GBT21714.3-2015雷电保护第3部分建筑物的物理损坏和生命危险

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  • 注2:这些设备本身的绝缘耐受特性或通过加装SPD适合于此类应用

    4雷电防护装置(LPS

    根据需保护建筑物的特性及雷电防护等级来定义LPS的特性。 对应GB/T21714.1一2015中定义的雷电防护等级,本部分定义了4类LPS(1~IV)(见表1)

    等级(LPL)和LPS分类(见GB/T21714.1一201

    GB/标准规范范本定LPS特性分类的参数:

    决定LPS特性分类的参数: a)LPS分类的决定性数据: 雷电参数(见GB/T21714.1一2015中的表3和表4); 滚球半径、网格尺寸和保护角(见5.2.2); 引下线间的典型距离(见5.3.3); 避免危险火花的间隔距离(见6.3); 接地极的最小长度(见5.4.2)。 b)LPS分类的非决定性数据: 雷电等电位连接(见6.2); 接闪装置中金属薄板和金属管道的最小厚度(见5.2.5) 一LPS的材料和使用条件(见5.5.1); 一一接闪器、引下线和接地装置的材料、结构和最小尺寸(见 一连接导体的最小尺寸(见6.2.2)。 各类LPS的性能参见GB/T21714.2—2015的附录B。 根据风险评估结果来选择所需的LPS分类(见GB/T21714.2

    4.2 LPS 设计

    如果LPS的设计、施工步骤能与需保护建筑物的设计、施工步骤相互协调,则可以获得无论技术上 还是经济上都是最优的LPS设计。特别地,建筑物本身的设计应利用建筑物内的金属部件作为LPS 部件。 对现有建筑物,LPS的分类和安装位置应考虑现有条件的限制。 LPS设计文本中应包含所有便于其正确安装的信息,详细资料参见附录E。 应该由专业技术人员设计和安装LPS(见E.4.2)

    4.3钢筋混凝十建筑物中钢结构的连续性

    在钢筋混凝土建筑物内部,如果垂直连接带和水平连接带主要连接部分经过了焊接或进行其 连接,可认为钢结构在电气上是连续的。垂直连接带应焊接、夹接或互搭(重叠部分尺寸最少应)

    5.1.1外部LPS的应用

    外部LPS用于截收建筑物的直击雷也包括建筑物侧面的的闪击,将雷电流从雷击点引导人地。同 时将雷电流分散入地,避免产生热效应或机械损坏,以及在容易引发爆炸和火灾危险环境产生危险 火花。

    5.1.2外部LPS的选择

    天多数情况下,外部LPS可固定到需保护建筑物上 当雷击点或通过雷电流的导体发生热效应和爆炸效应,可能引起建筑物损坏或建筑物内部损坏时 见附录E),应考虑采用独立的外部LPS。常见的例子包括:采用易燃覆盖物的建筑物;采用易燃材料 墙壁的建筑物;存在爆炸危险和火灾危险的区域, 注:当预计因建筑物本身、内部物体及用途会发生变动,可能要求改造LPS时,为方便起见,建议采用独立的外 部LPS。 当建筑物内部敏感的物体要求降低引下线中雷电流脉冲产生的辐射电磁场时,可考虑采用独立的 外部LPS

    5.1.3自然部件的使用

    永久保留在建筑物中或建筑物上,且不会发生变动的金属材料构成的自然部件(例如:互连钢筋、建 筑物金属钢架等)可作为LPS部件 其他自然部件仅应视为附加在LPS上的部件。 注,更多信息可参见附录E

    安装设计适当的接闪器,能大大减少雷电流侵人建筑物的概率。 接闪器可由以下任一部件组成: a)杆状接闪器(包括独立支座); b)悬链线; c)网状导体。 本部分规定,所有类型的接闪器都应按5.2.2、5.2.3和附录A的要求进行安装。所有接闪器都要

    从本部分。 对于所有接闪器,仅有金属接闪器的真实物理尺寸能用于确定保护范围。 位于屋顶的独立的杆状接闪器应互相连接,以利于分散雷电流。 不允许采用具有放射性的接闪器,

    接闪器应按下列方法的一种或几种安装在建筑物的角上、暴露在外的点、边缘(特别是屋顶边缘) 器的定位通常有三种方式: 保护角法; 滚球法; 一网格法。 滚球法适用于任何场合。 保护角法适用于外形简单的建筑物,但受到表2中所指出的接闪器高度的限制 网格法适用于对平面表面的保护。 各种LPS的保护角大小、滚球半径和网格尺寸见表2和图1。接闪器安装的详细资料见附录A。

    客种LPS的保护角大小、滚球半径和网格尺寸的量

    注1:LPS分类超出黑点时,不能采用保护角法。此时,仅可采用滚球法和网格法。 注2:h为接闪器顶部与被保护区域参考平面之间的距离。 注3:h小于2m时,保护角不会变化,

    图1各类LPS的保护角

    图1各类LPS的保护角法

    5.2.3用于高层建筑防侧面闪络的接闪器

    屋顶和水平突起物应根据GB/T 风险评估确定的LPS分类做相应保护

    2高度等于或高于60n

    高于或等于60m的建筑物,可能会发生侧击,特别是表面的角、点及边缘。 注1:一般来说,高层建筑物遭受的闪络中,侧面闪络仅占百分之几,且侧面的雷电参数值比顶部的小许多,因此侧 面闪络的危险比较小。但是,安装在建筑物外墙上的电气和电子设备可能会被电流峰值较低的雷电闪络所 损坏。 为保护高层建筑的上部(建筑物高度上部的20%且超过60m的部分)及建筑物上安装的设备(见 附录A),应安装接闪器。 在建筑物上部设立接闪器的原则应该满足LPLIV的要求,使接闪器能够保护建筑物的拐角、边缘 和突出部分(比如阳台、看台等)。 高层建筑物的侧面接闪器要求可由外部金属材料来满足,例如金属覆层或者金属幕墙,且需要满足 表3中的最小尺寸要求。当建筑物没有自然外部金属导体时,接闪器也可以用建筑物垂直边缘上的外 部引下线。 要使安装的或者自然接闪器满足以上要求,可以利用安装的引下线或者合适的互连引下线,例如建 筑物的钢结构框架或者符合5.3.5要求的电气连续性的钢筋混凝土中的金属。 注2:鼓励使用合适的接地装置或者自然引下线

    需保护建筑物非独立的LPS,具接闪器 如果屋顶由非易燃材料构成,则接闪器可安装在屋面上; 如果屋顶由易燃材料构成,应考虑接闪器与易燃材料的间距。对没有钢筋支撑的茅草屋顶,间 距最小为0.15m。其他易燃材料与接闪器的距离应不小于0.1m; 需保护建筑物的易燃部分不应与外部LPS部件直接接触,也不应放在可能被雷电击穿的屋顶 隔板下面(见5.2.5), 施工时,还应考虑采用低易燃的隔板(例如:木板)时的情况。 注:在屋顶上可能出现积水时,接闪器的安装位置应高于最大积水位置

    根据5.1.3,建筑物的下列部件可视为自然接闪器或LPS的一部分。 覆盖在建筑物上的金属薄板,要求: 各部分间具有永久的电气连续性(即通过钎焊、焊接、卷边、缝焊、螺钉或螺栓连接); 如果不需重点考虑防击穿或下方易燃材料的引燃,金属薄板的厚度不小于表3所规定的 值t; 一如果应考虑防击穿和发热点等问题,金属薄板的厚度不小于表3所规定的值t; 主1:可能出现热熔和燃烧问题的地方需要验证内表面击穿点的温度上升不会带来危险。当金属薄板位于LPZO 或者更高的区域内,可以不考虑热熔和燃烧问题。 金属薄板没有用绝缘材料覆盖。

    3接闪器中,金属薄板或金属管道的最小厚度

    b) 当非金属屋顶的损坏在可以接受范围内时,非金属屋顶下方的金属部分(构架,互连钢筋等); ) 金属部件,例如:装饰品、栏杆、管道、栏杆覆盖层等,其截面积不小于标准接闪器部件的规 定值; d 屋顶的金属管道和容器,其材料厚度和截面积符合表6要求; e)输送易燃或易爆混合物的金属管道和容器,假设其材料厚度不小于表3中规定的t值,且雷击 点处内部表面的温升不会造成危险(详细信息见附录D)。 如果厚度达不到要求,管道和容器应集成安装到需保护建筑物中 如果法兰连接的密封垫圈为非金属材料,或法兰边没用其他方法适当连接,则输送易燃易爆气体的 道不应作为接闪器的自然部件, 注2:薄的保护漆涂层、约1mm的沥青或0.5mm的PvC不应视为绝缘体。详细资料参见附录E

    为减少由于雷电流通过LPS引起损 的布放可接以下儿种方式从雷击点连接至 地: a 有几个并联雷电流通道存在; b) 电流通道的长度保持最小; c)按6.2的要求,建筑物导电部件进行等电位连接。 注1:实践证明引下线横向连接是一种好方法, 引下线和环形导体的几何形状影响间隔距离(见6.3)。 注2:应尽可能多的布放引下线,用环形导体等间隔相连,以减少危险火花的产生概率,并利于建筑物内部装置的保 护(见GB/T21714.4一2015)。在金属框架建筑物内及互连钢筋具有电气连续性的钢筋混凝土建筑物中可以 实现这一点。 引下线之间的典型距离见表4。 附录C提供了雷电流沿引下线分配的更多内容

    5.3.2独立LPS的配置

    独立的LPS的配置应当遵循以下原则: a)如果接闪器位于多个(或一个)独立支撑杆上(支撑杆不为金属材料或互连钢筋),每个支

    至少应安装一根引下线。支撑杆为金属材料或互连钢筋,则不需另外的引下线; b)如果接闪器为悬链线(或一根导线),则每一悬链支点至少需要一根引下线;

    5.3.3非独立LPS的配置

    一个非独立LPS,引下线的数量不应少于2根,应分布在需保护建筑物的周围,且受建筑和实际情 况的约束。 引下线最好围绕建筑物周边等间隔设置。引下线之间的典型距离在表4中给出。 注:引下线之间的距离与6.3中给出的间隔距离有关

    表4各类LPS的引下线之间的典型距离

    引下线应尽可能沿建筑物暴露在外的墙角设置

    实践中,引下线安装后,将形成接闪器导体的延伸部分。 引下线应走直线垂直安装,以提供最短、最直接的入地路径。应避免形成环路,在无法避免的地方 距离s(导体上两点的间隔距离)及这些点之间的导体长度1(见图2)符合6.3的要求。

    即使引下线有绝缘层,也不应安装在沟槽中或下水管中。 注:沟槽中湿气的影响会引起引下线严重腐蚀 因此,布放引下线时,应使引下线与沟槽及任一门窗之间的间隔距离符合6.3的要求。 需保护建筑物非独立的LPS,其引下线可按以下方式安装: 如果墙壁为非易燃材料,引下线可安装在墙表面或墙内; 如果墙壁为易燃材料,且雷电流通过时引起的温升不会对墙壁产生危险,引下线可安装在墙 面上; 如果墙壁为易燃材料,且雷电流通过时引起的温升会对墙壁产生危险,安装引下线时,应保证

    引下线与墙壁间的距离始终大于0.1m。安装支架可与墙壁接触 当引下线与易燃材料间的距离不能确定时,钢或热等效导体的横截面不应小于100mm

    建筑物内下列部件可视为自然引下线: a)满足以下条件的金属装置: 一各部件间具有永久的电气连续性,符合5.5.3的要求; 尺寸(大小)至少应满足表6所规定的标准引下线的值。 如果管道法兰连接的密封垫为非金属材料或者法兰边没有用其他方法适当连接,则输送易燃或易 混合物的管道不应用作引下线的自然部件。 注1:金属装置可以覆盖绝缘材料。 b)电气连续的钢筋混凝土框架结构的建筑物中的金属; 注2:对于预制钢筋混凝土,钢筋之间建立多个互连连接点很重要。同时,钢筋混凝土各互连连接点之间应用导体 连接,这点同样重要。在安装期间,应将独立的各部件进行相连(见附录E)。 注3:对预应力混凝土,应注意由于雷电流或因与防雷系统相连可能会造成不可承受的机械影响。 c)建筑物内互连的钢筋框架; 注4:如果建筑物内的金属框架或互连钢筋被用作引下线,则不必使用环形导体。 d) 建筑物的正面部件、侧面围栏和表面金属附件: 尺寸符合引下线要求(见5.6.2),金属薄板及金属管道厚度应不小于0.5mm。 垂直方向的电气连续性符合5.5.3的要求。 注5:更多的信息参见附录E

    接地系统连接时,每一引下线应预留一测试接头。自然引下线与基础接地体联合使用的情况除 为便于测量,接头应能用工具打开,通常处于接通状态

    将雷电流(高频特性)分散入地时,为便任何潜在的过电压降到最小,接地装置的形状和尺寸很重 要。一般来说,建议采用较小的接地电阻(如果可能,低频测量时小于102) 从雷电防护观点来看,接地装置最好为单一、整体结构,可适用于任意场合(例如:雷电防护、电力系 统和通信系统)。 接地装置应按6.2的要求连接。 注:不同材料的接地装置相连,可能会引起严重的腐蚀

    5.4.2常用的接地装置

    有两种基本类型的接地装置!

    有两种基本类型的接地装置!

    5.4.2.1A型接地装置

    包括安装在需保护建筑物外,与每根引下线或不形成回路的基础接地极相连的水平接地极与 地极。 A型接地装置,接地极总数不应小于2。

    在引下线的底部,每个接地极的最小长度为: 水平接地极为1; 垂直接地极(或倾斜)为0.511。 其中,l,为水平接地极的最小长度,见图3。 对组合(垂直或水平)接地极应考虑总长度。 如果接地装置的接地电阻小于10Q(为避免干扰,测量频率应不为工频及工频的倍数),则可不考 日3中的最小长度。 注1:如果没有达到上述的要求,应使用B型的接地装置, 注2:延长接地极可减小接地电阻,实践中,接地极最长可达60m。当土壤电阻率高于30002m时,推荐使用B类 接地装置或者增强的混合接地极 注3:更详细的资料参见附录E

    注:类型Ⅲ和IV与土壤电阻率无关

    5.4.2.2B型接地装置

    图3各类LPS的接地极的最小长度「

    B型接地装置可以是位于需保护建筑物外面且总长度至少80%与土壤接触的环形导体或基础接 地极构成的闭合环路。接地极可以是网状。 注:虽然20%与土壤不接触,环形导体整个长度内应总是完全连通的。 对环形接地极(或基础接地极),所在区域的半径。不应小于11:

    对环形接地极(或基础接地极),所在区域的半径厂。不应小于11: rM + (I 其中,l1按LPS分类(I、IⅡ、ⅢI和IV)分别表示在图3中。 如果1,大于r。,则应另外附加水平接地极或垂直(或倾斜)接地极,且每个水平接地体的长度(1, 和垂直接地极的长度(1,)分别由下式给出:

    其中,I按LPS分类(I、Ⅱ、Ⅲ和IV)分别表示在图3中。 如果11大于r。,则应另外附加水平接地极或垂直(或倾斜)接地极,且每个水平接 和垂直接地极的长度(1.)分别由下式给出:

    ............

    附加接地极的数量不应小于引下线的数量,最少为2个。 附加接地极应在引下线的连接点处与环形接地体相连,并尽可能进行多点等距离连接

    5.4.3接地极的施工

    环形接地极(B型装置)的埋深至少为0.5m,与外墙周围相隔约1m。 接地极(A型装置)顶部埋深至少为0.5m,并尽可能均匀分布,使土壤中的电气耦合效应最小。 注1:如果A型接地极安装在一个位于高阻抗路面或者与混凝土相邻的作为检查用的房屋中,则不需考虑埋深 0.5m的要求。接地极的安装应便于在施工中进行检查, 接地极的类型和埋深应尽可能使腐蚀、土壤干燥和冰冻的影响减到最小,从而使接地电阻值保持稳 定。本部分认为垂直接地极处于冻土层的部分在结冰情况下是无效的。 注2:对垂直接地体,应在5.4.2.1和5.4.2.2中计算出的长度1的基础上,加上0.5m。 对裸露的坚硬岩石,建议便用B型接地装置。 对安装有较多电子系统或存在高火险的建筑物,推荐采用B型接地装置

    满足5.6要求的混凝土地基中的互连钢筋或其他地下金属结构应优先作为接地极。当混凝土钢筋 乍为接地极时,应注意小心地进行互连,以避免混凝土出现机械裂纹。 注1:对预应力混凝土,应考虑雷电放电电流通过时的影响,雷电流放电可能会产生不可承受的机械应力。 注2:如果使用基础接地极,接地电阻可能会逐渐增大。 注3:更多内容参见附录E

    满足5.6要求的混凝土地基中的互连钢筋或其他地下金属结构应优先作为接地极。当混凝土钢筋 作为接地极时,应注意小心地进行互连,以避免混凝土出现机械裂纹。 注1:对预应力混凝土,应考虑雷电放电电流通过时的影响,雷电流放电可能会产生不可承受的机械应力。 注2:如果使用基础接地极,接地电阻可能会逐渐增大。 注3.更多内容参见附录E

    LPS部件应能承受雷电流的电磁效应及可预见的意外应力而不被损坏。可选择按IEC62561标准 通过测试的部件。 LPS部件可采用表5的材料及其他具有同等机械性能、电气性能、化学(防腐蚀)性能的材料。

    表5LPS材料及使用条件

    该表仅作一般性参考。在特殊情况下应考虑抗腐蚀要求(参见附录E) 绞线比条状导体更容易由于腐蚀而损坏。而且绞线在出人土壤的地方容易被损坏,这也是建议土壤中不使用 镀锌钢绞线的原因。 在黏土层和潮湿的土壤中,镀锌钢可能被腐蚀 由于混凝土外面的钢容易被腐蚀,混凝土中的镀锌钢不应进人土壤, 镀锌钢与混凝土中钢筋连接不能应用于地下水中有盐分的沿海地区。 出于环境考虑,土壤中禁止使用或限制使用铅材料,

    该表仅作一般性参考。在特殊情况下应考虑抗腐蚀要求(参见附录E) 绞线比条状导体更容易由于腐蚀而损坏。而且绞线在出人土壤的地方容易被损坏,这也是建议土壤中不使用 镀锌钢纹线的原因。 在黏土层和潮湿的土壤中,镀锌钢可能被腐蚀 由于混凝土外面的钢容易被腐蚀,混凝土中的镀锌钢不应进人土壤, 镀锌钢与混凝土中钢筋连接不能应用于地下水中有盐分的沿海地区。 出于环境考虑,土壤中禁止使用或限制使用铅材料,

    接闪器与引下线应牢固固定,在出现电动力、意外的机械力(例如:振动、积雪滑移和热膨胀等)时 会使导体断裂或松脱(参见GB/T21714.1一2015附录D)。 注:固定点之间的推荐距离参见表E.1

    雷部件的材料、尺寸时,应考虑建筑物或LPS被鹰

    接闪器导体、杆状接闪器、引下线的形状及最小横截面见表6,且需符合IEC62561的测试和要求 接地极的形状与最小尺寸见表7,且需符合IEC62561的测试和要求。

    导体,杆状接闪器、引下线的材料,形状及最小截

    机械特性、电气特性和腐蚀特性应满足IEC62561的要求。 在机械应力不作要求的地方,50mm(直径为8mm)的连接杆可以减少到25mm。在这种情况下,应考虑减 小加固点的间距, 杆状接闪器、接地棒的应用。当机械应力(例如风力)不构成危险时可以使用直径9.5mm,1m的连接杆 如果热应力和机械应力的影响很大时,杆的横截面积应该增加到75mm

    表7接地极材料、形状及最小尺寸

    嵌人混凝土的最小深度为50mm。 格状结构最小的导体总长度为4.8m。 截面积为290mm,厚度至少为3mm的不同剖面都是可行的,比如横剖面, 当使用B型接地装置时,接地极每5m都需要和钢筋连接

    当雷电流流经外部LPS或建筑物其他导体部分时,利用内部LPS可避免建筑物内出现危险火花。 危险火花可能出现在外部LPS与其他以下部件之间: 一金属装置; 一 内部系统; 与需保护建筑物相连的外部导电部件、管线,

    注1:其有爆炸危险的建筑物内,出现火花会很危险。这时,需采取附加防护措施,这些措施正在考虑中( 附录D), 注2:关于内部系统的过电压防护,见GB/T21714.4一2015。 采用以下方法可避免不同部件间出现危险火花: 一按6.2的要求,进行等电位连接,或 按6.3的要求,进行各部件间的电气绝缘

    等电位连接可以通过将LPS与以下部件互连实现: 金属装置; 一 内部系统; 一与建筑物相连的外部导电部件、管线。 与内部系统雷电等电位连接后,应考虑部分雷电流可能会流人内部系统而产生的影响。 互连方法: 在自然连接不能获得电气连续性的地方,采用连接导体; 一在用导体进行直接连接不可行的地方石油天然气标准规范范本,采用浪涌保护器(SPD); 在不充许进行导体直接连接的地方,采用隔离火花间隙(ISG)。 实现雷电等电位连接的方法很重要,由于各方的要求有可能存在冲突,应与通信网络的工作人 力工作人员、燃气管道的工作人员和其他相关工作人员或管理部门进行讨论 SPD的安装应便于以后检查。 注1:在系统设计时应考虑:在LPS安装后,需保护建筑物外部的金属框架可能会受到影响。外部金属框架也 行雷电等电位连接。 注2:等电位连接应当与建筑物内其他部分等电位连接协调配合形成一个整体

    6.2.2金属装置的雷电等电位连接

    对独立的外部LPS,只能在地面建立等电位连接 对非独立的外部LPS,等电位连接可建立在以下位置: a)在建筑物基础或接近地平面位置。将导体连接到连接排上。连接排的施工与安装应能允许人 员容易接近并进行检查。连接排应与接地装置相连。对于大型建筑物(一般长度大于20m),如果相互 间进行了互连,可以安装一个环形连接排或多个连接排; b)当达不到绝缘要求时(见6.3)。 雷电等电位连接尽可能走直线,连接线尽可能短。 注:建筑物内导电部件雷电等电位连接后,应考虑部分雷电流会流入建筑物所产生的影响。 不同连接排之间的连接导体、连接排和接地装置之间连接导体的最小截面积见表8。 内部金属装置和连接排之间连接导体的最小截面积见表9。

    接排之间、连接排和接地装置之间连接导体的最小

    内部金属装置和连接排之间连接导体的最小截面

    6.2.3外部导电部件的雷电等电位连接

    楼梯标准规范范本6.2.4内部系统的雷电等电位连接

    2.5与需保护建筑物相连线路的雷电等电位连

    电源线路、通信线路的雷电等电位连接按6.2.3的要求进行。 每条线路的所有导体都应直接相连或通过一个SPD连接。带电导体只能通过SPD连接到连接排 上。在TN系统中,PE或PEN导体应直接或通过SPD连接到连接排。 如果线路有屏蔽层或布放在金属管道内,屏蔽层和管道应进行连接。如果屏蔽层或管道的截面积 S不小于附录B估算的最小值Scmin,则导体不需进行雷电等电位连接

    ....
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