建筑物防雷保护设计浅析

摘要：雷电是不可避免的自然灾害，了解雷电的规律，掌握正确的预防措施是十分必要的。本文对建筑物的防雷保护在防直击雷、雷电波侵入以及相应的解决措施做了一些分析。

关键词：建筑物;防雷保护;电涌保护器

Abstract: Lightning is an inevitable natural disaster, to understand the laws of the thunder and lightning, it is very necessary to master the correct precautions. This paper does some analysis on the buildings lightning protection in the anti-lightning directly stroke, lightning-invasive as well as the corresponding measures.Key words: buildings; lightning protection; surge protector

中图分类号：TU2文献标识码：A

随着电子技术的飞速发展，电子计算机早已步入各行各业，建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和计算机网络系统，民用建筑也不例外。我国是一个雷电灾害频发的国家，雷击破坏建筑物内电气设备日益成为频发事故，所造成的损失非常巨大。因此，了解雷电的特点和种类，做好建筑物的防雷设计就显得尤为重要。

雷电的特点主要是：冲击电流大，时间短，频率和冲击电压高。雷电的种类有直击雷、感应雷和雷电侵入波。直击雷是是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流；感应雷是在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应产生的过电压、过电流而形成的雷击；雷电侵入波是雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。

直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）（以下简称规范）规定，建筑物的防雷区划分为LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等区。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区，是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置，从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。

建筑物直击雷的保护区域为LPZOA区，通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。建筑物感应雷的保护区域为LPZOB，LPZ1，LPZn+1区，即不可能直接遭受雷击区域；感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的电气设备，尤其低压电子设备威胁巨大，所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：

（1）由供电电源线路入侵；高压电力线路遭直击雷袭击后，经过变压器耦合到各低压线路，传送到建筑物内各低压电气设备；另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。据测，低压线路上感应的雷电过电压平均可达10KV，完全可以击坏各种电气设备，尤其是电子信息设备。

（2）由建筑物内计算机通信等信息线路入侵；可分为三种情况：

①当地面突出物遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。

②雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围大。

③若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时，当某一导线被雷电击中时，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电子设备。

（3）地电位反击电压通过接地体入侵；雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地，在接地体附近放射型的电位分布，若有连接电子设备的其他接地体靠近时，即产生高压地电位反击，入侵电压可高达数万伏。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线（包括电源线和信号线）上感应出雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机，反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱，通常在100伏以下，因此必须建立多层次的计算机防雷系统，确保计算机网络系统的安全。由此可见，对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容；设计的合理与否，对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。

目前，在感应雷的防护当中，电涌保护器的使用已日趋频繁；它能根据各种线路中出现的过电压，过电流及时作出反应，泄放线路的过电流，从而达到保护电气设备的目的。根据规范第6.4.4条规定：电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。

现在，我们根据规范附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。

一、一类防雷建筑物

1、首次雷击电流幅值为200KA，波头10us；二次雷击电流幅值为50KA，波头0.25us；根据图1，全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计，另外50%按1/3分配于线缆计；首次雷击：总配电间每根供电线缆雷电流分流值为200*50%/3/3=11.11KA；后续雷击；总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50*50%/3/3=2.78KA；如果进线电缆已经进行屏蔽处理，其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%，即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA，而在电涌保护器承受10/350 us的雷电波能量相当于8/20 us的雷电波能量的5~8倍，所以选择能承受8/20 us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11*8=88.9KA；即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA。根据规范第6.4.7条规定，该级电涌保护器应在总配电间处安装，即在LPZOA，LPZOB与LPZ1区的交界处安装。

2、根据规范第6.4.8，第6.4.9条规定，在分配电箱处，即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器，其额定放电电流不宜小于5KA（8/20 us），故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA，额定放电电流为10KA。

二、二类防雷建筑物

1、首次雷击电流幅值为150KA，波头10us；二次雷击电流幅值为37.5KA，波头0.25us；根据图1，首次雷击：总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150*50%/3/3=8.33KA；后续雷击：总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5*50%/3/3=2.08KA；如果进线电缆已经进行屏蔽处理，其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%，即 8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA，而在电涌保护器承受10/350 us的雷电波能量相当于8/20 us的雷电波能量的5~8倍，所以选择能承受8/20 us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33*8=66.6KA；即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA。根据规范第6.4.7条规定，该级电涌保护器应在总配电间处安装，即在LPZOA，LPZOB与LPZ1区的交界处安装。