避雷针避雷线的保护范围
中华人民共和国国家实用标准建筑物防雷设计要求规范
中华人民共和国国家标准建筑物防雷设计规范(GB50057-94)第一章总则第1.0.1条为使建筑物(含构筑物,下同)防雷设计因地制宜地采取防雷指施,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,做到安全可靠、技术先进、经济合理,制定本规范。
第1.0.2条本规范适用于新建建筑物的防雷设计。
本规范不适用于天线塔、共用天线电视接收系统、油罐、化工户外装置的防雷设计。
第1.0.3条建筑物防雷设计,应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上,详细研究防雷装置的形式及其布置.第1.0.4条建筑物防雷设计除应执行本规范的规定外,尚应符合国家现行有关标准和规范的规定。
第二章建筑物的防雷分类第2.0.1条建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类。
策2.0.2条遇下列情况之一时,应划为第一类防雷建筑物：一、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,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
二、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。
三、具有1区爆炸危险环境的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
第2.0.3条遇下列情况之一时,应划为第二类防雷建筑物：一、国家级重点文物保护的建筑物。
二、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、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。
三、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子没备的建筑物。
四、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物,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。
五、具有1区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。
六、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。
七、工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
八、预计雷击次数大于0.06次/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。
避雷线、避雷针与避雷器有什么作用
避雷线、避雷针与避雷器有什么作用避雷线、避雷针与避雷器的作用一、避雷线和避雷针的作用用于防止直击雷，使在它们保护范围内的电气设备（架空输电线路及变电站设备）遭直击雷绕击的几率减小。
二、避雷器的作用通过并联放电间隙或非线性电阻的作用，对入侵流动波进行削幅，降低被保护设备所受过电压幅值。
避雷器既可用来防护大气过电压，也可用来防护操作过电压。
附1，避雷线和避雷针的作用是什么避雷线和避雷针的作用是从被保护物体上方引导雷电通过，并安全泄人大地，防止雷电直击，减小在其保护范围内的电器设备（架空输电线路及通电设备）和建筑物受到直击雷的概率。
补充：避雷线避雷线是铁质的，避雷针是铜质（也可以是银质的），避雷针顶端向天，避雷网埋地，避雷线连接避雷针，雷雨季节，雷电从天空从避雷针进入避雷线直至埋地的避雷网，是除去雷击保护建筑物或仪器的设施.大都用于建筑，变压器电线竿，机房，发射架等.避雷线分圆截面和扁截面两大类型。
接复层金属包基体金属的不同分为：铅包钢、铅包铜、铜包钢、铅包钢避雷线。
避雷针用于高层建筑、烟囱或油罐上.下引可用避雷线连接.避雷针由针体及安装类别结构件构成.针类采纳不锈钢；针体须用铜包钢圆棒或钢管为基材.避雷针又名防雷针，是用来保护建筑物等避开雷击的装置.在高大建筑物顶端安装一根金属棒，用金属线与埋在地下的一块金属板连接起来，利用金属棒的尖端放电，使云层所带的电和地上的电渐渐中和，从而不会引发事故.避雷针规格必需符合GB标准，每一个级别的防雷需要的避雷针规格都不一样。
附2，避雷针的作用装置避雷针是避开雷击的有效方法.在房屋最高处竖一金属棒，棒下端连一条充足粗的铜线，铜线下端连一块金属板埋入地下深处潮湿处.金属棒的上端须是一个尖头或分叉为几个尖头.有了这样的装置，当空中有带电的云时.避雷针的尖端因静电感应就集中了异种电荷，发生尖端放电，与云内的电相中和，避开发生激烈的雷电、这就是避雷针能避雷的一方面.但这种作用颇慢，假如云中积电很快，或一块带有大量电荷的云蓦地飞来，有时来不及按上述方式中和，于是有猛烈的放电，加雷电仍会发生。
防雷设备保护
（3）氧化锌避雷器的电气参数
额定电压：
避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值 最大持续运行电压：
允许持续加在避雷器两端的最大工频电压的有效 值。取决于系统最大工作相电压
参考电压（起始动作电压U1mA)： 位于伏安特性曲线中由小电流区上升部分进入大 电流区平坦部分的转折处。
残压：
放电电流通过避雷器时，两端之间出现的电压峰
b) 火花间隙 电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔 开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm，单个间隙的工 频放电电压约为2.7～3.0kV(有效值)。
单个火花间隙结构 1—黄铜电极 2—云母垫圈
火花间隙作用原理：
间隙电场近似均匀电场,而过电压作用时云母垫圈
与电极之间的缝隙中产生电晕，对间隙产生照射作 用，使间隙的放电时间缩短，故其伏秒特性曲线平
本节内容：
2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围 2.2.2 避雷线防雷原理及保护范围
2.2.3 避雷器工作原理及常用种类
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2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围
1 避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头 采用圆钢或钢管制成 作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大 地，从而使被保护物体免遭直接雷击。 避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装 置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。
（1） 单支避雷针
单支避雷针的保护范围如下图所示
rx (h hx ) P
rx (1.5h 2hx ) P
h (hx ) 2
h (hx ) 2
P:高度影响系数
h 30m, P 1
单支避雷针的保护范围
5.5 30m h 120m, P h
建筑物防雷设计规范(中)(GB50057-94)
第二节第一类防雷建筑物的防雷措施第3.2.1条第一类防雷建筑物防直击雷的措施，应符合下列要求一、应装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。
架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×5m或6m×4m。
二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内，当有管帽时应按表3.2.1确定;当无管帽时，应为管口上方半径5m的半球体。
接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。
有管帽的管口外处于接闪器保护范围内的空间隔表3.2.1三、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。
四、独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。
对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。
五、独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离(图3.2.1)，应符合下列表达式的要求，但不得小于3m：1、地上部分：当h x<5R i时，S a1≥0.4(R i+0.1h x) (3.2.1-1)当h x≥5R i时，S a1≥0.1(R i+h x) (3.2.1-2)2、地下部分：Se≥0.4R i (3.2.1-3)式中S a1—空气中距离(m)；S e1—地中距离(m);R i—独立避雷针或架空避雷线(网)支柱处接地装置的冲击接地电阻(Ω)；H x—被保护物或计算点的高度(m)。
六、架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离（图3.2.1），应符合下列表达式的要求，但不应小于3m：1.当(h+l/2)<5R i时，S a2≥0.2R i+0.03(h+l/2) (3.2.1-4)2.当(h+l/2)≥5R i时S a2≥0.05R i+0.06(h+l/2) (3.2.1-5)式中S a2—避雷线(网)至被保护物的空气中距离(m);h —避雷线(网)的支柱高度(m)；l —避雷线的水平长度(m)。
避雷针的保护范围
避雷针的爰护范围摘要本文争论了避雷针的感应静电场掌握原理，说明白避雷针应用的环境性，提出了对避雷针（接闪器）的选择和设计的几点建议。
关键词避雷针接闪器建筑物防雷笔者在"避雷针爰护范围的理论与试验"⑴一文中介绍了避雷针爰护范围的主要历史资料，本文重要从物理学的角度，也就是从感应静电场掌握的角度争论这个问题。
可供防雷工作者参考，如有谬误之处欢迎同行和读者批判指正。
1.避雷针是引雷针1.1为避雷针正名避雷针实际上是引雷针，它的爱护作用是拦截闪电打在自己身上，从而使建筑物避开患病直接雷击，它把雷电的能量沿着引下线平安地导入地中；它不能阻挡雷电的行进，也不能消退雷电。
现在只有中国和日本仍旧使用"避雷针”这个名词；英国和美国都把它称为"导电针""我国称它为"接闪器"等等。
由于我们祖先用的是象形文字系统，望文生义是我们的习惯，为了避开误会"避雷针"的爱护原理，有人提出"要为避雷针正名"的建议。
在防雷学科本科的教科书《高电压工程学》中，接受直接雷击的防雷装置称为接闪器，避雷针是接闪器的一种，是棒形的；接闪器的形式还包括：避雷带、避雷网和法拉第笼（金属箱体和罐体）等。
2.2击选择性原理接闪器是依据雷击选择性原理设计的。
雷电先导放电的路径听从于统计规律，在全部可能放电的方向中，最主要的方向打算于最大电场强度。
雷雨云中的电荷积集到肯定密度，首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高空先导流注放电的方向是随机的, 不受地面物体的影响。
雷雨云下面的地面和地物受雷云电荷的静电感应，产生出与雷电异号的电荷，并使各地物表面的电场强度增加。
当下行先导流注进展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场开头被地物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向进展。
当下行先导流注行进到雷击高度H2后，某一个或几个地物表面电场强度达到了击穿空气的数值，该地物就会产生迎面先导流注，它向上进展与下行先导流注汇合，然后就产生剧烈的主放电，该地物就遭到了雷击。
避雷针及避雷线保护范围
针—集中设备、变压器等，如受雷面积不大的变电站、
线—架空线路（保护效果较差，但范围较大）
一、单支避雷针 避雷针在地面上的保护半径为:r=1.5h
ha h hx h/2
图中：h为避雷针 h 的高度（m）； x 为被保护物体的高 度（m）； rx 为在 高度为 hx 的水平面 上的保护半径 （m）。
hx 水平面上的保护半径确定： ①当 hx≥h/2时， r=(h- h)p （p为高度影响系数） x x
在被保护高度
5 .5 (h≤30m时，p=1 , 30＜h≤120m时， p ) h h
②当 x ＜h/2时
rx =(1.5h-2 hx)P
针离设备至少5m
二、两根等高针的保护范围的确定： 采用两针后针的保护范围的外侧与单针保护范围的确 定方法相同，针的内侧部分的确定方法为：令D为两 针间距离；2 bx等于在高度为 hx水平面上保护范围的最 小宽度，它位于两针的连接线的中点，即距每针的距 离为D/2。
D
rx
rx
习题：某厂有两个原油罐，一个高为12米、 直径为6米，另一个高10米、直径10米，两 油罐的净距为16米。试设计采用单支避雷针 保护的最佳方案，并绘出避雷针的平面保护 范围。
习题：某变电站内有两根等高避雷针，高度 为25米、针间距离为45米。某被保护物位于 两针之间，被保护物高度为11米。试计算避雷 针在被保护物高度水平面上的保护范围？
b bx 确定： x=1.5(h0-hx)
h0为两针保护范围上部边缘最低点的高度，计算如下：
两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
避雷针、避雷线的保护范围
独立避雷针
构架避雷针
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避雷线用于保护架空线路，或厂站狭窄地区。
单回避雷线
双避雷线
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避雷针（线）结构组成
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▲接闪器: 避雷线本身或避雷针的针头。（Φ10－12mm长 1－2m的镀锌或镀镍钢棒）
▲引下线：连接接闪器与接地体的金属导体。（Φ6mm圆 钢或截面积≮25mm的镀锌钢绞线,也可以利用钢筋或铁塔）
• 直击雷或感应雷从输电线路、通讯光缆、无线天线等金属 雷电入侵 的引入线引入建筑物内，发生闪击或雷击事故
波
3.1 防雷设备认知
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直击雷防护
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侵入波防护
避雷针 避雷线
防雷保护装置
引雷于本身，并泄入大地 使被保护物体避免雷击
防雷接地装置
避雷器
防止沿输电线侵入变电站 的雷电过电压波
3.1 防雷设备认知
精品课件
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➢ 三、避雷针（线）保护范围
电力系统 “折线法”、建筑 物“滚球法”
1.单支避雷针的保护范围
避雷针在地面上的保护半径
r 1.5hP
3.1 防雷设备认知
P—高度影响系数 h—避雷针的高度，m r—保护半径，m
精品课件
3.1 防雷设备认知
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在被保护物高度水平面上的保护半径
当hx
h 2
时，rx
(h hx )P
ha P
当hx＜
h 2
时，rx
(1.5h 2hx )P
hx——被保护物的高度，m ha——避雷针的有效高度，m
避雷线保护范围
1绪论雷电是一种大气自然现象，对人类社会而言，雷电有时也会造成自然灾害。
人与自然总体上是和谐发展的，这是社会进步的前提，雷电灾害的范围和表现形式在这发展过程中也在发生变化，于此同时，雷电防护科学技术也在人类认识自然，抵御自然灾害过程中不断发展。
从久远的过去开始，雷电就对人类、人类赖以生存的自然资源和人类创造的物质文明构成巨大的威胁，例如，森林火灾有50%以上因雷电引发；人们居住生活的建筑物屡遭雷电破坏；电力、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事故。
不难看出，雷电灾害的范围随社会经济发展而扩大，其表现形式随其范围扩大而复杂。
因此，提高雷电防护科技水平势在必行。
富兰克林发明避雷针之后，这一防雷工程技术延续了百余年毫无发展，不仅是由于人类对雷电的认识停滞不前，而且还由于实际需要没有变化，避雷针还未显出其局限性[1]。
架空电线上直击雷和感应雷产生的或电压波沿线侵入建筑物内造成设备损坏、破坏房屋和人身伤亡等现象，这是富兰克林年代不可能见到的。
这是科技发展带来的新的雷灾，当然富兰克林的避雷针无法对付它，需要一种完全不同的思路来防止这种雷灾，那就是在过电压波入建筑物之前把它倒入地，为此而设计出来的避雷装置就是避雷线。
近年来，国外超高压线路有采用良导线避雷线的趋势，主要采用铅包钢线，它具有强度较高、不生锈、又有适当的导电率的优点。
一般用绝缘子使之与杆塔相互绝缘，利用间隙引导雷电流入地，这样，可利用避雷线作为载波通道并减少电能感应损耗。
本文主要介绍了雷电的形成、危害、防雷原理和防雷措施，还对单支避雷线进行了有效的安全防护范围的计算。
2雷电的形成及其危害2.1雷电的形成雷电是自然界的一种静电放电现象。
在阳光照射地面后，地面水分蒸发成水蒸汽，受热变轻上升。
上升气流中水汽遇冷气凝成小水滴，当水滴聚积很多时即成为云，云层很厚时便形成乌云。
云层中可带有不同电荷。
乌云可通过如下三种效应起电，即①水滴破裂效应:云中水滴被强气流吹袭，会分成两个以上水滴，而较大水滴带正电，较小水滴带负电，于是云层带有不同的电荷（正电及负电）；②吸收电荷效应:宇宙射线作用下，大气中存在正负两种离子，且空间存在自上而下的电场，该电场使云层上部聚负电，下部聚正电，在气流作用下使云层分离，从而使云层带不同种电荷；③水滴冻冰效应：云滴在气流作用下升入高空，遇冷结成冰晶后开始下降，在下降中又遇到云滴，在冰晶周围形成水膜，在冰晶及水膜间形成了电位差，其冰晶带负电而水膜带正电。
防雷滚球法
附件Ⅳ避雷针、避雷线保护范围计算(滚球法)Ⅳ.1 建筑物的防雷分类♦按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定,建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类.Ⅳ.1.1 第一类防雷建筑物●第一类防雷建筑物凡存放爆炸性物品,或在正常情况下可能形成爆炸性混合物,因电火花而爆炸的建筑物,会造成巨大破坏和人身伤亡者.●防雷措施防直击雷◆装设独立避雷针(或消雷器),或架空避雷线(网)(架空避雷网的尺寸不应大于5m×5m或6m×4m).◆冲击接地电阻小于10Ω.防感应雷◆建筑物内各种设备及金属物都应连接到防感应雷的接地装置上,其接地装置与电气设备接地装置共用.◆屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应小于2处.◆工频接地电阻小于10Ω.防雷电波入侵◆对非金属屋面应敷设避雷网,并可靠接地.室内的一切金属设备和管道,均应良好接地,不的有开口环形.电源进线处应装设避雷器.◆冲击接地电阻小于10Ω.防侧击雷措施◆从30m起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平避雷带与引下线相连.引下线不应少于2根,并沿建筑物四周均匀对称布置,其间距不应大于12m.◆30m以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接.●消雷器(有争议)消雷器组成:装设在被保护物上方,带有“很多尖端电极的电离装置”.设置在地表层内的“地电流收集装置”.接通这两种装置的“连接导线”.消雷器工作原理•消雷器是70年代由美国发展起来的新型防雷装置.•利用金属针状电极的尖端放电原理设计的.•在雷云电场作用下,当尖端电场达到一定值时,周围空气发生游离后,在电场力作用下离去,而接替它的空气分子相继又被游离.如此下去,从金属针端各周围有离子电流流去.随着电位的升高,离子电流按指数规律增加.•当雷电出现在消雷器及被保护设备上空时,消雷器及附近大地均感应出与雷云电荷极性相反的电荷.安装有许多针状电极的离子化装置,使大地的大量电荷在雷云电场作用下,由针状电极发射出去,向雷云方向运动,使雷云被中和,雷电场减弱,从而防止保护物遭雷击.•消雷器的功能:使雷电冲击放电的微秒∙千安级瞬变过程转化为秒∙安级缓慢放电过程,因而使被保护物上可能出现的感应过电压降低到无危害的水平,达到“防雷消灾”的目的.消雷器根据离子化装置上金属针状电极不同分类:少长针型,多短针型.国产分类:导体伞板型,导体阵列型•导体伞板型用途:占地一定面积的发电厂、变电站、军火库、气象站、电视塔、重要防雷场所.•导体阵列型用途:架空线路.•接地电阻一般小于100Ω,则可满足要求.Ⅳ.1.2 第二类防雷建筑物●重要的或人员密集的大型建筑物.如:国家级重点文物保护的建筑物,国家级办公建筑物,大型会展中心或博物馆,国家级大型计算机中心和装有重要通信、电子设备的建筑物,19层及以上住宅楼,超过50m的其他建筑物等.●防雷措施 防直击雷◆装设独立避针.◆装设在建筑物上避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器. 防感应雷◆建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物,应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上(可不另设接地装置).◆建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应小于2处.◆防感应雷接地装置与电气接地装置共用或相连时,应在电源线路引入端装设避雷器. 防雷电入侵波◆将避雷器、电缆金属外皮、钢管等连接在一起接地. 冲击接地电阻不应大于10Ω. Ⅳ.1.3 第三类防雷建筑物●不属于第一、第二类建筑物,又需要作防雷保护的建筑物. ●防雷措施防直击雷:宜采用装设在建筑上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器(利用其高出被保护物的凸出位置,把雷电引向自身,然后通过引下线和接地装置将雷电流泄放到大地,使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击). 冲击接地电阻不应大于30Ω.Ⅳ.3 防雷设备●防雷设备主要有:避雷针、避雷线、避雷器、浪涌保护器（电子信息系统）Ⅳ.3.1 避雷针●避雷针的组成:接闪器(避雷针的针头)、引下线、接地体.通常接闪器安装在构架上. ●用滚球法确定避雷针的保护范围.●国际电工委员会1990年3月出版的建筑物防雷标准，以滚球法作为确定接闪器的保护范围.我国《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994中规定避雷针保护范围的计算采用滚球. Ⅳ.3.1.1滚球法 ●滚球法是以r h 半径的一个球体,沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物),或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位时,则该部分就能得到接闪器的保护.●不同建筑物防雷级别的滚球半径用滚球法计算避雷针的保护范围时,不同防雷建筑物的滚球半径,表2.1.1.表2.1.1 不同建筑物防雷级别的滚球半径Ⅳ.3.1.2 单支避雷针的保护范围●针高度r h h （滚球半径）作图方法,图2.1.3图2.1.3 单支避雷针高度小于滚球半径时的保护范围距离地面r h 处作一平行于地面的直线.以针尖为圆心,r h 为半径,作弧线交于平行线的A 、B 两点.以A 、B 为圆心,r h 为半径,作弧线,与针尖相交,与地面相切.此弧线绕避雷针旋转360°形成一锥体,锥体及为保护范围.由图得,在r h 高度x x '平面上保护半径x r : ()()2222x r r r r x h h h h h h r -----=(2.1.5)式中 r h -滚球半径,m; x h -被保护物高度,m.避雷针在地面上的保护半径0r : ()()()h h h h h h h h h h h r r r r r r r -=+--=--=22222220 (2.1.6)●针高度r h h >（滚球半径）作图方法,图2.1.4在针上取高度r h 的一点代替单支避雷针针尖为圆心,其余作图法同图2.1.3.图2.1.4 单支避雷针高度大于滚球半径时的保护范围Ⅳ.3.1.3 双支等高避雷针的保护范围●避雷针高度r h h <(滚球半径)(两针距离()h h h D r -≥22时,各按单针确定保护范围) 两避雷针距离()h h h D -<22,作图方法,图2.1.5.图2.1.5 两支等高避雷针保护范围AEBC 外侧保护范围,按单针确定.C 、E 点位于两针间的垂直平分线上,在地面的最小保护宽度0b()()()2222202222⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-===D h h h D h h h AO AC OE CO b r r (2.1.7)A ，B 针尖保护范围上边线,是以AB 针中心线上距地面r h 的一点O ＇为圆心,以R 为半径所作的弧()222⎪⎭⎫⎝⎛+-=D h h R r (2.1.8)在AOB 轴线上,距中心任一距离x 处,其保护范围上边缘的保护高度x h()222222x D h h h x R h h r r r x -⎪⎭⎫⎝⎛+--=--= (2.1.9)在保护高度x h 上的保护半径x r()()x r x r h h h h h h ---=22 (2.1.10)任一保护高度x h 和C 点所处的垂直平面上,以x h 作为段想避雷针,按单针方法确定,如图2.1.5的1-1剖面. 两针之间保护范围的最低点0h()2202⎪⎭⎫⎝⎛+--=-=D h h h R h h r r r (2.1.11)Ⅳ.3.1.4 双支不等高避雷针的保护范围●避雷针1#高度r h h ≤1(滚球半径),避雷针2#高度r h h ≤2,且两针之间的距离 ()()221122h h h h h h D r r -+-≥时,各按单针确定保护范围.●避雷针1#高度r h h ≤1(滚球半径),避雷针2#高度r h h ≤2,且两针之间的距离 ()()221122h h h h h h D r r -+-<时,作图方法.图2.1.6图2.1.6 双支不等高避雷针保护范围●AEBC 外侧保护范围,按单针方法确定. ●地面上的保护范围01r ,02r ()()1122012h h h h h h r r r r -=--=(2.1.12)●地面上每侧最小保护宽度0b()2111212012202D h h h D r AO AC EO CO b r --=-=-=== (2.1.13)●两针尖之间最高保护范围R作AB 垂直平分线,与r h 线交于O ＇点,以O ＇为圆心,R 为半径,作圆弧AB. ()2121D h h R r +-= (2.1.14)()()2122D D h h R r -+-=(2.1.15)●CE 线或O ＇H 线位置计算,由式(2.1.14)、(2.1.15)联立求解得 ()()DD h h h h D r r 2221221+---=(2.1.16)●AB 针之间的保护范围x h ()222x r h h x R -+=,解之得()2212122x D h h h x R h h r r r x -+--=--= (2.1.17)●AB 两针之间保护范围的最低点0h式(2.1.17)中,当x=0时()21210D h h h h r r +--= (2.1.18)●两针之间AEBC 内的保护范围ACO 与AEO,BCO 与BEO 是对称的,故以ACO 部分的保护范围为例,在x h 和C 点所处的平面垂直平面上,以x h 作为假想避雷针,按单支针的方法确定,图2.1.6中的剖面1-1. ●确定x x '平面上保护范围截面的方法与双支等高避雷针类同. Ⅳ.3.1.5 矩形布置的四支等高避雷针的保护范围●针高r h h ≤(滚球半径),当对角两针之间的距离()h h h D r -≥223时,各按双支等高避雷针的方法确定保护范围.●针高r h h ≤(滚球半径),对角两针之间的距离()h h h D r -<223时,作图方法如下: 四支针外侧保护范围各按双针方法确定. ◆地面上的保护范围0rB 、E 二针连线上保护范围,图2.1.7的1-1剖面.◆E 、B 两针尖的保护范围:以B 、E 针尖为圆心,r h 为半径,作弧,相交于O 点,再以O 点为圆心,以r h 为半径作圆弧,与两针尖相接. ◆保护范围最低点高度0hr r h h D h h -+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=23202 (2.1.19)◆y h 高度的yy ＇平面上保护范围截面,以P 点为圆心的半径 ()[]()()200202222h h h h h h h h h ON OW NW y y r y r r ---=---=-=(2.1.20)r h OW =, y r h h h ON -+=02-2剖面的保护范围,作图法◆以P 点的垂直线上的O ＇点(距离地面的高度0h h r +)为圆心,r h 为半径作圆弧,与被保护高度x h 的水平线相交于F 、H 点.以F 、H 为假相的针作图.图2.1.7 四支等高避雷针保护范围◆(关键点)保护范围最低点的高度0h 按式(2.1.19)计算,(因为3D 距离最长, 0h 最小)即 ◆由直角△O ＇TH 看出 ()212202⎪⎭⎫⎝⎛--=-+x D h h h h r x r (2.1.20)◆由直角△KLH 看出()()2022x b h h h r x r +-=- (2.1.21)♦出可由式(2.1.20),(2.1.21)联立求出x h 和x 值. 3-3 剖面的保护范围,作图法(与2-2剖面相同)◆以P 点的垂直线上的O 〃点(距离地面的高度0h h r +)为圆心,r h 为半径作圆弧,与被保护高度x h 的水平线相交于U 、V 点.以U 、V 为假相的针作图.◆(关键点)保护范围最低点的高度0h 按式(2.1.19)计算,(因为3D 距离最长, 0h 最小)即可联立解出x h 和x 值.确定4支等高避雷针中间在0h 至h 之间y h 高度Y Y '平面上保护范围截面,以点P 为圆心,()()202h h h h h y y r ---作圆或圆弧,与各双支避雷针在外侧所作的保护范围截面组成该保护范围截面.Ⅳ.3.2 架空避雷线Ⅳ.3.2.1 单根避雷线的保护范围●架空避雷线的高度要考虑弧垂的影响,在无法确定弧垂的情况下,可考虑架空避雷线中点的弧垂为: ♦等高支柱之间的距离小于120m 时,弧垂为2m;间距为120~150m 时,弧垂为3m. ●当单根避雷线的高度r h h 2≥时,无保护范围.●当单根避雷线的高度r h h 2<时,保护范围确定,图2.1.8.图2.1.8 单根架空避雷线保护范围●作图方法:◆距离地面r h 处作一条平行于地面的直线.◆以避雷线为圆心,r h 为半径作弧,交于平行线的A 、B 两点.◆以A 、B 两点为圆心,r h 为半径作弧线,该两段弧线相交或相切并与地面相切,从该弧线起到地面止即为保护范围.◆当r r h h h 2<<时,保护范围最高点的高度0h 按(2.1.22)计算. h h h r -=20 (2.1.22) 〖证明:直角ADE ADC ∆≅∆,r h h DE CD -==,h h CD h h r r -=-=20〗 ◆避雷线在x h 高度的x x '平面上的保护宽度x b ()()x r x r x h h h h h h b ---=22 (2.1.24)式中 x b -避雷线在x h 高度的x x '平面上的保护宽度,m;h -避雷线的高度,m;r h -滚球半径,m.由表2.1.1确定; x h -被保护物高度,m.〖证;∵直角FCB ∆中,()()h h h h h h FB FD DB b r r r -=--=-==222220直角BGH ∆中,()()x r x x r r h h h h h h BH BG GH y -=--=-==22222∴()()x r x r x h h h h h h y b b ---=-=220 〗Ⅳ.3.2.2 两根等高避雷线的保护范围●当避雷线高度r h h ≤,两线之间的距离()h h h D r -≥22时,各按单根避雷线方法确定. ●当避雷线高度r h h ≤,两线之间的距离()h h h D r -<22时,作图方法,图2.1.9. 两根避雷线的外侧,各按单根避雷线的方法确定.两避雷线之间保护范围:以C 、D 两线为圆心,r h 为半径,作圆弧交于O 点.以O 为圆心, r h 为半径,作圆弧交于C 、D 点.图 2.1.9 两根等高避雷线在r h h ≤时保护范围 两线之间保护范围的最低点的高度0hr rh h D h h -+⎪⎭⎫⎝⎛-=2202 (2.1.25)避雷线两端保护范围按双支避雷针的方法确定.但在两避雷线间的中线两端按图2.1.9中1-1剖面确定.◆以双支避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度0h ',作为假想避雷针,将其保护范围的延长线与()h f h =0交于E 点.〖图2.1.9中的1-1剖面中,0h '相当于(2.1.9)式0=x 时的00|=x h .〗 ◆内移位置的距离x 为 ()0002b h h h x r --=(2.1.26)〖以1-1剖面为准,图中0h 的E 点作为假想避雷针,其在地面的保护范围:()()000202h h h h h h b x r r r -=--=+, 〗0b 按式(2.1.7)确定.●当避雷线高度r r h h h 2≤<,且()[]r r r h D h h h h 222<<--时,作图方法,图2.1.10. 距离地面r h 处作一条与地面平行的线.以避雷线A 、B 为圆心,r h 为半径,作圆弧相交于O 点,并与平行线相交(或相切)于C 、E 点. 以O 为圆心, r h 为半径,作圆弧相交于A 、B 两点. 以C 、E 为圆心, r h 为半径,作圆弧相交于A 、B 两点并与地面相切.图2.1.10 两根等高避雷线在r r h h h 2≤<时的保护范围两避雷线之间保护范围最低点的高度0hr rh h D h h -+⎪⎭⎫⎝⎛-=2202 (2.1.27)最小保护宽度m b 计算◆由图可知,从中线至E 点距离()r m h b +,而其在地面的平行线的相应距离 ()r r m h Dh h h b -+-=22 (2.1.28) 避雷线两端保护范围按双支等高为r h 的避雷针确定.但在两避雷线间的中线两端,保护范围确定方法.图2.1.10中剖面1-1.◆以双支高度r h 的避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度 作为假想避雷针,将其保护范围的延长弧线与()h f h =0线交于F 点. 〖证:将0=x ,r h h =代入(2.1.9)式()2222xD h h h h r r x -⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=,得出20Dh h r -=' 〗 ◆内移位置的距离x:()220022⎪⎭⎫⎝⎛---=D h h h h x rr (2.1.29)〖证:图2.1.10中的1-1剖面, ∵HP 线与地面平行∴2202⎪⎭⎫⎝⎛-+=+==D h x b x KM HP rr h PF PM HK ===, r h h FH -=0直角FHP ∆,()()00202222h h h h h h FH PF HPr r r -=--=-=∴()002222h h h D h x r r-=⎪⎭⎫⎝⎛-+ 得(2.1.29)式0b : 1-1剖面中,从(2.1.7)式()2022⎪⎭⎫⎝⎛--=D h h h b r 以r h 代h 得2202⎪⎭⎫⎝⎛-=D h b r〗Ⅳ.3.3 特定条件下的保护范围●上述计算保护范围的各图中所画的地面也可以是其他接闪器或建筑物上的接地金属物.●当接闪器在“地面上保护范围的载面”的外周线触及其他接闪器或接地金属物时,各图的保护范围均适用于这些接闪器.●当其他接闪器或接地金属物处在外周线之内,且位于被保护部位的边沿时,应按以下方法确定所需断面的保护范围.图2.1.11图2.1.11 确定建筑上任两接闪器在所需断面上的保护范围●作图方法:♦以A 、B 为圆心,r h 为半径作弧线相交于O 点.♦以O 点为圆心, r h 为半径作弧线相交于AB,弧线AB 就是保护范围的临界线.●在建筑物屋面已采用避雷网保护时,可将屋面等同于上述各图的地面,只要高于得到避雷网保护的屋面以上的接闪器按前述方法所确定的“地面上保护范围的截面”的外周线处在屋面范围内时,按上述各图确定保护范围的方法也适用于这种情况.如仅部分外周线处在该屋面范围内时,则仅这部分按各图相应的方法确定保护范围.Ⅳ.3.4 避雷带与避雷网Ⅳ.3.4.1 避雷带 ●避雷带设置沿建筑物屋顶四周易遭受雷击部位明设的作为防雷保护的金属带作为接闪器,沿外墙作引下线和接地网相连的装置称为避雷带.图2.1.12.◆如:屋脊、屋檐(有坡面屋顶)、屋顶边沿、女儿墙、平屋面上等.◆避雷带一般要高出屋面0.2m.两条平行的避雷带之间的距离应不大于10m.屋顶上有烟囟或其他突出物时,要另设避雷针或避雷带.图2.1.12 避雷带结构示意图●材料要求:避雷带用圆钢(φ≮8mm)或扁钢(截面积≮48mm 2,厚度≮4mm)做成长条带状体. ●接地电阻:冲击接地电阻Ω<10ch R●工作原理:当雷云的下行先导向建筑物上的易受雷击部位发展时,避雷带率先接闪,承受直接雷击,将强大的雷电流引入大地,使建筑物得到保护(建筑物的重点保护措施). Ⅳ.3.4.1 避雷网●避雷网结构:在建筑物上纵横交错的避雷带叠加在一起,组成避雷网.对建筑物全面保护.●材料要求:圆钢直径不小于8mm;扁钢截面积不小于48mm 2,存度不小于4mm. ●避雷网分类明装避雷网:在建筑物的屋顶上、层顶屋面上以较疏松的可见金属网格作为接闪器,沿其四周或外墙引下线接地.使用少.暗装避雷网:利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为防雷装置. ●避雷网保护原理利用建筑物中的钢骨架(包括地基中的钢筋和各层楼板),只要保持可靠的电气连接,就是一个大金属笼,同时与大地良好的电气连接,形成一个可靠的等电位的接地体.放在建筑物内的各种金属设备、电气设备、上下水管等与钢筋架可靠连接,就能防止直接雷击. 笼体金属网格尺寸越小,防雷效果越好.GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》中避雷网格尺寸,表2.1.2.表2.1.2 避雷网格尺寸●避雷网的布置利用混凝土结构中的钢筋作为暗装避雷装置时,必须做到内部钢筋可靠的电气连接. 各层梁、柱、墙、楼板内钢筋要绑扎或搭接,每隔20m 的间距焊接一处.建筑物内的金属设备必须可靠接地,电气设备采用中性点接地系统,其中性点统一接到避雷接地装置上.建筑物的电气线最好穿金属管或采用有金属屏蔽的电缆,以便达到屏蔽作用.也可采用高绝缘强度的绝缘套管套上,防止雷电反击.建筑物顶部的金属突出物,如金属旗杆、钢爬梯、透气管、金属烟囟、金属天线等,必须与避雷网焊接,以形成统一的接闪器.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. 避雷网可采用25mm ×4mm 镀锌扁钢.Ⅳ.3.5 引下线和接地装置Ⅳ.3.5.1 引下线●引下线的作用:做为接闪器引下的雷电流的流通通道. ●引下线材料:表2.1.3表2.1.3 引下线最小规格Ⅳ.3.5.2 接地装置●接地装置的作用:向大地泄放雷电流,限制防雷装置对地电压不致过高. ●要求接地装置和引下线必须用金属焊接.独立避雷针必须布置独立的接地装置,接地电阻不宜大于10Ω. 独立避雷针及其接地装置与道路和建筑物的距离方应大于3m. Ⅳ.3.5.3 避雷针(线)雷电反击●当雷电电流通过引下线和接地装置入地时,雷电流在接地引下线的电感和接地电阻上的压降会使接地引下线的电位和地电位升高.当避雷针和被保护物间的空气间隙a S 不够大时,避雷针上的高电位A u (与被保护物等高的避雷针上A 点的电位)可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上,这一现象称为反击.反击使被保护物遭雷击.当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离e S 不够大时,避雷针接地装置上的高电位B u 可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上,使被保护物的地电位升高,使被保护物受大气过电压的威胁. ●要求避雷针和被保护物间的空气间隙a S 不应小于5m.避雷针的接地装置和被保护物接地装置之间在地下的距离e S 不应小于3m.Ⅳ.3.6 半导体消雷器(或限流避雷针)●半导体消雷器的作用:半导体消避器和限流避雷针是一种能降低雷电流幅值和陡度的新型防直击雷装置.●半导体消雷器的组成:半导体消雷器的接闪器由5~9根半导体针组成,向上呈辐射状布置在数个垂直交叉的扇轴上,同一扇面相邻两针间的夹角为15°~20°.每根半导体针长约5m,针体电阻为35Ω,单针闪络电压在1400kV 以上.每根针端部有4根30cm 长有金属针.●半导体消雷器安装:半导体消雷器可安装在高塔或建筑物的顶部.图2.1.13.(a) 9针半导体消雷器 (b) 限流避雷针图2.1.13 消雷器●半导体消雷器工作原理半导体消雷器消减向下发展雷电的原理◆当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强(2500~3000kV/m)时,将出现由云向下发展的放电,称为先导放电.◆下行雷电:自雷云向下开始发展先导放电的.◆利用尖端放电产生和雷云异号的电荷,中和雷云中的电荷,使之不足以发生下行先导(以中和为纲).◆消雷器应能在雷云下产生足够大的中和电流,即电晕电流.在同样的雷云电场下,塔身愈高,电晕电流就愈大,防雷效果愈好.◆以中和为原理的消雷器缺点:怕风.原因:中和电荷由地面上升的速度v 是由雷云的平均场强E 和电何的迁移率k 决定的,v=kE.对负雷云,向上升的电何为空气的正离子,它的k=0.136(m/s)/(kV/m),以E=40kV/m 计,正离子上升的速度v=0.136×40=5.44m/s,而海洋季风到达的地区,水平风速可达10~20m/s(相当于5级~8级风),甚至可达33m/s(相当于11级风),这样,中和电荷来不及上升到雷云就会被风吹走.◆半导体消雷器优点:在雷暴时水平风速不大的情况下靠中和作用中和部分雷云电荷;在水平风速较大时,靠半导体电阻的限流作用(以限流为纲),消灭上行雷和大幅度降低那些来不及被中和的下行雷的雷电流的幅值和陡度.半导体消雷器和限流避雷针抑制上行雷电流发展的原理◆上行先导放电:雷云自地面突出物向上开始发展先导放电的. ◆上行雷先导需要的平均雷云下电场E 0,表2.1.4 表2.1.4 可能发展上行先导的估计条件◆实测,只有当上行先导电流大于100A 时,上行雷才有可能得到发展.◆支持上行先导电流的电动力h E F 0=.塔体h 越高,发生上行雷所需的地面场强0E 就小. ◆分析:•当塔高为60m 时,可取m kV E /320=,上行先导电流的电动力•设在非半导体消雷器(即半导体消雷器的电阻R=0)时,上行先导电流I=100A,制约上行先导发展的空气的等值电阻0R•据此,估算出上行先导经R=35k Ω的半导体针发展时的先导电流I,将被限制为•而35.42A 电流在35k Ω电阻上的压降kV kV 150012403542.35<=⨯,所以不会造成半导体针的沿面闪络.先导上行也不可能发展.•抑制上行雷电发展:用针体电阻为35k Ω的电阻来限制上行雷的发展,可以100%消除由地面向上发展的雷电. 半导体消雷器限制下行雷电流原理◆起电后的雷云和大地之间相当于一个充了电的 “电容器”,雷击大地相当于把已充好电的电容器的正负两极直接短接.◆半导体消雷器抑制下行雷电流原理:在“电容器”的放电回路中串入电阻,降低电容器放电电流的幅值,延长放电时间.◆为了限制上行雷的发展,半导体单针电阻取35k Ω(前面分析),已知单针的闪络电压为1500kV,在下行雷电流流过针体的电流由0上升超过43A 时,将发生沿针体表面的闪络→解决:改变相邻两针间的夹角(相邻两针的夹角取15°~20°)、空气间隙的距离,使相邻两针针头间空气间隙的放电电压低于针体的沿面闪络电压.这样空气间隙就会在针体发生沿面闪络前先行击穿,实现二针、三针甚至多针的自动并联,使限流电阻随着电流的增大而降低,形成整体的非线性.即使19针并联后其值仍有1.842kΩ,仍能起到限流作用.半导体消雷器闪络后具有限流作用半导体消雷器的保护范围◆标准：《半导体少长针消雷装置使用的安全要求》BG/T1643-1996.•对一般设施,半导体少长针消雷器的地面保护范围可取塔高的5倍,其保护角为78.8°,•对于易爆设施,取塔高的3.5倍,其保护角为74°(保护角:以针尖为顶点,过针尖的线与针的夹角).•限流避雷针的保护范围和一般避雷针相同.Ⅳ.3.7 避雷器●避雷器的作用防止雷电行波沿线路侵入变配电所功其他建筑物内,危及被保护设备的绝缘.避雷器是一种能释放雷电或过电压的能量以限制过电压幅值,又能截断续流,不致引起系统接地短路的保护设备.避雷器接于带电导线与地之间,与被保护设备并联.●避雷器的工作原理在正常情况下,避雷器中无工频电流流过,对工频电压呈高阻状态.一旦传来雷电入侵波,使过电压值达到规定的动作电压时,避雷器被击穿,相当于短路状态,使得雷电电流通过引下线和接地装置迅速流入大地,从而限制过电压水平.当雷电入侵波消失后,避雷器能自动恢复高阻状态,自动切断工频续流.避雷器的工频续流:避雷器击穿后,在系统的工频电压的作用下,流过避雷器的电流.●避雷器分类:间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等.●间隙避雷器结构:由两个相距一定距离的电极构成.原理:通过调整两个电极之间的距离,使得电极间的击穿放电电压低于被保护设备的绝缘耐受电压.当雷电波入侵时,电极间隙击穿,形成电弧接地,使得雷电流通过引下线和接地装置流入大地,限制了被保护设备电压的升高.用途:间隙保护用途:线路、变压器进线段.缺点:灭弧能力差.●管型避雷器结构:由内、外两个间隙和产气管组成.原理:当间隙被击穿,雷电流流入大地,过电压消失后,在工频续流电弧作用下,产气管产生大量气体,通过纵吹灭弧.工频续流电弧在电流过零时熄灭,恢复间隙的绝缘性.用途:线路、变电所的进线段保护.●阀型避雷器结构:由叠装于密封瓷套内的火花间隙和阀片(非线性电阻,常为碳化硅钢片)串联构成.原理: 非线性电阻是:电流越大,阀片电阻越小.火花间隙的作用:正常工作时将阀片与母线隔离,当雷电行波入侵时,火花间隙被击穿,雷电流经阀片流入大地,由于避雷器的冲击放电电压低于被保护设备的绝缘耐压,从而保护了电气设备.当雷电行波电压消失后,在间隙中有工频续流,电流大大减小,阀片电阻急剧升高,间隙电弧在过零时熄灭.用途:FS型通流容量小,主要用于3kV~10kV配电系统;FZ型通流容量大,主要用于保护发电厂、降压变电所等设备.●氧化锌避雷器阀片由氧化锌制成,非线性伏安特性优于碳化硅.正常工作时,氧化锌阀片具有极高的电阻,相当于绝缘;而在过电压时,氧化锌阀片电阻很小,相当于短路状态.残压小.过电压消失后,阀片电阻在极短时间内就可恢复到绝缘状态,工频续流被限制.氧化锌避雷器主要技术参数。
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)
建筑物防雷设计规范(GB50057-94)日期：2008-3-24中华人民共和国国家标准建筑物防雷设计规范(GB50057-94)第一章总则第1.0.1条为使建筑物(含构筑物,下同)防雷设计因地制宜地采取防雷指施,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,做到安全可靠、技术先进、经济合理,制定本规范。
第1.0.2条本规范适用于新建建筑物的防雷设计。
本规范不适用于天线塔、共用天线电视接收系统、油罐、化工户外装置的防雷设计。
第1.0.3条建筑物防雷设计,应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上,详细研究防雷装置的形式及其布置。
第1.0.4条建筑物防雷设计除应执行本规范的规定外,尚应符合国家现行有关标准和规范的规定。
第二章建筑物的防雷分类第2.0.1条建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类。
策2.0.2条遇下列情况之一时,应划为第一类防雷建筑物：一、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,因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
二、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。
三、具有1区爆炸危险环境的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
第2.0.3条遇下列情况之一时,应划为第二类防雷建筑物：一、国家级重点文物保护的建筑物。
二、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、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。
三、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子没备的建筑物。
四、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物,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。
五、具有1区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。
六、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。
七、工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
避雷针的保护范围
再析避雷针的保护范围中国科学院电工研究所马宏达摘要本文讨论了避雷针的感应静电场控制原理，说明了避雷针应用的环境性，提出了对避雷针（接闪器）的选择和设计的几点建议。
关键词避雷针接闪器建筑物防雷笔者在“避雷针保护范围的理论与实验”[1]一文中介绍了避雷针保护范围的主要历史资料，本文重要从物理学的角度，也就是从感应静电场控制的角度讨论这个问题。
可供防雷工作者参考，如有谬误之处欢迎同行和读者批评指正。
1．避雷针是引雷针1.1为避雷针正名避雷针实际上是引雷针，它的保护作用是拦截闪电打在自己身上，从而使建筑物避免遭受直接雷击，它把雷电的能量沿着引下线安全地导入地中；它不能阻止雷电的行进，也不能消除雷电。
现在只有中国和日本仍然使用“避雷针”这个名词；英国和美国都把它称为“导电针”；俄国称它为“接闪器”等等。
由于我们祖先用的是象形文字系统，望文生义是我们的习惯，为了避免误解“避雷针”的保护原理，有人提出“要为避雷针正名”的建议。
在防雷学科本科的教科书《高电压工程学》中，接受直接雷击的防雷装置称为接闪器，避雷针是接闪器的一种，是棒形的；接闪器的形式还包括：避雷带、避雷网和法拉第笼（金属箱体和罐体）等。
2.2击选择性原理接闪器是按照雷击选择性原理设计的。
雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最主要的方向决定于最大电场强度。
雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体的影响。
雷雨云下面的地面和地物受雷云电荷的静电感应，产生出与雷电异号的电荷，并使各地物表面的电场强度增强。
当下行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场开始被地物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向发展。
当下行先导流注行进到雷击高度H2后，某一个或几个地物表面电场强度达到了击穿空气的数值，该地物就会产生迎面先导流注，它向上发展与下行先导流注汇合，然后就产生强烈的主放电，该地物就遭到了雷击。
防雷滚球法
附件Ⅳ避雷针、避雷线保护范围计算(滚球法)Ⅳ.1 建筑物的防雷分类♦按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定,建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类.Ⅳ.1.1 第一类防雷建筑物●第一类防雷建筑物➢凡存放爆炸性物品,或在正常情况下可能形成爆炸性混合物,因电火花而爆炸的建筑物,会造成巨大破坏和人身伤亡者.●防雷措施➢防直击雷◆装设独立避雷针(或消雷器),或架空避雷线(网)(架空避雷网的尺寸不应大于5m×5m或6m×4m).◆冲击接地电阻小于10Ω.➢防感应雷◆建筑物内各种设备及金属物都应连接到防感应雷的接地装置上,其接地装置与电气设备接地装置共用.◆屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应小于2处.◆工频接地电阻小于10Ω.➢防雷电波入侵◆对非金属屋面应敷设避雷网,并可靠接地.室内的一切金属设备和管道,均应良好接地,不的有开口环形.电源进线处应装设避雷器.◆冲击接地电阻小于10Ω.➢防侧击雷措施◆从30m起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平避雷带与引下线相连.引下线不应少于2根,并沿建筑物四周均匀对称布置,其间距不应大于12m.◆30m以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接.●消雷器(有争议)➢消雷器组成:装设在被保护物上方,带有“很多尖端电极的电离装置”.设置在地表层内的“地电流收集装置”.接通这两种装置的“连接导线”.➢消雷器工作原理•消雷器是70年代由美国发展起来的新型防雷装置.•利用金属针状电极的尖端放电原理设计的.•在雷云电场作用下,当尖端电场达到一定值时,周围空气发生游离后,在电场力作用下离去,而接替它的空气分子相继又被游离.如此下去,从金属针端各周围有离子电流流去.随着电位的升高,离子电流按指数规律增加.•当雷电出现在消雷器及被保护设备上空时,消雷器及附近大地均感应出与雷云电荷极性相反的电荷.安装有许多针状电极的离子化装置,使大地的大量电荷在雷云电场作用下,由针状电极发射出去,向雷云方向运动,使雷云被中和,雷电场减弱,从而防止保护物遭雷击.•消雷器的功能:使雷电冲击放电的微秒∙千安级瞬变过程转化为秒∙安级缓慢放电过程,因而使被保护物上可能出现的感应过电压降低到无危害的水平,达到“防雷消灾”的目的.➢消雷器根据离子化装置上金属针状电极不同分类:少长针型,多短针型.➢国产分类:导体伞板型,导体阵列型•导体伞板型用途:占地一定面积的发电厂、变电站、军火库、气象站、电视塔、重要防雷场所.•导体阵列型用途:架空线路.•接地电阻一般小于100Ω,则可满足要求.Ⅳ.1.2 第二类防雷建筑物●重要的或人员密集的大型建筑物.➢如:国家级重点文物保护的建筑物,国家级办公建筑物,大型会展中心或博物馆,国家级大型计算机中心和装有重要通信、电子设备的建筑物,19层及以上住宅楼,超过50m的其他建筑物等.●防雷措施➢防直击雷◆装设独立避针.◆装设在建筑物上避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器.➢防感应雷◆建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物,应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上(可不另设接地装置).◆建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应小于2处.◆防感应雷接地装置与电气接地装置共用或相连时,应在电源线路引入端装设避雷器.➢防雷电入侵波◆将避雷器、电缆金属外皮、钢管等连接在一起接地.➢冲击接地电阻不应大于10Ω.Ⅳ.1.3 第三类防雷建筑物●不属于第一、第二类建筑物,又需要作防雷保护的建筑物.●防雷措施➢防直击雷:宜采用装设在建筑上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器(利用其高出被保护物的凸出位置,把雷电引向自身,然后通过引下线和接地装置将雷电流泄放到大地,使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击).➢冲击接地电阻不应大于30Ω.Ⅳ.3 防雷设备●防雷设备主要有:避雷针、避雷线、避雷器、浪涌保护器（电子信息系统）Ⅳ.3.1 避雷针●避雷针的组成:接闪器(避雷针的针头)、引下线、接地体.通常接闪器安装在构架上.●用滚球法确定避雷针的保护范围.●国际电工委员会1990年3月出版的建筑物防雷标准，以滚球法作为确定接闪器的保护范围.我国《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994中规定避雷针保护范围的计算采用滚球. Ⅳ.3.1.1滚球法●滚球法h半径的一个球体,沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器(包括被利用作➢是以r为接闪器的金属物),或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位时,则该部分就能得到接闪器的保护. ●不同建筑物防雷级别的滚球半径➢用滚球法计算避雷针的保护范围时,不同防雷建筑物的滚球半径,表2.1.1.表 2.1.1 不同建筑物防雷级别的滚球半径建筑物的防雷级别滚球半径r h /m 避雷网尺寸 /m第一类防雷建筑物 30 10×10 第二类防雷建筑物 45 15×15 第三类防雷建筑物6020×20Ⅳ.3.1.2 单支避雷针的保护范围●针高度r h h （滚球半径）作图方法,图2.1.3hh rA Br xr xr xx x＇xx＇平面上保护范围的截面h r 2-(h r -h x )2h rh rh rh r 2-(h r -h)2(h r -h)r 0图2.1.3 单支避雷针高度小于滚球半径时的保护范围➢距离地面r h 处作一平行于地面的直线.➢以针尖为圆心,r h 为半径,作弧线交于平行线的A 、B 两点.➢以A 、B 为圆心,r h 为半径,作弧线,与针尖相交,与地面相切.此弧线绕避雷针旋转360°形成一锥体,锥体及为保护范围.➢由图得,在r h 高度x x '平面上保护半径x r : ()()2222x r r r r x h h h h h h r -----=(2.1.5)式中r h -滚球半径,m; x h -被保护物高度,m.➢避雷针在地面上的保护半径0r : ()()()h h h h h h h h h h h r r r r r r r -=+--=--=22222220 (2.1.6)●针高度r h h >（滚球半径）作图方法,图2.1.4➢在针上取高度r h 的一点代替单支避雷针针尖为圆心,其余作图法同图2.1.3.图2.1.4 单支避雷针高度大于滚球半径时的保护范围Ⅳ.3.1.3 双支等高避雷针的保护范围●避雷针高度r h h <(滚球半径)(两针距离()h h h D r -≥22时,各按单针确定保护范围) ➢两避雷针距离()h h h D -<22,作图方法,图2.1.5.h rh rBAhh rBAECOb 0r 0(D/2)R(h r -h)O＇x＇xh xx h r(h r -h)h r 2-(h r -h)2(h r -h x )h rh r 2-(h r -h x )2r xr R 1=r 0-r x11h xh rh rh rFF1-1h 0h ＇r ＇F D C图2.1.5 两支等高避雷针保护范围➢AEBC 外侧保护范围,按单针确定.➢C 、E 点位于两针间的垂直平分线上,在地面的最小保护宽度0b()()()2222202222⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-===D h h h D h h h AO AC OE CO b r r (2.1.7)➢A ，B 针尖保护范围上边线,是以AB 针中心线上距地面r h 的一点O ＇为圆心,以R 为半径所作的弧()222⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=D h h R r (2.1.8)➢在AOB 轴线上,距中心任一距离x 处,其保护范围上边缘的保护高度x h()222222x D h h h x R h h r r r x -⎪⎭⎫⎝⎛+--=--= (2.1.9)➢在保护高度x h 上的保护半径x r ()()2222x r r r r x h h h h h h r -----=()()x r x r h h h h h h ---=22 (2.1.10)➢任一保护高度x h 和C 点所处的垂直平面上,以x h 作为段想避雷针,按单针方法确定,如图2.1.5的1-1剖面.➢两针之间保护范围的最低点0h()2202⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=-=D h h h R h h r r r (2.1.11)Ⅳ.3.1.4 双支不等高避雷针的保护范围●避雷针1#高度r h h ≤1(滚球半径),避雷针2#高度r h h ≤2,且两针之间的距离 ()()221122h h h h h h D r r -+-≥时,各按单针确定保护范围.●避雷针1#高度r h h ≤1(滚球半径),避雷针2#高度r h h ≤2,且两针之间的距离 ()()221122h h h h h h D r r -+-<时,作图方法.图2.1.6BAh 1h rO＇x＇xh xx h r(h r -h 2)r xh xh rh rh rF1-1h 0h ＇F Dh r h rRD 1D-D1H (h r -h 1)h r 2-(h r -h 1)2h r 2-(h r -h 2)2ABEC O r 02r 01r r r ＇r ＇11F Cb 0xx＇平面上保护范围的截面图2.1.6 双支不等高避雷针保护范围●AEBC 外侧保护范围,按单针方法确定. ●地面上的保护范围01r ,02r ()()1122012h h h h h h r r r r -=--=(2.1.12)()22022h h h r r -= ●地面上每侧最小保护宽度0b()2111212012202D h h h D r AO AC EO CO b r --=-=-=== (2.1.13)●两针尖之间最高保护范围R作AB 垂直平分线,与r h 线交于O ＇点,以O ＇为圆心,R 为半径,作圆弧AB. ()2121D h h R r +-= (2.1.14)()()2122D D h h R r -+-=(2.1.15)●CE 线或O ＇H 线位置计算,由式(2.1.14)、(2.1.15)联立求解得 ()()DD h h h h D r r 2221221+---=(2.1.16)●AB 针之间的保护范围x h ()222x r h h x R -+=,解之得()2212122x D h h h x R h h r r r x -+--=--= (2.1.17)●AB 两针之间保护范围的最低点0h式(2.1.17)中,当x=0时()21210D h h h h r r +--= (2.1.18)●两针之间AEBC 内的保护范围ACO 与AEO,BCO 与BEO 是对称的,故以ACO 部分的保护范围为例,在x h 和C 点所处的平面垂直平面上,以x h 作为假想避雷针,按单支针的方法确定,图2.1.6中的剖面1-1.●确定x x '平面上保护范围截面的方法与双支等高避雷针类同. Ⅳ.3.1.5 矩形布置的四支等高避雷针的保护范围●针高r h h ≤(滚球半径),当对角两针之间的距离()h h h D r -≥223时,各按双支等高避雷针的方法确定保护范围.●针高r h h ≤(滚球半径),对角两针之间的距离()h h h D r -<223时,作图方法如下: ➢四支针外侧保护范围各按双针方法确定. ◆地面上的保护范围0r ()h h h r r -=20➢B 、E 二针连线上保护范围,图2.1.7的1-1剖面.◆E 、B 两针尖的保护范围:以B 、E 针尖为圆心,r h 为半径,作弧,相交于O 点,再以O 点为圆心,以r h 为半径作圆弧,与两针尖相接. ◆保护范围最低点高度0hr rh h D h h -+⎪⎭⎫⎝⎛-=23202 (2.1.19)◆y h 高度的yy ＇平面上保护范围截面,以P 点为圆心的半径 ()[]()()200202222h h h h h h h h h ON OW NW y y r y r r ---=---=-=(2.1.20)r h OW =, y r h h h ON -+=0➢2-2剖面的保护范围,作图法◆以P 点的垂直线上的O ＇点(距离地面的高度0h h r +)为圆心,r h 为半径作圆弧,与被保护高度x h 的水平线相交于F 、H 点.以F 、H 为假相的针作图.1-1剖面2-2剖面3-3剖面图2.1.7 四支等高避雷针保护范围◆(关键点)保护范围最低点的高度0h 按式(2.1.19)计算,(因为3D 距离最长, 0h 最小)即r r h h D h h -+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=23202◆由直角△O ＇TH 看出 ()212202⎪⎭⎫⎝⎛--=-+x D h h h h r x r (2.1.20)◆由直角△KLH 看出()()2022x b h h h r x r +-=- (2.1.21)♦出可由式(2.1.20),(2.1.21)联立求出x h 和x 值. ➢3-3 剖面的保护范围,作图法(与2-2剖面相同)◆以P 点的垂直线上的O 〃点(距离地面的高度0h h r +)为圆心,r h 为半径作圆弧,与被保护高度x h 的水平线相交于U 、V 点.以U 、V 为假相的针作图.◆(关键点)保护范围最低点的高度0h 按式(2.1.19)计算,(因为3D 距离最长, 0h 最小)即r rh h D h h -+⎪⎭⎫⎝⎛-=23202()222202⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-+x D h h h h r x r()()2022x b h h h r x r +-=-可联立解出x h 和x 值.➢确定4支等高避雷针中间在0h 至h 之间y h 高度Y Y '平面上保护范围截面,以点P 为圆心,()()2002h h h h h y y r ---作圆或圆弧,与各双支避雷针在外侧所作的保护范围截面组成该保护范围截面.Ⅳ.3.2 架空避雷线Ⅳ.3.2.1 单根避雷线的保护范围●架空避雷线的高度要考虑弧垂的影响,在无法确定弧垂的情况下,可考虑架空避雷线中点的弧垂为:♦等高支柱之间的距离小于120m 时,弧垂为2m;间距为120~150m 时,弧垂为3m. ●当单根避雷线的高度r h h 2≥时,无保护范围.●当单根避雷线的高度r h h 2<时,保护范围确定,图2.1.8.h r ＜h＜2h rh≤h r图2.1.8 单根架空避雷线保护范围●作图方法:◆距离地面r h 处作一条平行于地面的直线.◆以避雷线为圆心,r h 为半径作弧,交于平行线的A 、B 两点.◆以A 、B 两点为圆心,r h 为半径作弧线,该两段弧线相交或相切并与地面相切,从该弧线起到地面止即为保护范围.◆当r r h h h 2<<时,保护范围最高点的高度0h 按(2.1.22)计算. h h h r -=20 (2.1.22) 〖证明:直角ADE ADC ∆≅∆,r h h DE CD -==,h h CD h h r r -=-=20〗◆避雷线在x h 高度的x x '平面上的保护宽度x b()()x r x r x h h h h h h b ---=22 (2.1.24)式中x b -避雷线在x h 高度的x x '平面上的保护宽度,m;h -避雷线的高度,m;r h -滚球半径,m.由表2.1.1确定; x h -被保护物高度,m.〖证;y b b x -=0∵直角FCB ∆中,()()h h h h h h FB FD DB b r r r -=--=-==222220直角BGH ∆中,()()x r x x r r h h h h h h BH BG GH y -=--=-==22222∴()()x r x r x h h h h h h y b b ---=-=220 〗Ⅳ.3.2.2 两根等高避雷线的保护范围●当避雷线高度r h h ≤,两线之间的距离()h h h D r -≥22时,各按单根避雷线方法确定. ●当避雷线高度r h h ≤,两线之间的距离()h h h D r -<22时,作图方法,图2.1.9. ➢两根避雷线的外侧,各按单根避雷线的方法确定.➢两避雷线之间保护范围:以C 、D 两线为圆心,r h 为半径,作圆弧交于O 点.以O 为圆心, r h 为半径,作圆弧交于C 、D 点.r1-1剖面图 2.1.9 两根等高避雷线在r h h ≤时保护范围 ➢两线之间保护范围的最低点的高度0hr rh h D h h -+⎪⎭⎫⎝⎛-=2202 (2.1.25)➢避雷线两端保护范围按双支避雷针的方法确定.但在两避雷线间的中线两端按图2.1.9中1-1剖面确定.◆以双支避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度0h ',作为假想避雷针,将其保护范围的延长线与()h f h =0交于E 点.()222⎪⎭⎫⎝⎛+--='D h h h h r r 〖图2.1.9中的1-1剖面中,0h '相当于(2.1.9)式0=x 时的00|=x h .〗 ◆内移位置的距离x 为 ()0002b h h h x r --=(2.1.26)〖以1-1剖面为准,图中0h 的E 点作为假想避雷针,其在地面的保护范围:()()000202h h h h h h b x r r r -=--=+, 〗0b 按式(2.1.7)确定.●当避雷线高度r r h h h 2≤<,且()[]r r r h D h h h h 222<<--时,作图方法,图2.1.10. ➢距离地面r h 处作一条与地面平行的线.➢以避雷线A 、B 为圆心,r h 为半径,作圆弧相交于O 点,并与平行线相交(或相切)于C 、E 点. ➢以O 为圆心, r h 为半径,作圆弧相交于A 、B 两点.➢以C 、E 为圆心, r h 为半径,作圆弧相交于A 、B 两点并与地面相切.1-1剖面图2.1.10 两根等高避雷线在r r h h h 2≤<时的保护范围➢两避雷线之间保护范围最低点的高度0hr r h h D h h -+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2202 (2.1.27)➢最小保护宽度m b 计算◆由图可知,从中线至E 点距离()r m h b +,而其在地面的平行线的相应距离()222h h h D r r --+ ()h h h Dh b r r m -+=+22()r r m h Dh h h b -+-=22 (2.1.28)➢避雷线两端保护范围按双支等高为r h 的避雷针确定.但在两避雷线间的中线两端,保护范围确定方法.图2.1.10中剖面1-1.◆以双支高度r h 的避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度2Dh h r -=' 作为假想避雷针,将其保护范围的延长弧线与()h f h =0线交于F 点. 〖证:将0=x ,r h h =代入(2.1.9)式()2222xD h h h h r r x -⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=,得出20Dh h r -=' 〗 ◆内移位置的距离x:()220022⎪⎭⎫ ⎝⎛---=D h h h h x r r (2.1.29)〖证:图2.1.10中的1-1剖面, ∵HP 线与地面平行∴2202⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=+==D h x b x KM HP rr h PF PM HK ===, r h h FH -=0直角FHP ∆,()()00202222h h h h h h FH PF HPr r r -=--=-=∴()002222h h h D h x r r-=⎪⎭⎫⎝⎛-+ 得(2.1.29)式0b : 1-1剖面中,从(2.1.7)式()2022⎪⎭⎫⎝⎛--=D h h h b r 以r h 代h 得2202⎪⎭⎫⎝⎛-=D h b r〗Ⅳ.3.3 特定条件下的保护范围●上述计算保护范围的各图中所画的地面也可以是其他接闪器或建筑物上的接地金属物. ●当接闪器在“地面上保护范围的载面”的外周线触及其他接闪器或接地金属物时,各图的保护范围均适用于这些接闪器.●当其他接闪器或接地金属物处在外周线之内,且位于被保护部位的边沿时,应按以下方法确定所需断面的保护范围.图2.1.11B(接地金属物或接闪器)图2.1.11 确定建筑上任两接闪器在所需断面上的保护范围●作图方法:♦以A 、B 为圆心,r h 为半径作弧线相交于O 点.♦以O 点为圆心, r h 为半径作弧线相交于AB,弧线AB 就是保护范围的临界线.●在建筑物屋面已采用避雷网保护时,可将屋面等同于上述各图的地面,只要高于得到避雷网保护的屋面以上的接闪器按前述方法所确定的“地面上保护范围的截面”的外周线处在屋面范围内时,按上述各图确定保护范围的方法也适用于这种情况.如仅部分外周线处在该屋面范围内时,则仅这部分按各图相应的方法确定保护范围.Ⅳ.3.4 避雷带与避雷网Ⅳ.3.4.1 避雷带 ●避雷带设置➢沿建筑物屋顶四周易遭受雷击部位明设的作为防雷保护的金属带作为接闪器,沿外墙作引下线和接地网相连的装置称为避雷带.图2.1.12.◆如:屋脊、屋檐(有坡面屋顶)、屋顶边沿、女儿墙、平屋面上等.◆避雷带一般要高出屋面0.2m.两条平行的避雷带之间的距离应不大于10m.屋顶上有烟囟或其他突出物时,要另设避雷针或避雷带.避雷带引下线图2.1.12 避雷带结构示意图●材料要求:避雷带用圆钢(φ≮8mm)或扁钢(截面积≮48mm 2,厚度≮4mm)做成长条带状体. ●接地电阻:冲击接地电阻Ω<10ch R●工作原理:当雷云的下行先导向建筑物上的易受雷击部位发展时,避雷带率先接闪,承受直接雷击,将强大的雷电流引入大地,使建筑物得到保护(建筑物的重点保护措施). Ⅳ.3.4.1 避雷网●避雷网结构:在建筑物上纵横交错的避雷带叠加在一起,组成避雷网.对建筑物全面保护.●材料要求:圆钢直径不小于8mm;扁钢截面积不小于48mm 2,存度不小于4mm. ●避雷网分类➢明装避雷网:在建筑物的屋顶上、层顶屋面上以较疏松的可见金属网格作为接闪器,沿其四周或外墙引下线接地.使用少.➢暗装避雷网:利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为防雷装置. ●避雷网保护原理➢利用建筑物中的钢骨架(包括地基中的钢筋和各层楼板),只要保持可靠的电气连接,就是一个大金属笼,同时与大地良好的电气连接,形成一个可靠的等电位的接地体.放在建筑物内的各种金属设备、电气设备、上下水管等与钢筋架可靠连接,就能防止直接雷击. ➢笼体金属网格尺寸越小,防雷效果越好.➢GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》中避雷网格尺寸,表2.1.2.表2.1.2 避雷网格尺寸➢利用混凝土结构中的钢筋作为暗装避雷装置时,必须做到内部钢筋可靠的电气连接. ➢各层梁、柱、墙、楼板内钢筋要绑扎或搭接,每隔20m 的间距焊接一处.➢建筑物内的金属设备必须可靠接地,电气设备采用中性点接地系统,其中性点统一接到避雷接地装置上.➢建筑物的电气线最好穿金属管或采用有金属屏蔽的电缆,以便达到屏蔽作用.也可采用高绝缘强度的绝缘套管套上,防止雷电反击.➢建筑物顶部的金属突出物,如金属旗杆、钢爬梯、透气管、金属烟囟、金属天线等,必须与避雷网焊接,以形成统一的接闪器.➢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. ➢避雷网可采用25mm ×4mm 镀锌扁钢.Ⅳ.3.5 引下线和接地装置Ⅳ.3.5.1 引下线●引下线的作用:做为接闪器引下的雷电流的流通通道. ●引下线材料:表2.1.3表2.1.3 引下线最小规格●接地装置的作用:向大地泄放雷电流,限制防雷装置对地电压不致过高. ●要求➢接地装置和引下线必须用金属焊接.➢独立避雷针必须布置独立的接地装置,接地电阻不宜大于10Ω. ➢独立避雷针及其接地装置与道路和建筑物的距离方应大于3m.Ⅳ.3.5.3 避雷针(线)雷电反击●当雷电电流通过引下线和接地装置入地时,雷电流在接地引下线的电感和接地电阻上的压降会使接地引下线的电位和地电位升高.➢当避雷针和被保护物间的空气间隙a S 不够大时,避雷针上的高电位A u (与被保护物等高的避雷针上A 点的电位)可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上,这一现象称为反击.反击使被保护物遭雷击.➢当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离e S 不够大时,避雷针接地装置上的高电位B u 可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上,使被保护物的地电位升高,使被保护物受大气过电压的威胁. ●要求➢避雷针和被保护物间的空气间隙a S 不应小于5m.➢避雷针的接地装置和被保护物接地装置之间在地下的距离e S 不应小于3m.Ⅳ.3.6 半导体消雷器(或限流避雷针)●半导体消雷器的作用:半导体消避器和限流避雷针是一种能降低雷电流幅值和陡度的新型防直击雷装置.●半导体消雷器的组成:半导体消雷器的接闪器由5~9根半导体针组成,向上呈辐射状布置在数个垂直交叉的扇轴上,同一扇面相邻两针间的夹角为15°~20°.每根半导体针长约5m,针体电阻为35Ω,单针闪络电压在1400kV 以上.每根针端部有4根30cm 长有金属针. ●半导体消雷器安装:半导体消雷器可安装在高塔或建筑物的顶部.图2.1.13.(a) 9针半导体消雷器 (b) 限流避雷针图2.1.13 消雷器●半导体消雷器工作原理➢半导体消雷器消减向下发展雷电的原理◆当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强(2500~3000kV/m)时,将出现由云向下发展的放电,称为先导放电.◆下行雷电:自雷云向下开始发展先导放电的.◆利用尖端放电产生和雷云异号的电荷,中和雷云中的电荷,使之不足以发生下行先导(以中和为纲).◆消雷器应能在雷云下产生足够大的中和电流,即电晕电流.在同样的雷云电场下,塔身愈高,电晕电流就愈大,防雷效果愈好.◆以中和为原理的消雷器缺点:怕风.原因:中和电荷由地面上升的速度v 是由雷云的平均场强E 和电何的迁移率k 决定的,v=kE.对负雷云,向上升的电何为空气的正离子,它的k=0.136(m/s)/(kV/m),以E=40kV/m 计,正离子上升的速度v=0.136×40=5.44m/s,而海洋季风到达的地区,水平风速可达10~20m/s(相当于5级~8级风),甚至可达33m/s(相当于11级风),这样,中和电荷来不及上升到雷云就会被风吹走.◆半导体消雷器优点:在雷暴时水平风速不大的情况下靠中和作用中和部分雷云电荷;在水平风速较大时,靠半导体电阻的限流作用(以限流为纲),消灭上行雷和大幅度降低那些来不及被中和的下行雷的雷电流的幅值和陡度.➢半导体消雷器和限流避雷针抑制上行雷电流发展的原理◆上行先导放电:雷云自地面突出物向上开始发展先导放电的. ◆上行雷先导需要的平均雷云下电场E 0,表2.1.4 表2.1.4 可能发展上行先导的估计条件地面突出物高度h /m50 100 200 300 500 地面附近的雷云电场E 0 /1-⋅m kV372213.5107◆实测,只有当上行先导电流大于100A 时,上行雷才有可能得到发展.◆支持上行先导电流的电动力h E F 0=.塔体h 越高,发生上行雷所需的地面场强0E 就小.◆分析:•当塔高为60m 时,可取m kV E /320=,上行先导电流的电动力kV h E F 192060320=⨯==•设在非半导体消雷器(即半导体消雷器的电阻R=0)时,上行先导电流I=100A,制约上行先导发展的空气的等值电阻0RΩ===k I U R 2.19100192000 •据此,估算出上行先导经R=35k Ω的半导体针发展时的先导电流I,将被限制为 A R R U I 42.352.1935192000=+=+=•而35.42A 电流在35k Ω电阻上的压降kV kV 150012403542.35<=⨯,所以不会造成半导体针的沿面闪络.先导上行也不可能发展.•抑制上行雷电发展:用针体电阻为35k Ω的电阻来限制上行雷的发展,可以100%消除由地面向上发展的雷电.➢半导体消雷器限制下行雷电流原理◆起电后的雷云和大地之间相当于一个充了电的 “电容器”,雷击大地相当于把已充好电的电容器的正负两极直接短接.◆半导体消雷器抑制下行雷电流原理:在“电容器”的放电回路中串入电阻,降低电容器放电电流的幅值,延长放电时间.◆为了限制上行雷的发展,半导体单针电阻取35k Ω(前面分析),已知单针的闪络电压为1500kV,在下行雷电流流过针体的电流由0上升超过43A 时,将发生沿针体表面的闪络→解决:改变相邻两针间的夹角(相邻两针的夹角取15°~20°)、空气间隙的距离,使相邻两针针头间空气间隙的放电电压低于针体的沿面闪络电压.这样空气间隙就会在针体发生沿面闪络前先行击穿,实现二针、三针甚至多针的自动并联,使限流电阻随着电流的增大而降低,形成整体的非线性.即使19针并联后其值仍有1.842k Ω,仍能起到限流作用.➢半导体消雷器闪络后具有限流作用 ➢半导体消雷器的保护范围 ◆标准：《半导体少长针消雷装置使用的安全要求》BG/T1643-1996.•对一般设施,半导体少长针消雷器的地面保护范围可取塔高的5倍,其保护角为78.8°, •对于易爆设施,取塔高的3.5倍,其保护角为74°(保护角:以针尖为顶点,过针尖的线与针的夹角). •限流避雷针的保护范围和一般避雷针相同.Ⅳ.3.7 避雷器●避雷器的作用➢防止雷电行波沿线路侵入变配电所功其他建筑物内,危及被保护设备的绝缘.➢避雷器是一种能释放雷电或过电压的能量以限制过电压幅值,又能截断续流,不致引起系统接地短路的保护设备.➢避雷器接于带电导线与地之间,与被保护设备并联. ●避雷器的工作原理➢在正常情况下,避雷器中无工频电流流过,对工频电压呈高阻状态.一旦传来雷电入侵波,使过电压值达到规定的动作电压时,避雷器被击穿,相当于短路状态,使得雷电电流通过引下线和接地装置迅速流入大地,从而限制过电压水平.当雷电入侵波消失后,避雷器能自动恢复高阻状态,自动切断工频续流.➢避雷器的工频续流:避雷器击穿后,在系统的工频电压的作用下,流过避雷器的电流.●避雷器分类:间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等.●间隙避雷器➢结构:由两个相距一定距离的电极构成.➢原理:通过调整两个电极之间的距离,使得电极间的击穿放电电压低于被保护设备的绝缘耐受电压.当雷电波入侵时,电极间隙击穿,形成电弧接地,使得雷电流通过引下线和接地装置流入大地,限制了被保护设备电压的升高.➢用途:间隙保护用途:线路、变压器进线段.➢缺点:灭弧能力差.●管型避雷器➢结构:由内、外两个间隙和产气管组成.➢原理:当间隙被击穿,雷电流流入大地,过电压消失后,在工频续流电弧作用下,产气管产生大量气体,通过纵吹灭弧.工频续流电弧在电流过零时熄灭,恢复间隙的绝缘性.➢用途:线路、变电所的进线段保护.●阀型避雷器➢结构:由叠装于密封瓷套内的火花间隙和阀片(非线性电阻,常为碳化硅钢片)串联构成.➢原理: 非线性电阻是:电流越大,阀片电阻越小.火花间隙的作用:正常工作时将阀片与母线隔离,当雷电行波入侵时,火花间隙被击穿,雷电流经阀片流入大地,由于避雷器的冲击放电电压低于被保护设备的绝缘耐压,从而保护了电气设备.当雷电行波电压消失后,在间隙中有工频续流,电流大大减小,阀片电阻急剧升高,间隙电弧在过零时熄灭.➢用途:FS型通流容量小,主要用于3kV~10kV配电系统;FZ型通流容量大,主要用于保护发电厂、降压变电所等设备.●氧化锌避雷器➢阀片由氧化锌制成,非线性伏安特性优于碳化硅.正常工作时,氧化锌阀片具有极高的电阻,相当于绝缘;而在过电压时,氧化锌阀片电阻很小,相当于短路状态.残压小.过电压消失后,阀片电阻在极短时间内就可恢复到绝缘状态,工频续流被限制.➢氧化锌避雷器主要技术参数◆标称放电电流:给避雷器施加波形为8μs/20μs(波头时间和半幅值时间)的标准雷电波冲击10次时,避雷器所能耐受的最大冲击电流峰值.•避雷器的标称放电电流为1kA、1.5kA、2.5kA、5kA、10kA、20kA共6个等级.◆额定电压:施加在避雷器端,而不引起避雷器特性变化和使避雷器动作的最大工频电压有效值.•按IEC标准,避雷器在注入标准规定能量后,必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少10s.◆特续运电压:允许特久施加在避雷器端子间的工频电压有效值.◆冲击电流残压:避雷器受放电电流击穿时,两端的残余电压.即为被保护设备承受的最高电压.•分为:标准放电电流残压(波形8μs/20μs,峰值5kA、10kA、15kA、20kA) 操作冲击放电电流残压(波形30μs/60μs,峰值1.5kA、2kA、3kA)➢氧化锌避雷器选择计算❶加压率法•加压率（A VR） （美国GE公司提出.日本日立公司称为课电率）。
避雷针折线法与滚球法
避雷针保护范围的计算方法目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同，大体上有如下几种计算方法：1、折线法：即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体。
2、曲线法：即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体。
3、直线法：是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定，有爆炸危险的建筑物用45°角，对一般建筑物采用60°角，实质上保护范围为一直线圆锥体。
在避雷针保护范围的计算方法中，“折线法”是比较成熟的方法。
近几年来,国标中规定的“滚球法”也开始得到同行的认同，但在实际运用中，“滚球法”也碰到一些问题，特别是在计算天面避雷针保护范围的时候。
因此有必要对电力系统常用的“折线法”和国标的“滚球法”进行比较分析，发现其中存在的问题。
常用避雷针(这里仅指单针)保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法，为此，就“折线法”和“滚球法”的计算进行了初步的分析和探讨，得出：“折线法”的主要特点是设计直观，计算简便，节省投资，但建筑物高度大于20 m 以上不适用；“滚球法”的主要特点是可以计算避雷针(带)与网格组合时的保护范围，但计算相对复杂，投资成本相对大。
在避雷针保护范围的计算方法中，“折线法”是比较成熟的方法。
近几年来,国标中规定的“滚球法”也开始得到同行的认同，但在实际运用中，“滚球法”也碰到一些问题，特别是在计算天面避雷针保护范围的时候。
因此有必要对电力系统常用的“折线法”和国标的“滚球法”进行比较分析，发现其中存在的问题。
1“折线法”避雷保护计算“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。
L/ 620—997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准就规定了单支避雷针的保护范围，见图。
1.1避雷针在地面上保护半径的计算计算避雷针在地面上的保护半径可用公式式中：Rp——保护半径；h——避雷针的高度；P——高度影响因数。
其中，P的取值是：当h≤30 m，P＝1；当30 m的h的纯数值；当h＞20 m时，只能取h=120 m。
建筑施工现场的防雷保护
建筑施工现场的防雷保护
建筑施工现场的防雷爱护是一项不容忽视的重要工作。
这关系到建筑设施、施工设备和人员的平安。
特殊是依据气象局的统计资料，我国近年来不少地域由于城市热岛效应等缘由，致使雷电困苦频率逐年上升，而正处于整体变动中的建筑施工现场的防雷爱护更应倍加重视。
一、避雷针的设置
安装避雷针是防止直击雷的主要措施。
当施工现场位于山区或多雷地区，变电所、配电所应装设独立避雷针。
正在施工建筑的建筑物，当高度在20m以上应装设避雷针。
施工现场内的塔式起重机，井字架及脚手架机械设备，若在相邻建筑物、构筑物的防雷设置的爱护范围以外，且在表1中规定范围内，则应安装避雷针。
若最高机械设备上的避雷针，且应保证最终退消失场，则其他设备可不设避雷针。
施工现场仙机械设备需安装避雷针的规定表1
地区平均雷暴日d（天）
机械设备高度h（m）
d≤15
h≥5
1540
h≥32
40≤d90
h≥20
d≥90及雷电特殊严峻地区。
避雷针及避雷线保护范围
当 ≥h/2时， =(h- )p （p为高度影响系数）
(h≤30m时，p=1 , 30＜h≤120m时， ) 当 ＜h/2时
=(1.5h-2 )备至少5m
4
在被保护高度 水平面上的保护半径确定：
二、两根等高针的保护范围的确定： 采用两针后针的保护范围的外侧与单针保护范围的确定方法相同，针的内侧部分的确定方法为：令D为两针间距离；2 等于在高度为 水平面上保护范围的最小宽度，它位于两针的连接线的中点，即距每针的距离为D/2。 确定： =1.5(h0-hx) h0为两针保护范围上部边缘最低点的高度，计算如下： 两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
习题：某变电站内有两根等高避雷针，高度为25米、针间距离为45米。某被保护物位于两针之间，被保护物高度为11米。试计算避雷针在被保护物高度水平面上的保护范围？
h0为两针间保护范围上部边缘最低点的高度(m) h0=h-D/7p 当D=7p 时， =0
D
三、两支不等高避雷针的保护范围： 俩针外侧的保护范围仍按单针的方法确定。俩针内侧的保护范围见下图所示，按下列方法确定：先作出较高针的保护范围的边界，之后由较低针的针的顶部作一条与地面平行线，这两者的交点对地面作垂线，将此垂线看作一假想避雷针，再作它与较低针的保护范围，这样2和3就是相当于俩根等高避雷针的保护范围。图中
避雷针在地面上的保护半径为:r=1.5h
防止设备遭受直击雷的危害，使雷击中在针、线上（不会击在被保护的电气设备上）从而起到保护作用。
2
针—集中设备、变压器等，如受雷面积不大的变电站、
线—架空线路（保护效果较差，但范围较大）
一、单支避雷针
避雷针和避雷线的保护范围
图中：h为避雷针的高度（m）； 为被保护物体的高度（m）； 为在高度为 的水平面上的保护半径（m）。
建筑物防雷设计规范(GB_50057-2010)
建筑物防雷设计规范(GB 50057-94) 2010版2012年4月建筑物防雷设计规范(GB 50057-94)2010版第一章总则第1.0.1条为使建筑物(含构筑物，下同)防雷设计因地制宜地采取防雷指施，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，做到安全可靠、技术先进、经济合理，制定本规范。
第1.0.2 条本规范适用于新建建筑物的防雷设计。
本规范不适用于天线塔、共用天线电视接收系统、油罐、化工户外装置的防雷设计。
第1.0.3 条建筑物防雷设计，应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置。
第1.0.4 条建筑物防雷设计除应执行本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准和规范的规定。
第二章建筑物的防雷分类第2.0.1条建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。
第2.0.2条遇下列情况之一时，应划为第一类防雷建筑物：一、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，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
二、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。
三、具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
第2.0.3条遇下列情况之一时，应划为第二类防雷建筑物：一、国家级重点文物保护的建筑物。
二、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、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。
三、国家级计算中心、国际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。
四、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，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。
五、具有1区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。
六、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。
七、工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
雷电过电压及防护
雷电过电压及防护雷电放电涉及气象、地形地质等许多自然因素，有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就带有统计的性质。
许多国家地区都选择典型地区地点建立雷电观测站，并在输电线路和变电站中附设观测装置，进行长期而系统的雷电观测，将观测的数据进行系统的分析，得到相应的雷电参数，为研究和防雷提供依据，从而进行保护。
一、雷电参数雷暴日：每年中有雷电的天数。
雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过15 的地区为少雷区；超过40 的为多雷区；超过90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区地面落雷密度γ：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数。
电力行业标准DL/T620-1997建议取γ= 0.07次／平方公里. 雷电日。
雷电通道波阻抗：雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗（规程建议取300 ~ 400Ω）雷电流的极性：国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占75 ~ 90 %。
雷电流幅值雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流规程规定，雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。
雷电流波头：1 ~ 5 μs 范围内变化，多为2.5 ~ 2.6 μs，规程规定取2.6 μs；雷电流波长：20 ~ 100 μs ，多数为50 μs 左右。
为简化计算，视为无限长；雷电流陡度：陡度α与幅值I 有线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。
一般认为陡度超过50 kA/μs 的雷电流出现的概率已经很小（约为0.04）波形：二、防雷的基本措施1、避雷针和避雷线避雷针（线）的保护原理当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）放电，从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。
对避雷针（线）的要求（1）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。
避雷针和避雷线
避雷针的作用
使雷电电场发生畸变，将雷电吸引到避雷针 （线）上 将雷电安全导入地中 使位于其保护范围内的设备和建筑物免遭雷 的直击
避雷针的保护范围
电力行业标准—折线法 IEC标准—滚球法
两者存在较大差别 避雷针的保护范围是不够确切的
避雷针对接地电阻的要求
接地电阻（欧） 序号 1 2 接地网名称 调度通讯综合楼 通讯站（塔） 一般 <1 <5 高土壤电阻率 <5 <10
网作为屋面保护的接闪装置。
避雷网（带）分明装和暗
装两种。明装避雷网（带）一
般可用直径8mm的圆钢或截
面12x4mm2的扁钢做成。为
避免接闪部位的振动力，宜将
网（带）支起10～20cm，支持点间距取1~1.5m，应注意美
观和伸缩问题。暗装时可利用建筑内不小于3mm的钢筋。
（4）避雷线
（5）避雷环 （6）接闪器的保护范围
4 避雷针（线）保护范围
避雷针（线）保护范围，在不同标准（规程、规范等）中规 定的不同，不同文献中推荐的计算方法不同。有人写文章说 这个对那个错，或说这个错那个对。这是误解。 所谓保护范围是指被保护物在此空间内可遭受雷击概率在 可接受值之内。各种文献规定的不同保护范围是允许遭受雷 击概率不同。例如，电力行标DL／T620-1997规定的避雷针 （线）保护范围内可能遭受雷击概率为0.1%，即保护范围可 靠率达0.999。又如，美国推荐性的IEEE Std 142-1991规定 的避雷针保护范围，滚球半径（击距）为30m，大约保护范 围内遭受雷击概率（绕击率）为0.1%，采用45m，大约为 0.5%。
避雷针（线）的防雷保护作用，在于它比被保护物高，能把雷 电从被保护物上方引向自身并安全泄入大地。因此，避雷针（线） 的引雷和安全泄入大地是至关重要的。 避雷针（线）的引雷作用，基本上是这样的，在雷电先导阶段， 避雷针（线）顶部聚积电荷，在发展先导和避雷针（线）顶端之间 通道中建立了很大电场强度，避雷针（线）迎面先导的产生和发展 大大加强这通道中的场强，最后选定击中避雷针（线），布置在靠 近避雷针（线）的被保护物比避雷针（线）低，由于避雷针（线） 的屏蔽和迎面先导作用，所以被保护物遭受雷击的概率很小。利用 避雷针（线）可实现直击雷保护。虽然这方法不是主动的，但能提 供99.5%至99.9%保护效果。对密闭在完全金属壳体（或金属网） 内被保护物才能提供完全保护。例如，人在金属壳体内或在停放的 金属壳体汽车内，能安全免遭雷击伤害。按避雷针（线）引雷性能， 确切名称应是“引雷针（线）”，在二十世纪五十年代，我国有的 学者称为《导闪针（线）》，后来在一些文献上称为《接闪器》或 《拦截器》。但因避雷针（线）这一名词已被广泛地使用，成为惯 用名词，一时难以变动。
避雷针的保护范围
建筑物防雷类别 滚球半径hr(m)
第一类防雷建筑物
30
避雷网格尺寸(m) ≤5×5或≤6×4
第二类防雷建筑物
45
≤10×10或≤12×8
第三类防雷建筑物
60
≤20×20或≤24×16
二、防雷设备
• (1-1)避雷针防雷规划
– 建筑物防雷类别 – 第一类防雷建筑：凡在存放爆炸物品或正常情况下能形成
二、防雷设备
• 避雷针的保护范围
– 单支避雷针的保护范围-2
以避雷针的顶端为圆心，以hr为半径画弧线，与平行线 相交与A、B两点。
二、防雷设备
• 避雷针的保护范围
– 单支避雷针的保护范围-3
以A、B两点为圆心，以hr为半径画弧线，与地、避雷针 形成弧线，弧线包围的部分即为避雷针的保护范围诶
二、防雷设备
接地
▪ 中线的作用：
▪ 在低压配电系统中，有大量单相负载存在，使 得三相负载总是不对称的，所以，U NN 0 于是 三相负载的相电压也不相同，有的高，有的低，
这样就使得各相负载无法正常工作，严重时还
会烧毁负载。
▪ 如是中性线的阻抗ZN接近零，就能在负载不
对称的情况下，强迫 U NN 0 ，使负载相电压
• 避雷针的保护范围
单支避雷针的保护范围示例 某厂锅炉房烟囱高40m，烟囱上安装
一支高2m的避雷针，锅炉房（属 第三类防雷建筑物），试问此避雷 针能否保护锅炉房。
二、防雷设备
• 避雷针的保护范围
单支避雷针的保护范围示例 解：查表得滚球半径hr=60m，避雷
针顶端高度h=40+2=42m，hx=8m， 则避雷针的保护半径为
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▲引下线：连接接闪器与接地体的金属导体。 （Φ6mm圆钢或截面积≮ 25mm的镀锌钢绞线 , 也可以利用钢筋或铁塔）
▲接地体：一组埋入土壤或混凝土基础中、满 足规定接地电阻值的管状或带状接地电极，起 散流用。
3.1 防雷设备认知
重庆电力高等专科学校
? 二、避雷针（线）保护原理
引雷作用
畸变电场
形成局部场强集中
相对的意义，不能认为在保护范围内的物体就完全不受 雷直击，在保护范围外的物体就完全不受保护。
3.1 防雷设备认知
重庆电力高等专科学校
电力系统 “折线法”、建筑
? 三、避雷针（线）保护范围 物“滚球法”
1.单支避雷针的保护范围
避雷针在地面上的保护半径
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
r ? 1.5hP
感应雷
? 击中设备附近，在放电过程中由于空间电磁场的急剧 变化而使设备感应出的过电压。不超过500kV, 威胁 35kV及以下
? 直击雷或感应雷从输电线路、通讯光缆、无线天线等 金属的引入线引入建筑物内，发生闪击或雷击事故
雷电入侵波
重庆电力高等专科学校
3.1 防雷设备认知
直击雷防护
侵入波防护
避雷针 避雷线
3.1 防雷设备认知
重庆电力高等专科学校
例：某厂油罐，高10m，直径10m，用一根高25m的避雷针保护。问针 与罐之间的距离x不得超过多少？
3.1 防雷设备认知
解：由于避雷针高度h=25m，故
10m
x
10m
P ?1
则被保护物高度上的保护范围为
rx
rx ? (1.5h ? 2hx )P
? (1.5? 25 ? 2? 10) ? 1 ? 17.5m
影响先导发展路径
H---定向高度 针
h≤30m H≈20h h >30m H=600m
线 H ≈10h H=300m
3.1 防雷设备认知
保护范 围是指 被保护 物在此 空间范 围内不 致遭受 雷击。
重庆电力高等专科学校
注意
绕击率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物的现象，规 程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言。
高电压技术
重庆电力高等专科学校 伍家洁 副教授
学习情境三 电力系统过电压防护
子情境3.1 防雷设备认知 子情境3.2 发电厂和变电站的防雷保护 子情境3.3 电力系统过电压与绝缘配合
1.1 绝缘材料的电气性能
重庆电力高等专科学校
子情境 3.1 防雷设备认知
3.1.1 雷电的模型 3.1.2 避雷针、避雷线的保护范围 3.1.3 避雷器的认知 3.1.4 防雷接地装置的选择 3.1.5 防雷设备的检测试验
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
? 一、避雷针（线）的结构
避雷针用于保护发电厂和变电站，或装设在配电构架上，或独立架设。
独立避雷针
构架避雷针
避雷线用于保护架空线路，或厂站狭窄地区。
单回避雷线
双避雷线
避雷针（线）结构组成
▲接闪器: 避雷线本身或避雷针的针头。（Φ 10 －12mm长1－2m的镀锌或镀镍钢棒）
3.1 防雷设备认知
重庆电力高等专科学校
将雷电流引起的电力系统过电压称为大气过电压，也称雷电过电压
大气过电压
由直击雷引起, 持续时 间短暂，冲击性强， 与设备电压等级无关。 决定220KV以下系统 的绝缘水平。
直击雷过电压
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
雷电入侵波
感应雷过电压
直击雷
? 直接击中物体，雷电大电流引起可达上百万伏的过电 压，破坏设施绝缘，引发故障，必须加以防范
引雷作用和保护宽度比避雷针要 小，但其保护范围的长度与线路等 长，而且两端还有其保护的半个圆 锥体空间。
当hx≥h/2 rx=0.47(h-h x)P
当hx< h/2 r x=(h-1.53h x)P
3.1 防雷设备认知
重庆电力高等专科学校
4. 两根等高避雷线的保护范围
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
针与油罐之间的最远距离为
x ? 17.5 ? 10 ? 7.5m
2. 两支等高避雷针的保护范围
两针外侧的保护范围同单支避雷针 两针间保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧确定
一般两针间 的距离D不宜 大于5h。
h0
?
h?
D 7P
b x ? 1 .5 (h0 ? h x )
3. 单根避雷线的保护范围
P—高度影响系数 h—避雷针的高度，m r—保护半径，m
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
在被保护物高度水平面上的保护半径
当hx
?
h 2
时，rx
?
(h ?
hx )P?Fra bibliotekha P
当 hx＜
h 2
时，
rx
?
(1 .5 h
?
2hx )P
hx——被保护物的高度，m
ha——避雷针的有效高度，m
特别提醒
由于高度影响系数P的存在，避雷针太高时保护半径不与避雷针高度 成正比增大，所以不能得出 “避雷针越高保护范围越大”的结论。 被保护面积较大：多支避雷针联合保护、与避雷带结合。
防雷保护装置
引雷于本身，并泄入大地 使被保护物体避免雷击
防雷接地装置
避雷器
防止沿输电线侵入变电站 的雷电过电压波
重3.1庆防电雷力设高备等认专知科学校
减小电阻值，降低过电压幅值
?3.1.2 避雷针、避雷线的保护范围
【学习任务】 学习避雷针、避雷线的结构、保护原
理，掌握避雷针、避雷线保护范围的计算、设计
外侧的保护范围按单根避雷 线的计算方法来确定。
h0
?
h?
D 7P
间各横截面保护范围由通过 两避雷线1、2点及保护范 围边缘最低点O的圆弧确定。
5. 避雷线的保护角
保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线 连线的夹角。
保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免 受雷击
单根避雷线的保护角一般在20～30°； 220～330 kV双避雷线线路的保护角一般在20°； 500 kV的一般不大于15°； 山区宜采用较小的保护角。