建筑物防雷击电磁脉冲防护等级的划分

信息设备越是深藏在建筑物内部，抗击雷电脉冲能力最强（C4=0.5）。LPZOA 是处在
建筑物接闪器保护范围外的室外空间（C4=2.0）,LPZOB 是处在接闪器保护范围内的室外
空间，以及与室外空间连通的地方，如阳台（C4=1.5）。
信息设备越是重要，对电磁环境要求越是严格， C2 越大，在 0.5～3.0 范围内取值,
－4－
乎不起作用了。
表 6 建筑物 Ae.Td.C 对 E 的影响
Ae
C 的总和
Td
10
35
0.01
3
0.65
9
0.88
D 0.93
B
C 0.98
B
0.06
3
0.69
9
0.89
D 0.94
B
C 0.98
B
100
0.98
B
0.99
A
0.98
B
0.99
A
7 再举一例 某通信大楼，L=54m,W=22m,H=97m,地区的Td=20 次/年，K=1，ds=250Ω·m,各因子总
4 根据入户设施的等效接闪面积（又称等效截收面积）Ae′决定入户设施的年预计雷击 次数 N2
N2=Ng·Ae′=Ng(Ae1′+Ae2′) Ae1′是埋地电源电缆的等效截收面积（km2）,对低压电缆， Ae1′=2ds·L·10-6 (km2) 对高压电缆， Ae1′=0.1ds·L·10-6 (km2) Ae2′是埋地信号电缆的等效截收面积， Ae2′=2ds·L·10-6 (km2) ds 是土壤电阻率（Ω·m）,通常取 250，表示埋地电缆的等效宽度，L 是电缆长度 （m），可取建筑物至网络第一个分支点的距离。 这里没有将架空线的有效截收面积计算公式列入，架空线的有效截收面积比电缆的 大得多。 从上列公式可知土壤电阻率越大，导致预计雷击次数越大；也可知低压电缆的等效 截收面积比高压的大。
无不良后果 不许中断，但无严 重后果 不许中断，且有严 重后果
一般 较弱
相当弱
建筑物防雷状况
建筑物材料 结构因子
C1
信息设备所处防雷 分区母子C4
金属
LPZ2
钢筋混凝土
砖混 砖木
木
LPZ1 LPZOB LPZOA
因子
0.5
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
表 2 影响 Nc 的因子（2）
－1－
年平均雷暴日数 Td Td≤20 少雷区 20<Td≤40 多雷区 40<Td≤60 高雷区
计算。 E=1- 0.023 =0.68 0.056 + 0.015 属于 D 级。 本题取材于参考文献 2。
8 根据防护等级确定 SPD 的配置 GB50343 将防护等级分为 A、B、C、D 四个等级，A 级要求设 3～４级，Ｂ级要求设
２～３级，Ｃ级要求设２级，D 级要求设 2 级，或 1 级。
下，是不需设置防雷击电磁脉冲设施的。
Nc 受很多条件（称因子）影响，有系统的重要程度、有自身的抗冲击能力、有系统
事故后果严重程度、有建筑物防护能力，也受所在地区雷暴情况影响，这些因子列于表 1
和表 2。
表 1 影响Nc的因子（1）
系统重要程度 因子C2
信息系统状况
系统事故后果 因子C5
信息设备抗冲击 能力因子C3
－6－
GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》提出了对雷击风险进行评估的 分级计算方法，可说是对 GB50057-94（2000 年版）的补充和完善。
笔者根据一些资料,叙述怎样进行分级计算。
1 确定系统设备损坏可接受的最大年平均雷击次数 Nc
Nc 可理解为系统设备的防范能力，单位是次/年，如果建筑物实际雷击次数在 Nc 以
建筑物防雷击电磁脉冲防护等级的划分
机械工业第四设计研究院 陈才俊
摘 要 根据国家标准 GB50343-2004 叙述雷击危险度评估及电涌防护分级的方法。 关键词 雷击电磁脉冲 电涌保护器 SPD 拦截效率
建筑物是否需要设置 SPD，是大家很关心的问题，GB50057-94（2000 年版）《建筑 物防雷设计规范》第 6.1.2 条规定“一个信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，应在完成 直接、间接损失评估和建设、维护投资预测后认真分析综合考虑，做到安全、适用、经 济。”又在第 6.4.12 条后“保护信息线路和设备的 SPD 另按国家有关规定确定。”
6 实例分析
某企业综合楼,高度 17.5m,长度 76m,宽度 9m,该地区年平均雷暴日数 35 天/年,该建
筑物低压埋地电缆 L=200m,信号埋地电缆 L=500m,ds=250Ω·m。信息中心位于 4 层，要求
对该建筑物的信息中心设置 SPD 防护。
具 体 参 数 ： k=1,Td=35,C1=1.0,C2=3.0,C3=3.0,C4=0.5,C5=1.5,C6=1.0 ，
请见表 4。
－3－
表 4 防雷设施等级的决定
E
雷电防护等级
E>0.98
A
0.90<E≤0.98
B
0.80<E≤0.90
C
E≤0.8
D
按 GB50343-2004 的条文说明，在少雷区或多雷区，有信息系统的建筑物，按 A 级设
计的概率为 10%～20%左右，按 B 级设计的概率为 70%～80%，少数设计为 C 级和 D 级。
和为 8，高压电源电缆长度为 500m,信号电缆长度为 200m(均埋地引入)。 经计算可得Ae=0.048km2,Ng=1.179 次/年·km2,N1=0.056,Ae1′=0.0125,
Ae2′=0.1,N2=0.133,Nc=0.023, E=1- 0.023 =0.88 0.056 + 0.133 属于 C 级。 本例如是低压电源引入，重行计算， E=1- 0.023 =0.95 0.056 + 0.413 属于 B 级，可见电源电缆由高压改为低压时，提高了防护等级的要求。 本例如是高压电源电缆引入，带金属芯线的光缆引入（有效截收面积为零），重行
－5－
在普通建筑物、工业厂房的工程实际中，电源 SPD（区别于信号 SPD）一般情况下仅 设置 2～3 级。对电子信息系统大楼，才可能需要 4 级（A 级）。
各级 SPD 的规格，GB50057 和 GB50343 提出的要求不尽相同，GB50343 提出的偏大， 笔者建议可按《工业与民用配电设计手册》（第三版）第 844、845 页提出的典型方案选 用。 参考文献
3 根据雷击频度 Ng，决定建筑物年预计雷击次数 N1 N1=K·Ae·Ng (次/年) K 是地形校正系数，通常取作 1，Ae 是建筑物等效接闪面积，又称等效截收面积
（km2）。
－2－
Ae=[LW+2(L+W) H (200 − H ) +лH（200-H）]×10-6 L、W、H 分别为建筑物的长、宽、高（m）。 此式适用于 H 小于 100m 的建筑物。 N1 是确定建筑物防雷类别的重要参数，也是确定建筑物设置 SPD 等级的一个因素， 作为供电专业，N1 是大家非常熟悉的。
件不变，可求得将分别属于 A 级、C 级。
如该建筑物的各因子之和为 3，当地的年雷暴日数 Td 分别为 100、35、10，其余条
件不变，可求得将分别属于 B 级、B 级、D 级，以上各建筑物的具体 E 值，见表 5。
表 5 某建筑物 Td、C 对 E 的影响
பைடு நூலகம்Td
10
35
100
C 的总和
3
0．66 D 0．93 B 0．98 B
10
0．89 C 0．98 B 0．99 A
笔者继续作一些计算，假设另有两个建筑物，其建筑物等效接闪面积 Ae 分别是
0.06、0.01，各项因子之和分别是 9、3，年雷暴日数分别是 100、35、10，其余条件不
变，计算结果见表 6。可见在年雷暴日数在 100 次/年时，Ae 的变化和 C 的变化，对 E 几
⑴ GB50057-94（2000 版）《建筑物防雷设计规范》 ⑵ GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 ⑶ 熊峰，建筑物电子信息系统的雷击电涌防护，《电工技术》200７年第 2 期 ⑷ 丁新亚，利用电子表格对建筑物进行雷击风险评估计算，《现代建筑电气设计技 术》（2005 年） ⑸ 《工业与民用配电设计手册》（第三版）
事故后果越是严重， C5 越大,在 0.5～2.0 范围内取值，取值越大，NC 就越小，即可接
受的年雷击次数越小。
在多雷区，如果建筑物内有特别重要的信息设备，笔者建议取 C 的总和为 9，如取
9，则 Nc 为 0.020,对一些不太重要的信息设备，笔者建议取 C 的总和为 3，此时 NC 为
0.061,其对应关系见表 3。
表 3 因子 C 的总和与 NC 的关系
C 的总和 Nc
9
8
7
6
5
4
0.020 0.023 0.026 0.031 0.037 0.046
3 0.061
2 根据地区的年雷暴日数 Td,决定地区雷击频度 Ng Ng=0.024·Td1.3 (次/年·km2) 雷击频度又称雷击大地的年平均密度，Td 是年平均雷暴日数（次/年）。
5 根据防雷装置拦截效率 E 确定防雷击电磁脉冲的等级 E=1-Nc/N=1-Nc/(N1+N2) N 是建筑物包括入户设施的年预计雷击次数，Nc 是建筑物内电子信息系统设备因雷
击损坏可接受的最大年雷击次数，E 可理解为不可接受的百分数，E 越大，要求雷电防护 等级越高，反之等级越低， 分 A、B、C、D 四级，只有 Nc≥N 时，才可不必安装防护设 施。
Td>60 强雷区
Nc=5.8×10-1.5/(C1+C2+C3+C4+C5+C6) (次/年)
因子 C6 0．8 1．0 1．2 1．4
从表 1 可见金属结构建筑的抗击雷击电磁脉冲的能力最强（C1=0.5）,因为金属结构
对信息设备有屏蔽作用，又有接闪器的引雷作用，相反，木结构的抗击能力最弱
（C1=2.5）。
L=76m,W=9m,H=17.5m,Ae=0.02,Ae1′=0.1, Ae2′=0.25,Ng=2.44,N1=0.0488,
N2=0.854，N=0.903,Nc=0.0183。
E=1-0.0183/0.903=0.98
该建筑物应设置 B 级防护。
本题取材于参考文献 3。
如同一建筑物，当地的年雷暴日数 Td 为 100（强雷区），或 10（少雷区），其余条