1kA/U1mA )通流容量 泄漏电流 额定运行电压(4)使用选择a.压敏电压选择b.通流容量选择(5)并联及与放电管合用a.多个压敏电阻并联b.与放电管合用3.暂态抑制二极管(1)伏安特性ui击穿区反向区正向区正向+反向 +O(2)实际器件响应时间:皮秒(ps)级(3)寄生电容及其减小方法(4)主要参数：额定击穿电压;最大箝
18、位电压 反向变位电压;最大泄漏电流4 PTC正温度系数电阻PTC被保护设备PTC实际器件5.半导体放电管(暂态抑制晶闸管)uiIsIDRMVTVDRMVs实际器件伏安特性 半导体放电管(也称固体放电管)是一种PNPN组件,它中以被看作一个无门电极的自由电压控制的可控硅,当电压超过它的断态峰值电压(或称雪崩电压)时，半导体放电会将瞬态电压箝制到组件的开关电压(或称转折电压)值之内。电压继续增大时，半导体放电管由于负阻效应进入导通状态，只有在当电流小于维持电流时，组件才复位并恢复到它的高阻抗状态。特点:多次重复，快速响应（1纳秒）；启动电压范围5V-550V，瞬间冲击电流50A-3000A 使用原
19、则：a.VDRM最大断态峰值电压VDRM必须大于被保护电路的最大工作电压。2.VS开关电压VS必须小于被保护所允许的瞬间峰值电压。b.IPP最大瞬间峰值电流IPP必须大于通讯设备标准的规定二、防雷区划分与电涌过电压防护通讯系统雷电电涌雷电电涌电源线路信号线路1.防雷区划分(1)LPZ0A区：本区内各种物体均可能遭受直接雷击，内电磁场没有受到衰减。(2)LPZ0B区：本区内各种物体均不可能遭到大于所选滚球半径对应的直接雷击，本区内电磁场也没有受到衰减。(3)LPZ1区：本区内各种物体均不可能遭受到大于所选滚球半径对应的直接雷击，流经本区内各导体的雷电流比LPZ0B区减小，区内电磁场受到屏蔽体的衰
20、减。(4)LPZn(n=2,3,)后续防雷区：当需要进一步减小流入的雷电流和衰减电磁场时，应设置后续防雷区，并根据需要保护设备所要求的电磁环境来选择后续防雷区的保护指标。LPZ0ALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ2LPZ0BLPZ0BLPZ0ALPZ0ALPZn进入线路电涌过电压保护装置设置原则在各防雷区的交界面上设置避雷器或电涌保护器(SPD)避雷器电涌保护器SPD屏蔽室电源线信号线终端单元钢筋网格保保护护等等级级LPZ0与与LPZ1界面界面LPZ1与与LPZ2、LPZ2与与LPZ3界面界面直流电源标称放电直流电源标称放电电流电流(kA)第一级标称放第一级标称放电电流电电流(kA
21、)第二级标第二级标称放电电称放电电流流(kA)第三级标第三级标称放电电称放电电流流(kA)第四级标第四级标称放电电称放电电流流(kA)8/2010/3508/208/208/208/20A208040201010B15604020C12.55020D112.55010(2)界面标称放电电流规定值等电荷量Q判据，即两种冲击电流传输给被试物的电荷量相等(8/20)28.7(10/350)II等能量W/R判据，即两种冲击电流传输给被试物的能量相等(8/20)4.5(10/350)II以上关系适用于线性电阻，而压敏电阻是非线性电阻，其情况更为复杂些注：两种波形电流之间的等效性3.电源系统电涌防护(1)
22、配电变压器保护610kV220380V变压器外壳10MY-470FS-610M1M2M3LNPE220V（2）单级交流电源保护器（3）两级交流电源保护M1M2M3L1L2C2C5C6C1LNPE（4）两级直流电源保护稳压电路标称放电电流Iimp最大放电电流Imax保护水平p设备位置设备位置电源处设电源处设备备配电线及最后配电线及最后分支线的设备分支线的设备用电设备用电设备特殊需要保特殊需要保护的电子信护的电子信息设备息设备耐受冲击电压类耐受冲击电压类别别IV类类III类类II类类I类类耐受冲击电压额耐受冲击电压额定值定值6kV4kV2.5kV1.5kV（5）电气设备的冲击耐受指标()两级保护器
23、RD1D2GDT3.信号系统电涌防护(1)单级保护器RRD1D2D3D4D5D6两级信号保护电路发送器接受器保护器保护器接地母线放电间隙电源线信号线通讯电缆保护器保护器插入损插入损耗耗(dB)电压驻电压驻波比波比响应时响应时间间(ns)平均功平均功率率(W)特性阻特性阻抗抗()传输速传输速率率(bps)工作频工作频率率(MHz)0.51.3101.5系系统功率统功率应满足系统要求应满足系统要求（3）对信号保护器的要求指标插入损耗（Ae）在信号系统中插入一个保护器所引起的损耗。该参数表示在规定的工作频率范围内和负载阻抗下保护器接入前负载吸收的功率P1与接入后负载吸收的功率P2之比，以分贝数表示
24、如果把保护器接入前、后负载两端的电压分别记为U1和U2，负载电阻记为R，则负载在保护器接入前、后的功率可分别表示为和，将这些关系带入上式可得上式表明，插入损耗也等于保护器接入前、后负载端电压之比。保护器的插入损耗主要由其横向元件的等值阻抗所造成的，但在高频情况下，它也与保护器中纵向元件的寄生电容有关。21lg20PPAe21lg20UUAe 电压驻波比(VSWR)在高频信号线路上设置保护器后，由于保护器自身的特性阻抗ZS难以做到与信号线路特性阻抗Z0的匹配，于是在沿信号线路的入射波传输到保护器安装点处时，就会发生折、反射，产生与入射波反向的反射波。在信号线路上入射波电压与反射波电压相位一样的地
25、方，电压幅值相加为最大值Umax，形成波腹；在信号线路上入射波电压与反射波电压相位相反的地方，电压的幅值相减为最小值Umin，形成波节。信号线上其它各处的电压合成幅值将介于波腹和波节之间，这种由入射波和反射波合成的波称为驻波，驻波比VSWR的定义为波腹最大电压与波节最小电压之比，即 VSWR可以用波的反射系数来表示 这里的反射系数定义为minmaxUUVSWR 11VSWR0S0SZZZZ反射波电压幅值入射波电压幅值(4)保护距离vlau2GB506012010第10.1.2条款rpuuuUp(f)UL2UL1L1L2UpSPD=Up+UL1+UL2ipcX1X2(5)安装连线长度的影响dtd
26、iLdtdiLUpc2pc1pGB506012010 D.0.7 bSPDE/1F图D.0.7-2 SPD安装在或靠近电气装置电源进线端的示例bSPD（电涌保护器）与等电位连接带之间的连接导线长度，不宜 大于0.5m；F安装在电源进线端的剩余电流保护器；E/I被保护的电子设备VI.接地技术涉及新标准条款：5.4.15.4.9；附录C一、接地分类工作接地 根据系统正常运行需要而设置的接地。2.保护接地 为保证人身安全而设置的接地。3.防雷接地 为防雷保护需要而设置的接地。4.防静电接地 将静电荷引入大地，防止静电荷积累而设置的接地。二、工频接地电阻IURg=U/I1.接地电阻的定义2.组合接地体
27、3.冲击接地电阻=Rim/Rg(1)冲击效应(2)分布参数效应土壤电阻率土壤电阻率/m50010002000伸长接地体长度伸长接地体长度l/m304045556080(3)地网冲击接地电阻的工程计算)(gnlL1SBRL全部水平接地体总长(m),n垂直接地体的根数，l垂直接地体长度(m),S地网所占的总面积(m2),B系数,按下表取值：00.050.10.20.5B0.440.400.370.330.26Sl/gii RR 冲冲击击接接地地电电阻阻地网的2.01.61.20.80.402040601234土壤电阻率=100600m；区域12，I=10kA；区域34，I=10kA地网冲击系数i的
28、取值三、接地测量接地电阻测量(1)直线法被测接地体电压极电流极地电位分布曲线CP实际零电位点2D2D2D30(2)等腰三角形法(30法)180cos(21022rrrgp)(1120020rrrrx18.1 ,56.000 xr,cpgccprrrr1gcr(3)任意角度法(4)冲击接地电阻测量2土壤电阻率的测量AV012aaah不均匀土壤电阻率的多层模型AV012aaahIVa2ha10温度对土壤电阻率的影响四、降阻措施1.优化接地系统结构2.降阻剂(1)种类：化学降阻剂以电解质为主料 物理降阻剂以强碱弱酸盐为主料 导电水泥在水泥中加入导电的无机盐 稀土类降阻剂膨润土(2)指标：电阻率；吸水性；pH值；对接 地体的腐蚀率VII.国外信息系统防雷技术的研 发动态（1）接闪器的改进（2）高频保护器（3）设计软件-PSCAD,CDEGS
