防雷及过电压保护.ppt

11 防雷及过电压保护,11.0.0 有关规范-1 DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合：高压电力系统过电压保护（包括防雷）的主要依据。（GBJ 64-1983工业与民用电力装置的过电压保护设计规范：未修订，未作废，不能用！）-2 GB 311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合：侧重设备制造。-3 GB/T 16895.12建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第443节：大气过电压或操作过电压的保护：低压电气装置的过电压保护绝缘配合（耐冲击类别、自身抑制和保护抑制、设备选择）。要点是、类（6、4、2.5、1.5kV，见P450表11-4-11）；自身抑制（地下系统和雷暴日25日/年者，“不需要附加的大气过电压保护）。-4 GB 50057-1994（2000版）建筑物防雷设计规范：建筑物防雷（包括低压配电系统过电压）的主要依据。（GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范：有争议，不引用！）,11.1 电力系统 过电压的种类和过电压水平,11.1.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压1111.1 系统运行中出现于设备绝缘上的电压（1）正常运行时的工频电压（2）暂时过电压（工频过电压、谐振过电压）（3）操作过电压；（4）雷电过电压。1111.2 相对地暂时过电压和操作过电压的标幺值如下：（1）工频过电压的1.0p.u.=Um/3；（2）谐振过电压和操作过电压的1.0p.u.=2 Um/3。注1 p.u.为标幺值单位（per-unit）。注2 Um为系统最高电压：3.6、7.2、12、24、40.5、72.5、126kV。1111.3 系统最高电压的范围：（1）范围，3.6kVUm252kV；（2）范围，Um252kV。,11.1.2 过电压的类型及产生原因,直击雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压 侵入雷电波过电压 长线电容效应 工频过电压 不对称接地故障 过电压 甩负荷 暂时过电压 线性谐振 消弧线圈补偿网络的线性谐振 传递过电压 谐振过电压 铁磁谐振 线路断线 电磁式电压互感器饱和 内部 参数谐振 发电机同步或异步自励磁 开断电容器组过电压 操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压 关合（重合）空载长线过电压 开断空载变压器过电压 操作过电压 操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压 开断高压电动机过电压 解列过电压 间歇电弧过电压,11.1.3 电力系统过电压水平,1113.1 工频过电压的允许水平 110kV及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值：110kV系统 1.3 p.u.35kV66 kV系统 3 p.u.3kV10 kV系统 1.13 p.u.1113.2 操作过电压的允许水平 目前，在选择配电装置及电气设备绝缘水平时，计算用最大操作过电压水平为：相对地：110kV（有效接地系统）3.0 p.u.66 kV及以下（除低电阻接地系统外）4.0 p.u.35 kV及以下（低电阻接地系统）3.2 p.u.相间：3kV110 kV系统相间操作过电压宜取相对地过电压的1.31.4倍。当采用金属氧化物避雷器限制操作过电压时，相对地及相间计算用最大操作过电压的标幺值需经研究确定。,11.1.4 绝缘配合,1114.1 绝缘配合原则（1）绝缘配合：是按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平。原则要求：把各种过电压所引起的设备损害和影响连续运行的概率，降低到经济上和技术上能接受的水平。（工程造价、维修费用、故障损失）（2）工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合*工频运行电压下电气装置外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求。*变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。（3）操作过电压下的绝缘配合*架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平，以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。将绝缘强度作为随机变量处理。*当需用避雷器限制某些操作过电压的场合，则以避雷器的相应保护水平为基础进行绝缘配合，（对操作冲击的配合系数一般取1.15）。110kV及以下电气装置承受暂时过电压及操作过电压的作用，以电气设备的短时（1min）工频耐受电压来表征。,绝缘配合（续）,（4）雷电过电压下的绝缘配合 变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度，以避雷器雷电保护水平为基础进行配合，雷电过电压的配合系数取1.4。雷电过电压下电气设备的绝缘强度，以电气设备的额定雷电冲击耐受电压来表征。（5）绝缘配合的波形*操作冲击电压波：至最大值时间250s,波尾2500 s。*雷电冲击电压波：波头1.2s，波尾50s。*雷电流幅值一般不超过100kA,我国一般地区雷电流幅值超过I 的概率P为lgP I/88，年雷暴日数 20的地区，分母可取44。（5）110kV及以下电气装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。（7）高海拔地区（1000m）的电气装置外绝缘爬电距离和空气间隙，应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电器。1114.2 绝缘配合要求 海拔不超过1000m地区的绝缘配合计算结果见表11-1-1、11-1-3、11-1-4和11-1-5。,11.2 过电压保护设计要求及限制措施,11.2.2 暂时过电压保护1122.1 工频过电压：110kV及以下电力网不需要采取专门措施。对可能偶然形成局部不接地系统、低压侧有电源的110kV变压器不接地的中心点，应装设间隙。1122.2 谐振过电压：基本原则是避免出现谐振的条件。*110kV系统采用带均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线，经验算有可能产生铁磁谐振时，宜选用电容式电压互感器。*经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同期所产生的铁磁谐振过电压，可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的110kV变压器的中性点绝缘时，宜在中性点装设间隙。*366kV电磁式电压互感器：应选用饱和点较高者；其高压绕组中性点尽可能不接地，或经电阻接地（10kV及以下者）；在三角形开口绕组装设电阻；装设消谐器。*366kV非有效接地系统，应采用性能良好的设备并提高运行维护水平。*适当选择消弧线圈的脱谐度，无消弧线圈时增大系统对地电容，以防传递过电压。,11.2.3 操作过电压保护,（1）线路合闸和重合闸过电压 110kV及以下系统的线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.，通常无需采取限制措施。（2）空载线路分闸过电压*110kV开断架空线路，该过电压不超过3.0p.u.；开断电缆线路，可能超过3.0p.u.。开断空载架空线路宜采用不重击穿的断路器；开断电缆线路应该采用不重击穿的断路器。*66kV及以下系统中，开断空载线路断路器发生重击穿的过电压一般不超过3.5p.u.；开断前系统已有单相接地故障，使用一般断路器操作时产生的过电压可能大于4.0p.u.。为此，选用操作断路器时，应使其开断空载线路过电压不超过4.0p.u.。（3）366kV系统开断并联电容补偿装置如断路器发生单相重击穿时，电容器高压端对地过电压可能超过4.0p.u.。开断前电源侧有单相接地故障时，该过电压将更高。开断时如发生两相重击穿，电容器极间过电压可能超过电容器的额定电压的3.54倍。操作并联电容补偿装置，应采用开断时不重击穿的断路器。对于需频繁投切的补偿装置，宜装设并联电容补偿装置金属氧化物避雷器。,操作过电压保护（续）,（4）操作空载变压器和并联电抗器等的过电压 1)开断空载变压器由于断路器强制熄弧（截流）产生的过电压，与断路器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路元件参数和系统接地方式等有关。当开断具有冷轧硅钢片铁芯的空载变压器时，过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV变压器的过电压一般不超过3.0p.u.；66kV及以下变压器一般不超过4.0p.u.。采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压，可在断路器的非电源侧装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧或低压侧。但高、低压侧系统接地方式不同时，低压侧宜装设操作过电压保护水平较低的避雷器。2）在可能只带一条线路运行的变压器中性点消弧线圈上，宜用阀式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时，强制开断消弧线圈电流在其上产生的过电压。3）空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。,操作过电压保护（续）,（5）在开断高压感应电动机时，因断路器的截流、三相同时开断和高频重复重击穿等会产生过电压（后两种仅出现于真空断路器开断时）。过电压幅值与断路器熄弧性能、电动机和回路元件参数等相关。开断空载电动机的过电压一般不超过2.5p.u.。开断起动过程中的电动机时，截流过电压和三相同时开断过电压可能超过4.0p.u.，高频重复重击穿过电压可能超过5.0p.u.。采用真空断路器或采用截流值较高的少油断路器时，宜在断路器与电动机之间装设旋转电机金属氧化物避雷器或RC阻容吸收装置。高压感应电动机合闸的操作过电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保护措施。（6）66k及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时，可产生的过电压与接地方式有关。一般情况下最大过电压不超过下列数值：不接地-3.5p.u.，消弧线圈接地-3.2 p.u.，电阻接地-2.5 p.u.。具有限流电抗器、电动机负荷，且参数配合不利的3kV10kV某些不接地系统，发生间歇性电弧接地故障时，可能产生危及设备绝缘的过电压；宜根据工程的重要程度进行必要的预测，以确定保护方案。如采用自动跟踪的消弧线圈接地方式使接地点残余电流不超过10A；对中压电缆电网及接有旋转电机的电网，改用中性点电阻接地方式等。（7）采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时，其持续运行电压和额定电压不应低于表11-2-9所列数值。避雷器应能承受操作过电压作用的能量。,11.2.1 雷电过电压保护,11.2.1.1 雷电过电压（1）设计及运行中应考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害。（2）架空线路上的雷电过电压。1）距架空线路S65m处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值可按式（11-2-1）计算。2）雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按式（11-2-2）确定。3）因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。宜适当选取杆塔接地电阻，以减少雷电反击过电压的危害。（3）变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。（措施见后面。）按标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时，校验条件为保护接线一般应该保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起变电所电气设备绝缘损坏。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.2 变配电所的直击雷过电压保护（1）变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带及钢筋焊接成网接地。下列设施应装设直击雷保护装置：1）屋外配电装置，包括母线廊道；2）油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库等建筑物；3）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐。（2）发电厂的主厂房、主控制室和和配电装置室一般不装设直击雷保护装置。为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控制室和35kV及以下变电所的屋顶上，但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。雷电活动特殊强烈地区的主控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。（金属屋顶、钢筋混凝土屋顶、810m网格的避雷带，其引下线间距1020m。引下线接主接地网，加集中接地装置。）已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备，可不装设直击雷保护装置。（3）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。,雷电过电压保护（续）,（4）110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在架构或屋顶上，但土壤电阻率大于1000m地区宜装设独立避雷针。66kV的配电装置，允许将避雷针装在架构或屋顶，但土壤电阻率大于500m地区宜装设独立避雷针。35kV及以下高压配电装置架构或屋顶不宜装避雷针。架构上的避雷针与主接地网的地下连接点至变压器与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。（5）变电所有爆炸危险的建构筑物，应用独立避雷针保护，并应采取防止雷电感应的措施。（具体要求见p390。）（6）（1）？中所述设施上的直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等，其接地可利用变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。（7）独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10。（8）独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离。见p392。,雷电过电压保护（续）,（9）在变压器门型架构上和离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350.m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350.m，至少遵守下列规定，方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：1）装在变压器门型架上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出34根放射形水平接地体，每根水平接地体离避雷针架构35m处装设一根垂直接地体；2）直接在335kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。在35kV变电所的变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地电阻不应超过4（不包括架构基础的接地电阻）。（10）110kV配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000m的地区，应装设集中接地装置。35kV、66kV配电装置，在土壤电阻率不大于500m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。（11）装有避雷针、避雷线的架构上的照明灯电源线的敷设要求。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.3 范围变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护（1）变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。（2）未沿全线架设避雷线的35kV架空线路，其变电所的进线段应采用图11-2-1所示的保护接线。（3）具有35kV及以上电缆段的变电所进线保护接线，见图12-2-2。（建议补画1km避雷线，其余类推。）（4）具有架空进线的35kV变电所敞开式高压配电装置中阀式避雷器的配置。见p394，重点是避雷器至主变压器的距离。（5）变压器中性点装设雷电过电压保护装置 的要求。见P395。（6）自耦变压器的典型保护接线，见图11-2-3。（7）35kV110kV开关站，应根据其重要性和进线路数等条件，在母线上或进线上装设阀式避雷器。（8）与架空线路连接的三绕组自耦变压器，其低压绕组如有开路运行的可能时，应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器，但如该绕组连有25m及以上埋地金属外皮电缆段，则可不必装设。（9）变电所的310kV配电装置（包括电力变压器）的保护，见p395及图12-2-4、表12-2-3。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.4 气体绝缘全封闭组合电器（GIS）变电所的雷电侵入波过电压保护（1）66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所的保护接线，见图12-2-5。（2）66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所的保护接线，见图12-2-6。（3）进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。11.2.1.5 35kV及以下小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护（1）容量为31505000kVA的变电所的35kV侧，可根据负荷的重要性及雷电活动的强弱等条件适当简化保护接线，见图12-2-7。（2）容量为3150kVA以下供非重要负荷的变电所35kV侧，根据雷电活动的强弱，可采用图11-2-8（a）的保护接线。（3）小于3150kVA供非重要负荷的35kV分支变电所，根据雷电活动的强弱，可采用图11-2-9的保护接线。（4）简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器的最大电气距离不宜超过10m。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.6 310kV配电系统的雷电过电压保护（1）310kV配电系统中的配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点（低压侧中性点接地并与保护接地相连时，或中性点不接地时则为中性点的击穿保险器的接地端）以及金属外壳等连在一起接地。（2）310kV的Y,yn、D,yn和Y,y（低压侧中性点接地和不接地）接线的配电变压器，除在高压侧装设避雷器外，尚宜在低压侧装设一组阀式避雷器或击穿保险器，以防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘；但厂区内的配电变压器可根据运行经验确定，原理接线如图11-2-10所示。低压侧中性点不接地的配电变压器，应在中性点装设击穿保险器，接线如图11-2-11所示。（3）350.4kV配电变压器，其高、低压侧均应装设阀式避雷器保护。（4）310kV柱上断路器和负荷开关应装设阀式避雷器保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关或隔离开关，应在带电侧装设阀式避雷器，其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接，且接地电阻不应超过10。装在架空线路上的电容器，宜装设阀式避雷器保护。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.7 旋转电机的雷电过电压保护（1）与架空线路直接连接的旋转电机（发电机、变频机和电动机等，简称直配电机）的雷电过电压保护方式，应根据电机容量、雷电活动的强弱和对运行可靠性的要求确定。（2）单机容量为1500kW及以下的直配电机，宜采用图11-2-12所示的保护接线；有困难时，也可采用图11-2-13所示的保护接线。（3）在多雷区，经变压器与架空线路连接的非直配电机，如变压器高压侧的系统标称电压为66kV及以下时，为防止雷电过电压经变压器绕组的电磁传递而危及电机的绝缘，宜在电机出线上装设一组旋转电机阀式避雷器。变压器高压侧的系统标称电压为110kV时，电机出线上是否装设避雷器可经校验确定。11.2.1.8 110kV及以下架空电力线路的雷电过电压保护（1）一般线路的保护，见p399。（2）线路交叉部分的保护，见p400。（3）大跨越档的保护，见p401。,雷电过电压保护（续）,11.2.1.9 雷电过电压保护装置（1）避雷针和避雷线 保护范围的计算见p402406。（与建筑物的不同！）避雷线应具有足够的截面和机械强度，一般采用镀锌钢绞线，截面不小于35mm2；在腐蚀性较大的场所还应适当加大截面或采取其它防腐措施；当档距大于200m时，截面宜不小于50mm2。60（2）阀式避雷器 避雷器的装设要求，以本章为主，即所述。避雷器的参数选择，以为主。两章在这方面有重复，内容基本一致，但本章中的表11-2-10和11-2-11，在7章中未列入。（3）排气式避雷器,雷电过电压保护（续）,1）在选择排气式避雷器时，其开断续流的上限，考虑非周期分量，不得小于安装处短路电流的最大有效值；其开断续流的下限，不考虑非周期分量不得大于安装处短路电流的可能最小值。2）如按开断续流的范围选择排气式避雷器，最大短路电流应按雷季电力系统最大运行方式计算，并包括非周期分量的第一个半周短路电流有效值。如计算困难，对发电厂附近，可将周期分量的第一个半周的有效值乘以1.5；距发电厂较远的地点，乘以1.3。最小短路电流应按雷季电力系统最小运行方式计算，且不包括非周期分量。3）排气式避雷器外间隙的距离，一般采用表11-2-12的规定。为减少排气式避雷器在反击时动作，应降低与避雷线的总接地电阻，并增大外间隙距离，一般可增大到表11-2-12所列的外间隙最大距离。4）排气式避雷器的设置：应避免各避雷器排出的电离气体相交而造成短路；防止内腔积水；安装牢固，并保证外间隙稳定不变；10kV及以下系统中用的排气式避雷器，为防止雨水造成短路，外间隙的电极不应垂直布置。外间隙电极宜镀锌或采取避免锈水沾污绝缘子的措施。应装设简单可靠的动作指示器。,雷电过电压保护（续）,(4)保护间隙 1)若排气式避雷器的灭弧能力不能符合要求可采用保护间隙，并应尽量与自动重合闸装置相配合，以减少线路停电事故。保护间隙的主 间隙距离不应小于表11-2-13所列数值。2）除有效接地系统和低电阻接地系统外，应使单相间隙动作时有利于灭弧，并宜采用角形保护间隙。保护间隙宜在其接地引下线中串接一个辅助间隙，以防止外物使间隙短路。辅助间隙的距离可采用表11-2-14所列数值。,11.3 建筑物防雷的分类及措施11.3.1 建筑物防雷的分类9,建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。11.3.1.1 第一类防雷建筑物：共3款，都是爆炸危险、后果严重者。11.3.1.2 第二类防雷建筑物：共9款，可分为三组。1、2、3为国家级重要建筑；4、5、6、7是爆炸危险性较小者（防雷措施中对4、5、6有附加要求）；8、9则按重要性和预计雷击次数划分。11.3.1.3 第三类防雷建筑物：都是按重要性和预计雷击次数划分。11.3.1.4 建筑物年预计雷击次数计算 见p414。请熟练掌握。11.3.1.5 一座防雷建筑物中兼有第一、二、三类防雷建筑物时，其防雷分类按面积的百分比划分（30%）。一座建筑物中第一、二、三类防雷建筑物的面积50%时，其防雷分类同上。详见其他防雷措施（p424)。,建筑物防雷的措施,11.3.2.1 一般规定9（1）各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。第一类防雷建筑物和本章第11.3.1.3 条（4）、（5）、（6）款所规定的的第二类防雷建筑物尚应采取防雷电感应的措施。（2）装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接。11.3.2.2 第一类防雷建筑物的防雷措施（p415）难点：放散管、呼吸阀、排风管的保护（区分两类；压差和密度）。澄清：防直击雷的措施是“装设独立避雷针、线（网）”，并保持间距！接闪器直接装在建筑物上是极特殊的情况！7点补充要求（如均压环、防侧击、每根引下线的冲击接地电阻等），仅用于此；独立避雷针、线（网）无此要求！,第一类防雷建筑物的防雷措施示意图,独立避雷针,11.3.2.3 第二类防雷建筑物的防雷措施（p419）要点：利用建筑物钢筋的做法；“4、5、6款”的补充要求。澄清：防雷装置与电气线路或金属物的间距，是接地装置“不共用、不相连”时的要求。应采用共用接地系统！防雷电感应和雷电波侵入的示意图,第二类防雷建筑物的防直击雷示意图,11.3.2.4 第三类防雷建筑物的防雷措施（p422）,建筑物防雷的措施（续）,11.3.2.5 其它防雷措施（p424）11.3.2.6 高层民用建筑物防雷补充要求27 见新版JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范。指导书的这部分内容不必再看。注；当民规与国标有冲突时，设计中应执行国标。但答题时可按民规。11.3.2.7 特殊建、构筑物的防雷62（p425431）（1）有爆炸危险的露天封闭钢罐（2）户外架空管道（3）水塔（4）烟囱（前4项为重点；后6项仅供参考。）（5）微波站、电视差转台（6）卫星通信地球站（7）广播发射台（8）雷达站（9）测试调试场（10）移动通信基站,11.4 建筑物防雷和防雷电电磁脉冲设计的计算方法和设计要求9,防雷装置的设计要求11.4.1.1 接闪器的一般要求（1）避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m以下：圆钢为12mm;钢管为20mm。针长12m.：圆钢为16mm;钢管为25mm。烟囱顶上的针：圆钢为20mm;钢管为40mm。（2）避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2其厚度不应小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm。（3）架空避雷线和避雷网宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。（4）除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列要求：1）金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm;2）金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm;3）金属板下面有易燃物品时，其厚度，铁板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于 7mm。4）金属板无绝缘被覆层（沥青层0.5mm、PVC层1mm）。,防雷装置的设计要求（续）,（5）除第一类防雷建筑物和本章11.3.2.3（2）1）款的规定外，屋顶上永久性金属物宜作为接闪器 钢管、钢罐的壁厚不小于2.5mm，但钢管、钢罐一旦被雷击穿，其介质对周围环境造成危险时，其壁厚不得小于4mm。（6）不得利用安装在接收无线电视广播的共用天线的杆顶上的接闪器保护建筑物。11.4.1.3 接闪器布置 建筑物防雷类别 滚球半径hr(m)接闪网网格尺寸(m)第一类防雷建筑物 30 55或64 第二类防雷建筑物 45 1010或128 第三类防雷建筑物 60 2020或2416 布置接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法、避雷网。11.4.1.4 引下线（1）引下线宜采用圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。当烟囱上的引下线采用圆钢时，其直径不应小于12mm;采用扁钢时，其截面不应小100mm2，厚度不应小于4mm。（2）引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地;建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小于80mm2。,防雷装置的设计要求（续）,11.4.1.5 接地装置*一般要求同见。*防直击雷的人工接地体距建筑物出人口或人行道不应小于3m。当小于3m时应采取下列措施之一：1）水平接地体局部深埋不应小于1m；2）水平接地体局部应包绝缘物，可采用5080mm厚的沥青层；3）采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设5080mm厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。11.4.2 滚球法确定接闪器的保护范围 见P434439。（建议重点练习双针的保护范围计算。注意：求出保护范围上边线后，还要以hx为假想避雷针计算横断面的保护范围，hx应取最不利之点。）,11.4.3 防雷击电磁脉冲,11.4.3.1 一般规定（1）防雷击电磁脉冲除遵守本章其它各节的有关规定外，尚应符合本节所规定的基本要求。（2）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。（3）在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网。（4）在工程的设计阶段不知道信息系统的规模和具体位置的情况下，若预计将来会有信息系统，应在设计时将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个共用接地系统，并应在一些合适的地方预埋等电位连接板。（5）为了分析估计在防雷装置和做了等电位联结的装置中的电流分布，应将雷电流看成一个电流发生器，它向防雷装置导体和与防雷装置做了等电位联结的装置注入可能包含若干雷击的雷电流。,防雷击电磁脉冲（续）,雷电流的波形和参数应按以下原则选用：1）闪电中可能出现的三种雷击见图11-4-9，其参量应按表11-4-2表11-4-4确定。雷击参数的定义应符合图11-4-10的规定。2）对雷电流的电荷量QS和单位能量可近似按下列计算式计算。QS=(1/0.7)IT2(C)(11-4-18)W/R=(1/2)(1/0.7)I2T2(J/)(11-4-19)式中 I雷电流幅值（A）；T2 半值时间（s）。,防雷击电磁脉冲（续）,11.4.3.2 防雷区（LPZ）（1）防雷区是指雷击时，在建筑物或装置的内、外空间形成的闪电电磁环境需要限定和控制的那些区域。划分防雷区是为了限定各部分空间不同的雷击电磁脉冲强度，以界定各空间内被保护设备相应的防雷击电磁干扰水平，并界定等电位联结点及保护器件（SPD）的安装位置。防雷区的划分是以在各区交界处的雷电电磁环境有明显变化作为特征来确定的。各防雷区的定义及划分原则见表11-4-5。（2）宜按照需要保护的设备的数量、类型和耐压水平及其所要求的磁场环境选择后续防雷区（安装磁场屏蔽）和(或)安装协调配合好的多组电涌保护器（3）在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位联接，并宜采取屏蔽措施。,防雷击电磁脉冲（续）,选择后续防雷区和(或)安装协调配合的多组电涌保护器 举例 例1 采用大空间屏蔽和协调配合好的电涌保护器保护：例2 采用LPZ1大空间屏蔽和进户处安装电涌保护器的保护：,防雷击电磁脉冲（续）,例3 采用内部线路屏蔽和在进入LPZ 1处安装电涌保护器的保护：例4 仅采用协调配合好的电涌保护器保护：,防雷击电磁脉冲（续）,11.4.3.3 屏蔽、接地和等电位联结的要求（1）为减少电磁干扰的感应效应，宜采取以下的基本屏蔽措施：建筑物和房间的外部设屏蔽措施，以合适的路径敷设线路，线路屏蔽。这些措施宜联合使用。（2）在建筑物或房间的大空间屏蔽是由诸如金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件组成时，这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽，穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位联结。（3）当对屏蔽效率未做试验和理论研究时，格栅形大空间屏蔽体内的磁场强度及感应电压和感应电流按表11-4-6所列公式计算。（4）接地除应符合本章其它节的规定外，尚应符合下列规定。1）每幢建筑物本身应采用共用接地系统，其原则构成示于图11-4-16。2）当互相邻近的建筑物之间有电力和通信电缆连通时，宜将其接地装置互相连接。（5）穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做符合下列要求的等电位联结。*外来导电物和线路在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位联结带，并应就近连到环形接地体、内部环形导体或此类钢筋上。环形接地体和内部环形导体应连到钢筋或金属立面等其他屏蔽构件上，宜每隔5m连接一次。,防雷击电磁脉冲（续）,*对各类防雷建筑物，各种连接导体的截面不应小于表11-4-8的规定。铜或镀锌钢等电位联结带的截面不应小于 50mm2。*在 LPZ0A 与 LPZ1 区的界面处做等电位联结用的接线夹和电涌保护器，应采用表11-4-2表11-4-4的雷电流参量估算通过它们的分流值。当无法估算时，可按以下方法确定：全部雷电流 i 的 50%流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%，即is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施。流入每一设施的电流 ii 等于 is/n，n 为上述设施的个数。*一信息系统的所有外露导电物应建立一等电位联结网络。由于按照本章规定实现的等电位联结网络均有通大地的连接，每个等电位联结网不宜设单独的接地装置。一信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件与建筑物的共用接地系统的等电位联结应采用以下两种基本形式的等电位联结网络之一（图11-4-18）：S 型星形结构和M型网形结构。,防雷击电磁脉冲（续）,图11-4-16 接地、等电位联结和共用接地系统的构成（书上有错）,防雷击电磁脉冲（续）图11-4-15 在LPZ n区内供安放电气和电子系统的空间,防雷击电磁脉冲（续）,11.4.3.4 对电涌保护器和其它的要求（1）当电源采用TN系统时，从建筑物内总配电盘（箱）开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。（2）本节原则上规定要在各防雷区界面处做等电位联结。由于工艺要求或其它原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位联结。（3）在屏蔽线路从室外的 LPZ0A 或 LPZ0B 区进入 LPZ1 区的情况下，线路屏蔽层的截面应符合11-4-10式规定。（4）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：通过电涌时的最大箝压；有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。*在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压，即电涌保护器的最大箝压加上其两端引线的感应电压，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。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短。*在不同界面上的各电涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致。,防雷击电磁脉冲（续）,（5）220/380V 三相系统中的电涌保护器的最大持续运行电压UC，见p450。（6）在供电的电压偏差超过 10%以及谐波使电压幅值加大的场所，应根据具体情况对氧化锌压敏电阻 SPD 提高（5）条所规定的 UC 值。（7）在 LPZ0A 或 LPZ0B 区与 LPZ1 区交界处，在从室外引来的线路上安装的 SPD，应选用符合级分类试验（10/350s）的产品。（8）按（7）条要求安装的 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的设备时，尚应在被保护设备处装设 SPD，其标称放电电流不宜小于 8/20s,3kA。（9）当（7）条和（8）条要求安装的 SPD 之间设有配电盘时，若第一级 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该盘内的设备，应在该盘内安装第二级SPD，其标称放电电流不宜小于 8/20s，5kA。（10）在考虑各设备之间的电压保护水平时，若线路无屏蔽尚应计及线路的感应电压，应按（3）、（4）计算，雷电流参量应按表11-4-3选取。在考虑被保护设备的耐压水平时宜按其值的 80%考虑。（11）在一般情况下，当在线路上多处安装 SPD 且无准确数据时，电压开关型 SPD 与限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 10m，限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 5m。（12）在一般情况下，仅对表11-4-11中的 I、II 类设备宜考虑采取防操作过电压的措施。,防雷击电磁脉冲（续）,附加说明 A、以上对SPD的装设要求，主要是针对被保护设备的电源线；关于信号线的SPD则语焉不详。对此，GB 50057-1994（2000版）第条的条文说明中明确了工程设计、承包商、制造商之间的分工：“关于电子元件的过电压保护分三部分，即220/380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的设计者解决。设备本身的应由制造商解决。”B、关于SPD的选择和配合要求，有下列补充内容：a.参考配电手册第十三章第七节（P827）。b.民规条及其注释。,