《建筑物防雷设计规范》.docx

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《建筑物防雷设计规范》

.前　　言

根据国家计委计宗〔1989〕30号文的要求，由机械工业部负责主编，具体由机械工业部设计研究院修订编制的《建筑物防雷设计规范》GB50057-94，经建设部1994年4月18日以建〔1994〕257号文批准发布。

为便于广大设计、施工、科研、学校等有关单位人员在使用本规范时能够正确理解和执行条文规定，《建筑物防雷设计规范》修订组根据国家计委关于编制标准、规范条文说明的铜一要求，按《建筑物防雷设计规范》的章、节、条顺序，编制了《建筑物防雷设计规范条文说明》，供国内各有关部门和单位参考。

在使用中如发现本条文说明有欠妥之处，请将意见直接反馈。

（本《建筑物防雷设计规范条文说明》是1994年4月编制，2000年对《建筑物防雷设计规范》第六章作了局部修订，将《条文说明》中的相关内容写入了规范之中，这里略去第六章说明。

若需要查找条文内容，请查看在中国防雷信息网发布的“《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994修订稿”）

第一章　总　　则

第1.0.1条　有人认为，建筑物安装防雷装置后就万无一失了。

从经济观点出发，要达到这点是太浪费了。

因此，特指出“或减少”，以示不是万无一失，因为按照本规范设计的防雷装置的防雷安全度不是100%。

第二章　建筑物的防雷分类

第2.0.1条　将工业和民用建筑物合并分类，分为三类。

本规范对第一类防雷建筑物和第二、三类的一部分（如爆炸危险环境、文物）仍沿用以往的做法，不考虑以危险度作为分类的基础。

对于第二、三类中一些难于确定的建筑物则根据危险度这一基础来划分。

对危险度的分析，见本规范第2.0.3条的说明。

第2.0.2条

第一款，爆炸物质：

炸　药──黑索金、特屈儿、三硝基甲苯、苦味酸、硝铵炸药等；

火　药──单基无烟火药、双基无烟火药、黑火药、硝化棉、硝化甘油等；

起爆药──雷汞、氮化铅等；

火工品──引信、雷管、火帽等。

第三款，原规范中有关爆炸火灾危险场所的分类名称按现在新的爆炸火灾危险环境的分区名称修改。

其相对应的关系见表2.1。

　　　爆炸火灾危险环境新旧分类对应关系表　　　　　　　　　　　　　2.1

原分类级别

Q-1

Q-2

Q-3

G-1

G-2

H-1

H-2

H-3

新的分区名称

0区

1区

2区

10区

11区

21区

22区

23区

因为1区跨越Q-1和Q-2两个级别，因此，1区建筑物可能划为第一类防雷建筑物，也可能划为第二类防雷建筑物。

其区分在于是否会造成巨大破坏和人身伤亡。

例如，易燃液体泵房，当布置在地面上时，其爆炸危险环境一般为2区，则该泵房可划为第二类防雷建筑物。

但当工艺要求布置在地下或半地下时，在易燃液体的蒸气与空气的混合物的比重重于空气，又无可靠的机械通风设施的情况下，爆炸性混合物就不易扩散，该泵房就要划为1区爆炸危险环境。

如该泵房系大型石油化工联合企业的原油泵房，当泵房遭雷击就可能会使工厂停产，造成巨大经济损失和人员伤亡，因此，这类泵房应划为第一类防雷建筑物；如该泵房系石油库的卸油泵房，平时间断操作，虽因雷电火花可能引发爆炸造成经济损失和人员伤亡，但相对来说要少得多，则这类泵房可划为第二类防雷建筑物。

第2.0.3条

第四款，有些爆炸物质，不易因电火花而引起爆炸，但爆炸后破坏力较大，如小型炮弹库、枪弹库以及硝化棉脱水和包装等均属第二类防雷建筑物。

第五款，见本规范第2.0.2条三款的说明。

第八款，选择防雷装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏危险度R值（需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概率）减到小于或等于可接受的最大损坏危险度Rc值（即R≤Rc）。

本章中对于需作计算年雷击次数界限的条文采用每年10-5的Rc值，即每年十万分之一的损坏概率。

基于建筑物年预计雷击次数（N）和基于防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率（P），对于时间周期t=1年，在NPt<<1的条件下（所有真实情况都满足这一条件），下面的关系式是适用的：

R=1-exp（-NPt）=NP，即R=NP　　　　　　（2.l）

P=Pi·Pid＋Pf·Pfd　　　　　　　　　　（2.2）

式中：

Pi──防雷装置截收雷击的概率，或防雷装置的截收效率（也用Ei表示），其值与接闪器的布置有关；

Pf──闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑物的概率，也即防雷装置截收雷击失败的概率，等于（1-Pi）或（1-Ei）；

Pid──防雷装置截收雷击后所选用的各种尺寸和规格保护失败而发生损坏的概率；

Pfd──防雷装置没有截到雷击而发生损坏的概率。

一次雷击后可能同时在不同地点发生n处损坏，每处损坏的分概率为Pk，这些分概率是并联组成，因此，一次雷击的总损坏概率为：

（2.3）

分损坏概率包含这样一些事件，如爆炸、火灾、生命触电、机械性损坏、敏感电子或电气设备损坏或受到干扰等等。

在确定分损坏概率时，应考虑到同时发生两类事件，即引发损坏的事件（如金属熔化、导体炽热、侧向跳击、不容许的接触电压或跨步电压，等等）和被损坏物体的出现（即人、可燃物、爆炸性混合物等等的存在）这两类事件同时发生。

出现引发损坏的事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率有关，在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。

在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑物的特点、存放物和用途。

为简化起见，假定：

1.在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类损坏采用相同的值，用共同概率Pr代替；

2.没有被截到的雷击（直击雷）所引发的损坏是肯定的，损坏的出现与可能被损坏的周围物体的出现是同时发生的，因此，Pfd=Pr；

3.被截收到的雷击引发损坏的总概率只与防雷装置的尺寸效率Es有关，并假定等于（1-Es）。

Es规定为这样一个综合概率，即被截收的雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害。

Es与用来定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关。

将上述假定代入（2.2）式，即将以下各项代入：

Pi用Ei代入，Pf用（l-Ei）代入，Pfd用Pr代入，Pid用Pr（1-Es）代入；此外，引入一个附加系数Wr，它是考虑雷击后果的一个系数，后果越严重，Wr值越大。

因此，（2.2）式转化为：

P=PrWr（l-EiEs）　　　　　　　　　　　（2.4）

概率Pr应看作是一个系数，它表示建筑物自身保护的程度或表示考虑这样的真实情况的一个因素，即不是每一个打到需要防雷的建筑物的雷击和不是每一个使防雷装置所选用的规格和尺寸失败的雷击均造成损坏。

Pr值主要取决于建筑物的特点，它的结构、用途、存放物或设备。

η=Ei·Es　　（2.5）

η或Ei·Es为防雷装置的效率。

从（2.1）、（2.4）、（2.5）式得：

如果R值采用可接受的最大损坏危险度Rc=10-5，并使

　　　（2.6）

式中：

Nc──建筑物可接受的年允许遭雷击次数。

因此，防雷装置所需要的效率应符合下式：

　　　　　　　　　　　（2.7）

根据IEC-TC81的有关资料，第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值见表2.2。

　　　　　　　　　　　　Ei和Es值　　　　　　　　　　　　　　　　表2.2

第三类防雷建筑物

所装设的防雷装置

Ei

Es

η=Ei·Es

0.85

0.95

0.80

根据验算和对比（另见本条第九款和本规范第2.0.4条二、三、四款说明），本规范对一般建筑物和公共建筑物所采用的PrWr值见表2.3。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　PrWr值　　　　　　　　　　　　　　表2.3

建筑物

PrWr

型式

特点

一般建筑物

正常危险

1.6·10-4

6·10-2

公共建筑物

重大危险（引起惊慌、

重大损失）

8·10-4

1.2·10-2

从表2.2得保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率η值为0.8。

从表2.3查得公共建筑物的Nc值为1.2·10-2。

将这两个数值代人关系式（2.7），得

，所以

。

这表明对这类建筑物如采用第三类防雷建筑物的防雷措施，只对N≤0.06的建筑物保证Rc值不大于10-5。

当N＞0.06时Rc值达不到（即大于）10-5，因此，当N＞0.06时升级采用第二类防雷建筑物的防雷措施。

将部、省级办公建筑物列入，是考虑其所存放的文件和资料的重要性。

人员密集的公共建筑物，如集会、展览、博览、体育、商业、影剧院、医院、学校等建筑物。

第九款，从表2.2得保护第三类防雷建筑物的防雷装置的η值为0.8。

从表2.3查得一般建筑物的Nc值为6·10-2。

将这两个数值计入关系式（2.7），得出

，所以

。

这表明对这类建筑物如采用第三类防雷建筑物的防雷措施。

只对N≤0.3的建筑物保证Rc值不大于10-5。

当N＞0.3时Rc值达不到（即大于）10-5，因此，当N＞0.3时升级采用第二类防雷建筑物的防雷措施。

第2.0.4条

第二款，当没有防雷装置时η=0，从表2.3查得公共建筑物的Nc=1.2·10-2。

将这两个数值代入关系式（2.7），得

，所以N≤0.012。

这表明对这类建筑物当N＜0.012时可以不设防雷装置；当N≥0.012时要设防雷装置。

第三、四款，当没有防雷装置时η=0，从表2.3查得一般建筑物的Nc=6·10-2。

将这两个数值代入关系式（2.7），得

，所以N≤0.06。

这表明对这类建筑物当N＜0.06时可以不设防雷装置；当N≥0.06时要设防雷装置。

下面用长60m、宽13m（即四个单元住宅）的一般建筑物作为例子进行验算对比。

其结果列于表2.4。

原规范的建筑物年计算雷击次数的经验公式为原规范的（附2.1）式。

本规范的建筑物年预计雷击次数为（附1.1）式。

k值均取1。

要精确计及周围物体对建筑物等效面积的影响，计算起来很繁杂，因此，略去这类影响的精确计算。

但在选用一些参数时已适当作了修正。

N的计算见本规范附录一。

第三章　建筑物的防雷措施

第一节　一般规定

　　第3.1.1条　本条规定仅对制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物和爆炸危险环境采取防雷电感应。

其它防雷建筑物可以不防雷电感应。

雷电感应可能感应出相当高的电压而发生火花放电引发事故。

在一般性建筑物内，在不带电的金属物上雷电感应所产生的火花放电，由于其能量小、时间极短，通常不会引发火灾危险。

在220/380V系统的带电体上的雷电感应，由于采取防雷电波侵入和防反击的措施，此问题也跟着得到解决。

关于电子元件的过电压保护分三部分，即220/380V电源部分、信息线路、有电子元件的设备本身。

信息线路的过电压保护应由信息线路设计者解决。

设备本身的应由制造厂解决。

电源部分又分两部分，即建筑物的电源进线和接至有电子元件的装置的电源部分（如插座、分配电箱）。

本规范仅解决电源进线部分，它与防雷电波侵入和防反击的措施一起解决。

至于在装置附近的供电是否设过电压保护器，应根据设备的重要性由信息线路设计者一起解决，或由设备使用者解决或由制造厂提供。

此外，设备外壳及其外接金属管线由于电气安全或屏蔽需要已作接地，这也大大地减少了雷电感应的危险性。

本规范现仍采用原来规定的防雷方法，即防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。

国际电工委员会1990年版IEC1024-1：

1990标准建筑物防雷第一部分通则（以下简称IEC1024-l）的内容也包括了这些方面的要求，不过叫法不同。

有些国家和上述IEC的防雷标准将防雷分为外部防雷和内部防雷。

所谓外部防雷就是防直击雷（不包括防止防雷装置受到直接雷击时向其它物体的反击），内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防雷电波侵入和防生命危险。

本规范的防直击雷包含防反击的内容。

第3.1.2条　为说明等电位的作用和一般的做法，下面摘译IEC1024-1的一些有关规定：

3.内部防雷装置

3.1等电位连接

3.l.l通则

为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险，等电位是一很重要的措施。

等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。

当需要防雷的空间设有防雷装置时，处于该空间之外的金属构架可能受到雷电效应。

在设计这样的防雷装置时应顾及这种效应。

对处于该空间之外的金属构架可能也需要作等电位连接。

当不设防雷装置但需要防从外来管线引来的雷电效应时，也应作等电位连接。

3.1.2金属装置的等电位连接

应在以下地点做等电位连接：

a）在地下室或在靠近地平面处。

连接导线应连到连接板（连接母线）上，连接板的构成和安装要易于接近检查。

连接板应与接地装置连接。

对于大型建筑物，如果连接板之间有连接，可装设多块连接板；

b）高度超过20m的建筑物，在地面以上垂直每隔不大于20m处；连接板应与连接各引下线的水平环形导体连接（见2.2.3款）；

c）在那些满足不了安全距离的地方（见3.2节）。

对有电气贯通钢筋网的钢筋混凝土建筑物、钢构架建筑物、有等效屏蔽作用的建筑物，建筑物内的金属装置通常不需要上述b）款和c）款的等电位连接。

……

3.1.3外来导体的等电位连接

应尽可能在靠近进户点处对外来导体作等电位连接。

……

3.1.5在通常情况下电气和通信装置的等电位连接

电气和通信装置应按3.1.2款的要求作等电位连接。

应尽量在靠近进户点处作等电位连接。

如果导体有屏蔽层或穿于金属管内，当这类屏蔽物上的电阻压降所形成的电位差不危及电缆和所连接的设备时，通常只将这类屏蔽物作等电位连接就足够了。

线路的所有导体应作直接或非直接连接。

相线应仅通过过电压保护器连到防雷装置上。

在TN系统中，PE或PEN线应直接连到防雷装置上。

……

3.3防生命危险

在需要防雷的空间内防发生生命危险的最重要措施是采用等电位连接。

第二节　　第一类防雷建筑物的防雷措施

第3.2.1条

第一款，在原规定的基础上，与独立避雷针、架空避雷线并列，补充采用架空避雷网。

第二款，压力单位用Pa及kPa，它们是法定计量单位。

标准大气压力为非法定计量单位，一旦有关国际学术组织宣布废除时，我国也将随着停止使用。

因此，表3.2.1中的压力单位采用kPa。

一个标准大气压=1.01325×105Pa=1.01325×102kPa。

“接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外”，接触点处于该空间的正上方之外也属于“在上述空间之外”。

第五款，为了防止雷击电流流过防雷装置时所产生的高电位对被保护的建筑物或与其有联系的金属物发生反击，应使防雷装置与这些物体之间保持一定的安全距离。

防雷装置地上高度hx处的电位为：

　　　　　　　　　　　（3.1）

由于没有更合理的方法，与原规范相同，安全距离仍按电阻电压降和电感电压降相应求出的距离相加而得。

因此，相应的安全距离为：

　　　（3.2）

式中：

UR──雷电流流过防雷装置时接地装置上的电阻电压降（kV）；

UL──雷电流流过防雷装置时引下线上的电感电压降（kV）；

Ri──接地装置的冲击接地电阻（Ω）；

──雷电流陡度（kA／μs）；

I──雷电流幅值（hA）；

L0──引下线的单位长度电感（μH／m），取其等于1.5μH／m；

ER──电阻电压降的空气击穿强度（kV／m），取其等于500kV／m；

EL──电感电压降的空气击穿强度（kV／m）。

本规范各类防雷建筑物所采用的雷电流参量见附录六的附表6.l～附表6.3。

根据对雷电所测量的参数得知，雷电流最大幅值出现于第一次正极性或负极性雷击，雷电流最大陡度出现于第一次雷击以后的负雷击。

正极性雷击通常仅出现一次，无重复雷击。

IEC—TC81的有关文件提出电感电压降的空气击穿强度为

（kV/m）。

因此，根据附表6.1，当T1=10μs时

kV/m；根据附表6.2，当T1=0.25μs时

kV／m。

以附表6.1的有关参量和上述有关数值代人（3·2）式，其中

kA/μs，得

，考虑计算简化，取作Sal≥0.4Ri＋0.04hx。

因此，

　　　　Sal≥0.4（Ri＋0.1hx）（3.3）

上式即规范（3.2.1-l）式。

同理，改用附表6.2及其它有关数值代人（3.2）式，其中

kA/S，得

。

因此，

　　　　Sal≥0.1（Ri＋hx）（3.4）

上式即规范（3.2.l-2）式。

（3.3）式和（3.4）式相等的条件为0.4Ri＋0.04hx=0.1Ri＋0.1hx，即hx=5Ri。

因此，当hx＜5Ri时，（3.3）式的计算值大于（3.4）式的计算值；当hx＞5Ri时，（3.4）式的计算值大于（3.3）式的计算值；当hx=5Ri时，两值相等。

根据《雷电》一书下卷第87页（1983年，李文恩等译，水利电力出版社出版，该书译自英文版《Lightning》第2卷，R.H.Golde主编，1977年版）土壤的冲击击穿场强为200～1000kV/rn，其平均值为600kV/m，取与空气击穿强度一样的数值，即500kV/m。

根据附表6.1，对第一类防雷建筑物取I=200kA。

因此，地中的安全距离为

，即

Sel≥0.4Ri　　　（3.5）

上式即规范（3.2.l-3）式。

根据计算，在避雷线立杯高度为20m、避雷线长度为50～150m、冲击接地电阻为3～10Ω的条件下，当避雷线立杆顶点受雷击时，流过一根立杆的雷电流为全部雷电流的63％～90％，照理Sal和Sel可相应减小，但计算很繁杂，为了简化计算，故本规范规定Sal和Sel仍按照独立避雷针的方法进行计算。

第六款，按雷击于避雷线档距中央考虑Sa2，由于两端分流，对于任一端可近似地将雷电流幅值和陡度减半计算。

因此，避雷线中央的电位为：

U=UR＋UL1＋UL2。

由此得

，所以

　　　　　　　　　　　（3.6）

式中：

I、UR、di/dt、ER、EL──意义及所取的数值同本条第五款的说明；

UL1──雷电流流过防雷装置时引下线上的电感压降（kV）；

UL2──雷电电流流过防雷装置时在避雷线上的电感压降（kV）；

L01──垂直敷设的引下线的单位长度电感（μH/m）。

按引下线直径8mm、高20m时的平均值L01=1.69μH/m计算；

L02──水平避雷线的单位长度电感（μH/m）。

按避雷线截面35mm2、高20m时的值L02=1.93μH/m计算。

与本条第五款说明类同，以附表6.l和上述有关的数值代入（3.6）式，得

，

因此

　　　（3.7）

上式即规范（3.2.1-4）式。

由以附表6.2和上述有关的数值代入（3.6）式，得

，

因此

　　　　　　　　　　　　　（3.8）

上式即规范（3.2.1-5）式。

以（3.7）式等于（3.8）式，得

，所以

。

其余的道理类同于本条第五款。

第七款，将（3.7）式和（3.8）式中的系数以两支路并联还原，即乘以2，并以l1代l／2，再除以有同一距离l1的个数，则得出规范（3.2.1-6）式和（3.2.l-7）式。

架空避雷网的一个例子见图3.l。

第八款，在一般情况下规定接地电阻不宜大于10Ω是适宜的，但在高土壤电阻率地区，要求低于10Ω可能给施工带来很大的困难。

故本款规定为，在满足安全距离的前提下，允许提高接地电阻值。

此时，虽然支柱距建筑物远一点，接闪器的高度亦相应增加，但可以给施工带来很大方便，而仍保证安全。

在高土壤电阻率地区，这是一个因地制宜而定的数值，它应综合接闪器增加的安装费用和可能做到的电阻值来考虑，不宜作硬性的规定。

第3.2.2条

第一款，被保护建筑物内的金属物接地，是防雷电感应的主要措施。

本款还规定了不同类型屋面的处理。

无疑，金属屋面或钢筋混凝土屋面内的钢筋进行接地，有良好的防雷电感应和一定的屏蔽作用。

对于钢筋混凝土预制构件组成的屋面，要求其钢筋接地有时会遇到困难，但希望施工时密切配合，以达到接地要求。

第二款，本款规定距离小于100mm的平行长金属物，每隔不大于30m互相连接一次，是考虑到电磁感应所造成的电位差只能将几厘米的空隙击穿（计算结果如下）。

当管道间距超过100mm时，就不会发生危险。

交叉管道亦作同样处理。

两根间距300mm的平行管道，与引下线平行敷设，距引下线3m并与其处于一个平面上。

如果将引下线视作无限长，这时在管道环路内的感应电压U（kV）为

，它可能击穿的气隙距离d为：

　　（3.9）

式中：

l──平行管道成环路的长度（m），取30m计算；

──流经引下线的雷电流的陡度（kA/μs），根据表3.2的参量取200kA/μs计算；

M──1m长两根间距300mm平行管道环路与引下线之间的互感（μH/m），经计算得M=0.019μH/m；

EL──电感电压的空气击穿强度（kV/m），与本规范第3.2.1条五款说明相同，取3000kV/m计算。

将上述有关数值代人（3.9）式得

m

即使在管道间距大到300mm的情况下，所感应的电压仅可能击穿0.038m的气隙。

若间距减到100mm，所感应的电压就更小了（由于M值减小）。

连接处过渡电阻不大于0.03Ω时，以及对有不少于5根螺栓连接的法兰盘可不跨接的规定，是参考国外资料和国内的实践经验确定的。

天津某单位安技科做过测试，一些记录如表3.3，这些实测值是在三处罐站测出的。

第三款，由于已设有独立避雷针（线或网），因此，流过防雷电感应接地装置的只是数值很小的感应电流。

在金属物已普遍接地的情况下，电位分布均匀。

因此，本款规定为工频接地电阻不大于10Ω。

在共用接地装置的场合下，接地电阻只要满足各自要求的阻值就可以，不要求达到更低的接地电阻。

第3.2.3条

第一款，为了防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险，低压线路直采用电缆埋地引入，不得将架空线路直接引入屋内；当难于全长采用电缆时，允许从架空线上换接一段有金属铝装的电缆或护套电缆穿钢管埋地引入。

这时，需要强调的是，电缆首端必须装设避雷器并与绝缘子铁脚、金具、电缆外皮等共同接地，入户端电缆外皮、钢管必须接到防雷电感应接地装置上，电缆段才能起到应有的保护作用。

当雷电波到达电缆首端时，避雷器被击穿，电缆外导体与芯接通。

一部分雷电流经首端接地电阻入地，一部分雷电流流经电缆。

由于雷电流属于高频（通常为数千赫兹），产生集肤效应，流经电缆的电流被排挤到外导体上去。

此外，流经外导体的雷电流在芯线中产生感应反电势，从理论上分析在没有集肤效应下将使流经芯线的电流趋向于零。

本款规定埋地电缆长度不小于

（m）是考虑电缆金属外皮、销装、钢管等起散流接地体的作用。

接地体在冲击电流下，其有效长度为

（m）。

关于采用

的理由参见本规范第4.3.4条的说明。

此外，又限制埋地电缆长度不应小于15m。

这是考虑架空线距爆炸危险环境至少为杆高的1.5倍，设敢搞一般为10m，1.5倍就是15m。

当土壤电阻率过高，电缆埋地长度过长时，可采用换土措施，使ρ值降低，来缩短埋地电缆的长度。

第3.2.4条　正如规范第3.2.1条所述，第一类防雷建筑物的防直击雷措施，首先应采用独立避雷针或架空避雷线（网）。

本条只适用于特殊情况，即由于建筑物太高或其它原因，不能装设独立避雷针或架空避雷线网时，才允许采用附设于建筑物上的防雷装置