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现代建筑防雷体系探讨

文档作者：吕俊霞文档来源：河南工业职业技术学院		点击数：	更新时间： 2021年11月04日
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©
·防雷技术·
吕俊霞(19 63 —) , 女,
讲师, 从事电工电子
教学工作。
现代建筑防雷体系探讨
吕俊霞
(河南工业职业技术学院机电工程系, 河南南阳　473009)
摘　要: 为了避免雷电给人们生命财产造成极大损失,对现代建筑防雷体系进行
了深入的探讨研究。介绍了现代防雷技术的特点、防雷分区、现代防雷体系组成、
防雷技术水平等。最后指出,要将现代的被动式防雷技术措施变成主动,在高空
区域消灭雷害之源。
关键词: 现代建筑; 雷电; 过电压; 防雷体系; 防雷区; 雷电电磁脉冲
中图分类号: TU 856　文献标志码: A　文章编号: 167428417 ( 2010) 0520045204
0　引　言
随着科学技术的迅速发展,人类经过长期的
探索与实践,已经积累了许多防雷知识,形成了
一系列行之有效的防雷方法,逐步建立起现代防
雷体系。
所谓现代防雷体系,就是在分析雷害成因的
基础上,划分不同层次的防雷区域, 采用不同的
防雷措施,全方位、多层次地装设保护装置,这样
可在很大程度上提高整体防雷的可靠性。
现代防雷体系是一项重大的系统工程,它正
面临着概念上和方法上的转变。常规的避雷针
和避雷线主要是一维空间防御;避雷带和避雷网
是二维空间防御;现代防雷体系则是三维立体空
间防御。
在现代防雷体系中,防御的界限大大延伸
了,因为闪电和雷电电磁脉冲(L ightning Electro2
Magnetic Pulse, LEMP)是发生在整个空间范围内
的,从大气对流层直接到大地表层以下,全面危
及人类的生命和财产安全。上自航空航天飞行
器,下至地下的电缆、光缆、油管、气管、矿井等,
无不受其侵袭,因此,应把防雷的界限延伸至更
广阔的范围。把需要保护的空间划分成不同的
防雷区,层层设防,既经济省事,又安全可靠。
1　现代防雷技术的特点
在现代防雷技术理论中, 闪电是电流源,防
雷的基本途径就是要提供雷电流(包括雷电电磁
脉冲辐射) 对地泄放的合理阻抗途径。简言之,
就是要控制雷电能量的泄放与转换。
德国专家希曼斯基在《过电压保护理论与实
践中》提出了现代防雷保护的3道防线:
(1) 外部保护:将绝大部分雷电流直接引入
大地泄散。
(2) 内部保护:防止沿电源线或数据线、信
号线侵入的雷电波危害设备。
(3) 过电压保护:限制被保护设备上的雷电
流过电压幅值。
这3道防线互相配合,各尽其职,缺一不可。
雷电的防护可分为两方面,即直击雷的防护和雷
电感应的防护。
1. 1　直击雷的防护
直击雷防护的主要设计依据为IEC 131221～
3《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50174—1993《电子
计算机机房设计规范》、GB 7450—1987《电子设
备雷击保护导则》、GB 50057—1994《建筑物防雷
设计规范》等标准。目前,防直击雷都采用避雷
针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器,然后通
·45·
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·防雷技术·
过良好的接地装置迅速、安全地把它送回大地。
1. 2　雷电感应的防护
雷电感应的防护是指从整体和系统上建立
起三维防护体系,主要应在被保护设备构成的系
统中采取以下措施。
( 1) 电源防雷。配电系统电源防雷应视实
际情况确定其防护级别,避雷器采用的是B、C、D
三级防雷方式。第一级保护(B级)一般安装在
建筑物输入电源总配电室内的进线配电柜上或
楼内单元输入电源的主配电盘上,主要用于保护
整幢建筑物用电设备或单位的主要用电设备。
第二级保护( C级)主要安装在设备配电柜上。
第三级保护(D级)主要安装在各个用电设备的
电源端,用于保护最终的用电设备。
( 2) 信号系统防雷。与电源防雷一样,信号
系统的防雷主要采用信号避雷器。目前,数据网
络常采用的方式有电话线、专线、X. 25、DDN和
帧中继等,通信网络设备主要采用调制解调器、
路由器和远程中断控制器等。通常根据通信线
路的类型、通信频带、线路电平等选择通信避雷
器,将通信避雷器串联或并联于通信线路上。
(3) 等电位联结。等电位联结是将正常不
带电(或不传输信息)的、未接地或未良好接地的
设备金属外壳、电缆的金属外皮、建筑物的金属
构架、金属管线的桥架与接地系统作电气联结,
防止在这些物件上由于感应雷高电压或接地装
置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝
缘、电缆芯线的反击。等电位联结的目的是减少
需要防雷的空间内金属部件和各系统之间的电
位差,防止雷电反击。
(4) 金属屏蔽及重复接地。在做好以上措
施的基础上,还应采用有效的屏蔽、重复接地等
方法,避免架空导线直接进入建筑物内配电系统
和信号系统,尽可能采用埋地电缆引入,并用金
属导管屏蔽。屏蔽金属管在进入建筑物或机房
前重复接地,最大限度地衰减,从各种线缆上引
入雷电高电压。
图1　建筑物防雷区域划分示意图
2　防雷分区
根据GB 50057—1994 和IEC 6131221,应将
建筑物需要进行保护的空间划分为不同的防雷
区,以区分各部分LEMP的严重程度和相应的防
护对策。从电磁兼容( EMC)的观点来看,由外到
内可分为LPZ0A区、LPZ0B区、LPZ1区、LPZn +1
区( = , , 3⋯)几级保护区。各区以其交界处
· 6·
n 1 2
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·防雷技术·
的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的
特征。
通常,防雷区的级数越高,电磁环境参数就
越好。规定的各防雷区,除了LPZ0A与LPZ0B
区之间无界面外,其余各防雷区之间均有明确分
割的交界面。在两个防雷区的交界面附近,应将
所有穿过交界面的金属物体、电缆屏蔽层、金属
管道作等电位联结。等电位联结的目的在于减
小防雷保护区内各金属物与各系统之间的电位
差。
3　现代防雷体系的组成
现代防雷体系从大地及其外围空间来说,可
划分为3 个防雷层次,即高空防雷区、低空防雷
区和地下防雷区。这3个防雷区域各有一定的
独立性,相互又有一定的关系,可以说3个防雷
区域是3个子防雷体系,由3个子防雷体系组成
总防雷体系。
3. 1　高空防雷区
高空防雷区位于大气对流层,在地面以上约
2～14 km。在雷雨季节,该区域经常有大量雷云
生成, 容易发生云闪和直接雷击, 同时形成
LEMP,对现代宇宙火箭、飞行器和航空、航天飞
机等造成了巨大的破坏。
该区内各物体都可能遭到直接雷击,且电磁
场强度没有衰减,因此按IEC 6131221 的标准来
区分,应属于LPZ0A区。
3. 2　低空防雷区
低空防雷区是地面上空的防雷区域,高度范
围约为0～1 km。在该区域内,雷击的主要形式
是直击雷和LEMP,它给地面生物、建筑物、电力
设备和信息系统等带来了巨大危害。由于该区
域是人类的主要生活空间,所以防雷特别重要。
除了常规的防避直击雷的接闪装置外,为了防避
直击雷电磁脉冲对现代电子信息系统的侵袭,必
须采取一些新的综合防护措施,如限压型和开关
型SPD,整体的与局部的电磁屏蔽装置, 联合接
地与等电位联结装置等。在该区域内,又以建筑
物为主题划分为不同层次的防雷区。
3. 3　地下防雷区
地下防雷区是指在地面以下的防雷区域。
有人认为地下的设施就不会遭受雷击,事实却相
反。如埋在地下的电缆与光缆就时常会遭受雷
击,地下隧道、地铁和地下矿井作业也多次发生
雷害事故。
电缆与光缆的防雷措施基本相同,主要有两
种方法。一种方法是采用避雷线(也称为排流
线) ,即在地下电缆(或光缆)的上方敷设1条或
2条与电缆(或光缆)平行的金属线。当有雷电
流到来时,电流将大部分从排流线流走,从而保
护了下部的线缆。避雷线也可安装在地面上方,
与地下线缆平行,避雷效果更好,施工也方便。
另一种方法是在线缆外加装金属管,也能达到可
靠的保护效果。
4　现代防雷体系特点
根据上述分析,现代防雷体系的主要特点可
归纳如下:
(1) 现代防雷体系的范围包括高空防雷区、
低空防雷区和地下防雷区3个层次。这3个层
次的防雷效果是互相联系、互相影响的。
(2) 现代防雷体系中要考虑的雷击形式,除
直击雷外,还有L EMP、雷电波侵入和高电压放电
等。
(3) 现代防雷体系的各种技术措施都不是
孤立的,而是互相联系、互相影响的。如建筑物
防直击雷安装避雷针与室内电子设备防LEMP
安装SPD,两者是互相联系的,在总体防雷效果
上是互补的。建筑物各防雷区SPD的防电涌效
果与接地和等电位联结关系又是密切的。
(4) 现代防雷技术是多种科学知识的结晶。
它应用到的技术和基础理论包括线性与非线性
电路理论、电磁场理论、气体放电理论、高频传输
线理论、计算机网络技术、现代通信技术、固体及
气体微电子技术、高电压技术、模拟及数字电子
技术、新材料技术等。
(5) 现代防雷体系是一项重大的系统工程,
从雷电防护专业性质来分,主要包括3 个子系
统:直击雷防御系统、雷击电磁脉冲防御系统、雷
电探测及预警系统。
5　防雷技术水平的提高
目前,提高防雷技术需从两个方面开展工
作①不断探讨和完善现代防雷理论; ②开发和
· ·
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·防雷技术·
研制新一代的防雷产品。现代避雷器应同时具
有以下技术性能。
( 1) 具有完全的防雷功能,即雷电陡波和雷
电幅值同样具有限压保护作用。
( 2) 其防雷保护作用不会造成网络接地故
障或线间短路故障,是保证网络正常、安全运行
的重要要求。
( 3) 动作特性应具有长期运行稳定性,避免
受暂态过电压危害。
( 4) 具有连续雷电冲击保护能力。
( 5) 具有较小的外形尺寸,更便于安装。
( 6) 具有较高的技术性能指标和低损耗。
( 7) 具有5～10 a的使用寿命。
在国民经济的许多重要领域(如邮电、广电、
金融、电力、公路等) ,防雷已是热门话题。这是
因为电子信息设备的广泛应用引发了对传统防
雷技术的创新和发展,因此应推动各种防雷新产
品的开发和研制,使现代防雷技术不断地创新和
完善。对于电子信息系统总的防雷原则如下:
( 1) 将绝大部分雷电流通过接闪器直接接
闪引入地下泄散(外部保护) 。
( 2) 阻塞沿电源线或数据信号线引入的雷
电过电压波(外部保护及过电压保护) 。
( 3) 限制被保护设备上的浪涌过电压幅值。
为了消除雷电引起的毁灭性电位差,在一个
完整的防雷系统中必须实施等电位联结。目的
是减小需要防雷的空间各金属部件和各系统之
间的电位差。电源线、信号线要通过过电压保护
器进行等电位联结, 金属管道、设备机壳、电源
线、信号线的屏蔽体都要实现等电位联结,建筑
物各个内层保护区的界面处同样要进行局部等
电位联结,各个局部等电位采用等电位联结棒相
互联结,并最后与主电位母线联结为一体。电位
均衡联结就是使导体良好地导电性联结,使它们
达到电位相等,为雷电流提供低阻抗的通道,使
它迅速泄散入地。
6　结　语
从防护效果方面来看,现代防雷技术是成功
的、可靠的,对保护人民生命财产安全和信息系
统的正常运行起到了很大的作用,但是还不能做
到绝对可靠。其主要原因在于现代防雷技术措
施是被动式的。要变被动为主动,必须从根本上
控制雷电的形成和发展,即在高空区域就把雷害
之源消除掉。这一方面依赖于新型消雷技术的
发展,另一方面依赖于高性能雷电探测和预警系
统的建立。
[ 1 ] 　周志敏,周纪海,纪爱华. 电气电子系统防雷接地
实用技术[M ]. 北京:电子工业出版社, 2005.
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中国建筑工业出版社, 2003.
[ 5 ] 　浙江神龙电器有限公司. 防雷常识[G ]. 2007.
收稿日期: 2009 - 10 - 09
D iscussion about L igh tn ing Protect ion System in M odern Bu ild ing
LV J un xia
(Henan Poly2technical Institute, Nanyang 473009, China)
　　Abstra c t: Modern lightning protection system wa s deeply disscussed and re sea rched to avoid great loss of people’s
life and p rope rty caused by lightning. The charac teristic s of mode rn lightning protection technology, lightning protec tion
zoning, composition ofmodern lightning protection system, lightning p rotec tion leve l were introduced. A t last, it was
pointed out tha t it should change the pa ssive lightning p rotec tion technology into the active one and elim inate the source
of lightning in the air.
K y ; ; 2 ; y ;
; ( L M )
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