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防雷工程中的安全間距

文檔作者：侯彪文檔來源：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月04日
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煤氣與熱力
GAS＆ HEAT
V01．36 No．4
Apr．2016
防雷工程中的安全間距
侯彪
目市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300074)
不同防雷類別建筑物的雷電流范圍，探討?yīng)毩⒎览籽b置與被保護(hù)設(shè)施的安全間
的引下線與被保護(hù)建筑物內(nèi)金屬設(shè)施的安全距離。防雷裝置的屏蔽系數(shù)小于
對建筑物內(nèi)敏感電子設(shè)備起到屏蔽作用。
流幅值； 間隔距離； 獨(dú)立防雷裝置； 安全間距； 擊穿強(qiáng)度； 電磁屏蔽
U996．6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1000—4416(2016)04—0A39—04
￡工程師，本科，主要從事工業(yè)
F產(chǎn)品的大量應(yīng)用，雷電災(zāi)
促使防雷減災(zāi)的技術(shù)人員
j防范措施。防雷工程中的
物的重要程度和所安裝的
的相對位置等因素。
物的雷電流范圍
依據(jù)該建筑物的重要性及
生行的，不同建筑物防雷類
的。根據(jù)GB 50057-2010
》(以下簡稱GB 50057一
- 2008《雷電防護(hù)第1部
； 修回日期：2016—02—25
分：總則》，第一類防雷建筑物防雷電流幅值范圍是
5～200 kA，其防雷裝置的防雷效率是0．96；第二類
防雷建筑物防雷電流幅值范圍是10—150 kA，其防
雷裝置的防雷效率是0．89；第三類防雷建筑物防雷
電流幅值范圍是16～100 kA，其防雷裝置的防雷效
率是0．81。GB 50057-2010第1．0．1條條文說明
指出依據(jù)GB 50057-2010設(shè)計的防雷裝置的防雷
安全度(即防雷效率)不是100％。
2 防雷裝置涉及的安全間距
① 獨(dú)立防雷裝置與被保護(hù)設(shè)施的安全間距
GB 50057-2010在4．2．1條對第一類防雷建
筑物采用獨(dú)立防雷裝置時給出了被保護(hù)建筑物與防
雷裝置在空氣中和土壤中的間隔距離要求。現(xiàn)實情
況是以獨(dú)立接閃桿為代表的獨(dú)立接閃裝置被廣泛應(yīng)
用在非第一類防雷建筑物的防雷措施中。由于沒有
針對獨(dú)立接閃桿應(yīng)用在非第一類防雷建筑物的明確
規(guī)定，使得獨(dú)立接閃桿的應(yīng)用很不規(guī)范。這種情況
不僅在經(jīng)濟(jì)上造成了浪費(fèi)，也在工程中留下了安全
隱患。
獨(dú)立防雷裝置必須保證組成整套裝置的接閃
器、引下線和接地裝置與被保護(hù)建筑物及進(jìn)出該建
筑物的各專業(yè)管道、電纜等在空氣中和土壤中均保
持不小于3 m的間隔距離。
依據(jù)GB 50057-2010第4．2．1條，獨(dú)立的防雷
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第36卷第4期 煤氣與熱力
裝置，不論被保護(hù)對象為第幾類防雷建筑物，都應(yīng)滿
足雷擊電流流經(jīng)防雷裝置時不對被保護(hù)建筑物及與
其有聯(lián)系的金屬物發(fā)生反擊的要求?？諝庵械拈g隔
距離為由電阻電壓降和電感電壓降確定的間隔距離
之和，電感電壓降確定的間隔距離為由首次正極性
雷擊和首次負(fù)極性以后雷擊確定的間隔距離中的較
大者。
防雷裝置與被保護(hù)建筑物的空氣中的間隔距離
計算式為：
d
L d +了oG d~
dal +— 一一一 (1l )
式中d ——空氣中的間隔距離，in
— — 雷電流幅值，kA，取值見表1
Ri——接地裝置的沖擊接地電阻，n
E —— 電阻電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度，kV／m，
取500 kV／m
L?！戮€的單位長度電感，[xH／m，取1．5
p~H／m
— — 被保護(hù)建筑物或計算點的高度，m
— — 雷電流陡度，kA／~s，取值見表2
E —— 電感電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度，kV／m，
首次正極性雷擊取660 kV／m，首次負(fù)
極性以后雷擊取3 000 kV／m
表1 雷電流幅值／ kA
防雷建筑物類別 首次正極性雷擊 首次負(fù)極性以后雷擊
一類 200 50．0
二類 150 37．5
三類 100 25．O
表2 雷電流陡度 kA／ s
防雷建筑物類別 首次正極性雷擊 首次負(fù)極性以后雷擊
一類 20 200
二類 15 15O
三類 10 100
土壤中的間隔距離等于首次正極性雷擊的空氣
中間隔距離的電阻電壓降確定的距離，計算式為：
lR
d = (2)
R
式中d —— 土壤中的間隔距離，m
將表l、表2值代入式(1)，不同防雷建筑物類
別當(dāng)采用獨(dú)立防雷裝置時其在空氣中的間隔距離簡
化計算式見表3；將表1、2值代入式(2)，不同防雷
建筑物類別當(dāng)采用獨(dú)立防雷裝置時其在土壤中的間
隔距離簡化計算式見表4。
表3 空氣中的間隔距離 簡化計算式
防雷建筑物類別 首次正極性雷擊 首次負(fù)極性以后雷擊
一類 =0．4R．+去 d l=0．1R +0．1h
二類 d l=0．3R．+ h d l=0．f25R +0．075h
三類 d l=0．2R，+l h d 1=0．05R，+0．05h
表4 土壤中的間隔距離 簡化計算式
防雷建筑物類別 一類 二類 三類
d 1 d 1=0．4R． d l：0．3R． d l=0．2R
由于GB 50057-2010在防雷建筑物類別中，在
通過計算雷擊次數(shù)確定防雷類別的過程中，采用可
接受的最大損壞風(fēng)險概率是每年1×10～，該概率
正是人身傷亡損失的風(fēng)險允許值，因此筆者認(rèn)為使
用表3、4計算出的間隔距離對人身安全是可以接受
的。
② 引下線與建筑物內(nèi)金屬設(shè)施的安全距離
對于非獨(dú)立防雷裝置，為防止雷電流流經(jīng)引下
線時產(chǎn)生的高電位對附近金屬物的反擊，GB
50057-2010第4．3．8條給出了第二類防雷建筑物
內(nèi)金屬物與引下線之間在空氣中的間隔距離為：
da3>10．06k。Z (3)
式中 — — 防雷建筑物內(nèi)金屬物與引下線之間
在空氣中的問隔距離，m
— — 分流系數(shù)
f ——引下線計算點到連接點的長度，in
GB 50057-2010第4．4．7條給出了第三類防
雷建筑物內(nèi)金屬物與引下線之間在空氣中的間隔距
離為：
da3I>0．04k f (4)
由于安裝在被保護(hù)建筑物本體上的防雷裝置會
出現(xiàn)在所有類別的防雷建筑物上，筆者結(jié)合GB／T
21714．3_2008《雷電防護(hù) 第3部分：建筑物的物
理損壞和生命危險》(以下簡稱GB／T 21714．3—
2008)第6．3節(jié)，外部LPS(防雷裝置)的電氣絕緣
部分的間隔距離理論對安全距離進(jìn)行綜合分析。
GB／T 21714．3—2008給出了接閃器、引下線等防雷
· A 40 ·
侯彪：防雷工程中的安全間距 第36卷第4期
裝置與建筑物內(nèi)的金屬部件、金屬裝置及內(nèi)部系統(tǒng)
間的安全距離 的計算式為：
L
d0=ki (5)
，0m
式中 i——系數(shù)，取決于防雷建筑物類別，取值見
表5
。?！?— 分流系數(shù)，取決于引下線的數(shù)目，取
值見表6
— — 系數(shù)，取決于電氣絕緣介質(zhì)，介質(zhì)為空
氣時，取值為1；介質(zhì)為混凝土墻、磚
墻時，取值為2；當(dāng)有多種絕緣材料串
接時，取各種材料中取值較低的值
— — 接閃器或引下線上需考慮安全距離的
點到最近等電位連接點的長度，m
表5 系數(shù)托取值
雷電防護(hù)水平 對應(yīng)GB 50057-2010 k
(LPL) 防雷建筑物類別 i
I 一類 0．08
II 二類 0．06
III和IV 三類 0．04
表6 系數(shù)ko 取值
引下線的數(shù)目 個 。1
1 1
2 O．66
≥ 3 0．44
將表5系數(shù)代入式(5)，一般情況下，引下線數(shù)
目都大于3，所以分流系數(shù)取0．44，此種情況下，不
同防雷建筑物類別當(dāng)采用非獨(dú)立防雷裝置時，不同
電氣絕緣介質(zhì)下，其外部防雷裝置與建筑物內(nèi)的金
屬部件間的安全距離d。的簡化計算式見表7。
表7 安全距離do簡化計算式
防雷建筑物類別 空氣 混凝土墻、磚墻
一類 0．035 2L 0．017 6L
二類 0．026 4L 0．013 2L
三類 0．017 6L 8．8×10一L
3 外部防雷裝置的屏蔽系數(shù)計算與分析
文獻(xiàn)[1]指出，閃電的能量存在于三維空間的
電磁場中，與電場強(qiáng)度的二次方及磁場強(qiáng)度的二次
方成正比。閃電輻射的電磁波頻譜極寬，使得處在
迅變電磁場中的導(dǎo)體出現(xiàn)電位差。因此，對于敏感
電子設(shè)備除防范沿線路傳導(dǎo)的過大能量以外，使其
處在具有必要屏蔽功能的空間內(nèi)，并保持與屏蔽體
一定的安全距離是保障其功能安全的必要措施。
為了弱化雷擊電磁脈沖對敏感電子設(shè)備正常工
作的負(fù)面影響，除了抑制沿與其連接導(dǎo)線的傳導(dǎo)干
擾外，通過屏蔽措施降低設(shè)備所在空間的電磁場強(qiáng)
度是保障敏感電子設(shè)備可靠工作的必要環(huán)節(jié)。以下
著重分析建筑物外部防雷裝置是否具有屏蔽作用。
① 格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬度
根據(jù)文獻(xiàn)[2]，格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬度為：
b =(1bd) (6)
式中6 ——格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬度，m
f——接閃網(wǎng)網(wǎng)格長度，m
6—— 接閃網(wǎng)網(wǎng)格寬度，m
d——引下線間距，m
第一類防雷建筑物接閃網(wǎng)網(wǎng)格不大于5 m×5
m或6 m X4 m，引下線間距不大于12 m，則網(wǎng)格寬
度為6．69 m或6．60 m；第二類防雷建筑物接閃網(wǎng)
網(wǎng)格不大于10 m X 10 m或12 m×8 m，引下線間距
不大于18 m，則網(wǎng)格寬度為12．16 m或12．00 m；第
三類防雷建筑物接閃網(wǎng)網(wǎng)格不大于20 m×20 m或
24 rn×16 m，引下線間距不大于25 m，則網(wǎng)格寬度
為21．54 m或21．25 m。
② 格柵形大空間屏蔽的屏蔽系數(shù)
屏蔽材料為直徑12 mm實心鍍鋅圓鋼。首次
正極性雷擊屏蔽系數(shù)計算式為：
sr—zo g 等 ㈩
式中Js ——首次正極性雷擊屏蔽系數(shù)，dB
一格柵形屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑，nl，取
0．006 m
負(fù)極性雷擊的屏蔽系數(shù)計算式為：
Sn=20lg 8．5 (8)
式中Js ——負(fù)極性雷擊屏蔽系數(shù)，dB
將各類防雷建筑物格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬度代入
式(7)、(8)，得出不同防雷類別的建筑物采用不同
接閃網(wǎng)網(wǎng)格首次正極性雷擊屏蔽系數(shù)、負(fù)極性雷擊
屏蔽系數(shù)，見表8。
當(dāng)按式(7)、(8)得出的屏蔽系數(shù)為負(fù)值時取值
為0 dB；若建筑物具有網(wǎng)格形等電位連接網(wǎng)絡(luò)時，
屏蔽系數(shù)可在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上增加6 dB。
③ 引下線利用建筑物鋼筋主筋的屏蔽系數(shù)
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第36卷第4期 煤氣與熱力
表8 屏蔽系數(shù)
防雷 網(wǎng)格寬度 首次正極性雷擊 負(fù)極性雷擊屏蔽
建筑物類別 bw／m 屏蔽系數(shù)Sr／dB 系數(shù)Sn／dB
一類 6．69 0．32 2．08
一類 6．60 0．44 2．20
二類 12．16 0．00 0．00
二類 12．00 0．00 O．00
三類 21．54 0．00 0．0O
三類 21．25 0．00 0．00
如果引下線利用建筑物柱內(nèi)直徑25 mm的實
心鋼筋主筋，柱間距為6 m(即引線下間距6 m)，計
算得到屏蔽系數(shù)見表9。
表9 屏蔽系數(shù)
防雷 網(wǎng)格寬度 首次正極性雷擊 負(fù)極性雷擊屏蔽
建筑物類別 bw／m 屏蔽系數(shù)SF／dB 系數(shù)Sn／dB
一類 5．31 4．08 4．09
一類 5．24 4．19 4．20
二類 8．43 0．06 0．07
一類 8．32 0．18 0．19
三類 13．39 0．O0 0．00
三類 13．21 0．00 0．00
④ 屏蔽系數(shù)的分析
根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，現(xiàn)有燃?xì)鈴S站防雷裝置無
法對建筑物內(nèi)的敏感電子設(shè)備起到屏蔽作用。通過
以上計算，現(xiàn)有燃?xì)鈴S站防雷裝置的屏蔽系數(shù)一般
小于或等于4 dB。由此認(rèn)為，防雷裝置的屏蔽系數(shù)
小于或等于4 dB時，不能對建筑物內(nèi)敏感電子設(shè)備
起到屏蔽作用。
4 結(jié)語
由于任何一種建筑物外部防雷裝置在不同防雷
類別的建筑物中均有應(yīng)用，GB 50057-2010《建筑
防雷設(shè)計規(guī)范》在不同防雷類別建筑物所采取的防
雷措施中提出的安全間距要求具有普遍意義。防雷
裝置的屏蔽系數(shù)小于或等于4 dB時，不能對建筑物
內(nèi)敏感電子設(shè)備起到屏蔽作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 虞昊．建筑防雷接地既不科學(xué)又不經(jīng)濟(jì)[J]．清華大
學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，46(12)：2028—2031．
[2] 問楠臻，魏映華．雷電災(zāi)害風(fēng)險評估中兩個參數(shù)的簡
單計算方法[J]．建筑電氣，2013，32(9)：l1—12．
Safety Distance in Lightning Protection
Engineering
HOU Biao
Abstract： The lightning current ranges of build—
ra‘gs with different types of lightning protection are elaborated．
The safety distances of independent light—
ning protection device from the protected facilities and
of down conductors of non·-independent lightning pro·-
tection device from the metal facilities in protected
buildings are discussed．The sensitive electronic equip—
ment in protected buildings cannot be shielded when
the shielding factor of lightning protection device is less
than or equal to 4 dB．
Key words： lightning current amplitude；spac—
ing distance；independent lightning protection device；
safety distance；breakdown strength； electromagnetic
shield
· 信息·
北京燃?xì)馐状M(jìn)口LNG到港，為冬供再添保障
2015年11月25日10：12，經(jīng)過近30 d的海上
漂泊，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)公司自主采購的首船進(jìn)口LNG
在唐山曹妃甸LNG接收站靠港，并于次日6：19順
利完成卸貨。
據(jù)介紹，該船LNG為北京燃?xì)饧瘓F(tuán)公司LNG
貿(mào)易新業(yè)務(wù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，更標(biāo)志著全國首
次自主采購LNG并氣化管輸?shù)母母飮L試獲得成功，
同時也有效提高了首都冬季燃?xì)舛嘣?yīng)保障
能力。
(本刊通訊員供稿)
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