防雷工作中几个技术问题探讨

防雷工作中几个技术问题探讨

Researches on the Technological Problems of Lightning Protection

温州市气象局防雷中心 詹昌东 胡萍

摘要：文章结合作者在实际防雷工作中的对相关技术问题的解决提出了建设性意见。

关健词：设计深度 电涌保护器 检测准则 检测技术

引 言
在近年的工程实践中笔者发现，一些防雷设计比较简单粗糙，工程中电涌保护器使用过少或过滥；防雷检测标准不易掌握；检测技术过于简单。针对这些现象，笔者提出自己的经验和见解，供同行参考。
1建(构筑物)的防雷方案设计、初步设计、施工图设计的深度
1.1方案设计
建筑工程一般分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段。方案设计文件应满足编制初步文件的需要，其防雷部分一般有防雷与接地的内容即可。特殊建筑应考虑电磁波屏蔽。
1.2初步设计
初步设计文件应满足施工图设计文件的需要，其防雷部分的设计深度为：
1.2.1设计依据：在进行防雷初步设计时主要引用的设计依据是《建筑物防雷设计规范》GB50057-94、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004、《低压配电设计规范》GB50054-95、《智能建筑物设计标准》GB/T50314-2000及《建筑物与建筑群综合布线工程设计规范》GB/T50311-2000等或其他相关设计规范，特别是与防护对象相关的标准。笔者
1.2.2根据建筑物长、宽、高、环境、雷暴日、重要性等来确定防雷类别 。防雷类别的计算、现场勘测及避雷针保护范围的计算只供内部使用及存档。
1.2.3 防直接雷击、防侧击雷、防雷击电磁脉冲、防高电位侵入的措施
①屋面网格大小,引下线间距、避雷针或避雷带。
②按不同的防雷分类设计均压环，外墙上的栏杆、门窗等较大金属物与防雷装置连接。
③分流、屏蔽、接地、等电位连接。
④所有进出建筑物的金属管线做总等电位连接，屋面禁航灯、彩灯等宜穿金属管线，并在接口处安装电涌保护器。
1.2.4工程各系统要求接地的种类及接地电阻要求。
1.2.5总等电位、局部等电位的设置要求。
1.2.6其他防雷措施
①竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。
②所有正常情况下不带电设备金属外壳均应接地。
③屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，接闪器和屋面防雷装置相连。
④突出屋面的金属装置和金属构件应与避雷带可靠焊接。
⑤卫星接收天线等设备应在接闪器的保护范围内，天馈线穿金属管，金属管两端应接地。
⑥在合适的地方预留等电位连接板。
1.3施工图设计
施工图的设计应满足设备材料的采购、设备制作和施工的需要。
1.3.1应有建筑物顶层平面图，并有主要轴线号、尺寸、标高、标注避雷针、避雷带、引下线位置。注明材料型号规格、所涉及的标准图编号。（电涌保护器目前未有标准图编号）
1.3.2 应有接地平面图，标明接地线、接地极、测试点、断接卡等的平面位置、标明材料型号、规格、相对尺寸等、图纸应标注比例。
1.3.3 当利用建筑物钢筋混泥土内的钢筋作为防雷接闪器、引下线、接地装置时，应标注连接点、接地电阻测试点、预埋件位置及敷设方式、标明所涉及的标准图编号、页次。
1.3.4 附图说明应包括：防雷类别而采取的措施；供配电方式；接地形式和接地电阻值；总配电、有重要电子设备的分配箱等位置应设电涌保护器，并注明其型号及主要技术参数。
2建筑物加装电涌保护器的基本要点
2.1名词解释
电涌保护器：目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件。
等电位连接：将分开的装置、诸导电物体用等电位连接体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。
MEB（总等电位联结端子板）

2.2概述
从名词解释和图1中可以看出，电涌保护器是一种等电位连接用的材料。它的作用是对于一些不能参加等电位连接的带电体（如电源相线，中性线及信号线等）进行暂态等电位连接。
《建筑物防雷设计规范》GB50057—94（2000年版）中对原规范条文进行了局部修订，针对近年来建筑物内部电子信息设备的大量增加，雷电电磁脉冲防护显得越来越重要这些情况而增加了“防雷击电磁脉冲”等条文。
2.3雷击电磁脉冲侵入建筑物的途径
2.3.1雷击地面物体或云间放电时，强大的雷电流产生的感应电磁场。
2.3.2附近雷云对地放电产生的雷—地电流，耦合到公共接地阻抗回路引起的感应电位差。
2.3.3雷电波沿各种金属导线（如水管、馈电线路、信息系统线路等）进入而引起的雷电过电压。
2.4怎样合理选用电涌保护器
《建筑物防雷设计规范》GB50057—94（2000年版）第一章总则中首先提到：建筑物防雷设计应因地制宜地采取防雷措施，防止或减少人身伤亡和财产损失，做到安全可靠，技术先进、经济合理。我们认为，电涌保护器作为等电位连接的一个组成部分，安装的位置和数量应恰如其分地发挥它的功用，既要保证安全可靠，又要考虑到经济合理，不安装电涌保护器或不加选择地大量使用电涌保护器(例如：一些地方一幢楼房内仅供电系统就安装了上百套电涌保护器)都是有违规范原则的。
2.4.1电涌保护器选用原则
①雷电防护区的划分（见图2）

②雷电流的分流计算
1)Ⅰ类选择最大尖峰电流200KA作为计算电涌保护器通流能力的系数。
2)Ⅱ类选择最大尖峰电流150KA作为计算电涌保护器通流能力的系数。
3)Ⅲ类选择最大尖峰电流100KA作为计算电涌保护器通流能力的系数。
4)实际通过电涌保护器雷电流要进行计算来决定电涌保护器的通流能力。
③按雷击风险评估进行分级：考察当地的雷闪密度、接闪的可能性（年预计雷击次数）和建筑物内电子信息系统的重要性这几个要素。
2.5电涌保护器安装思路
2.5.1三类防雷建筑物在LPZ0a、LPZ0b与 LPZ1区交界面处在从室外引来的线路上安装第一级电涌保护器，即泄流级。一般选用电压开关型，安装的位置一般在总配电柜内。该泄流级选择10/350还是8/20波形在国内至今还有很多争论。我们认为，应按GB16895.22-2004的要求，当建筑物上有外部防雷器（LPS）时，应选I级分类试验的SPD；当建筑物上无LPS时，仅需防从远端传导来的大气过电压时，可选8/20试验的产品。
2.5.2二类防雷建筑物应在总电源进线处安装泄流级电涌保护器的基础上再在LPZ1区和LPZ2区交界面处，其负载带有大量弱电设备、信息系统设备、控制系统设备的分配电柜中安装第二级电涌保护器（一般为限压型）。例如：计算机房、电信机房、电梯控制室、有线电视机房、监控中心、消控中心、医院手术室、监护室、及其他有大量电子设备的场所。
2.5.3有引至室外照明或动力线路（如屋面彩灯、禁航灯、正压风机等）的配电箱均应加装电涌保护器。此处安装电涌保护器的目的是为了防止高电压侵入，因为高电压雷电脉冲是雷害中损坏设备最多的。
2.5.4对一些特殊使用功能的建筑物内（如大剧院、银行、医院等）需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备，宜考虑在该设备前安装具有防操作过电压和防感应雷电过电压的第三级电涌保护器（一般为浪涌吸收器），安装位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交接面处。
2.5.5消控系统、监控系统等信号电涌保护器的选择要慎之又慎，切勿因使用伪劣或性能不稳的防雷产品而影响信息传输质量。
2.5.6至于安装电涌保护器的具体技术要求及电涌保护器的主要性能指标、电涌保护器等级分类、电涌保护器的选型及安装等等，这里不再论述。
2.5.7总之，考虑到安全性及经济性这两方面因素，我们认为，三类防雷建筑物应设一级电涌保护，二类防雷建筑物应设两极电涌保护，特别重要的场所可设三级电涌保护。信号电涌保护器规范中“宜”安装的，目前可暂不安装。
3易燃易爆场所防雷、防静电检测准则
3.1易燃易爆场所的防雷、防静电安全性能检测规范很多，都是近十年来发布并实施的，常用的有：《石油库设计规范》GB50074-2002、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002、《石油与石油设施雷电安全规范》GB15599-1995、《液体石油产品静电安全规程》GB13348-92、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 等等。上述都是国家强制性规范，还有一些行业规范，部门规章等等。
3.2防雷技术人员在检测易燃易爆场所责任重大，既要做到统一技术要求，又要做到安全可靠，防雷防静电设施的安装要做到经济合理，这就需要我们检测人员在检测过程中掌握好规范主、次、轻重尺度。规范中有“必须”、“严禁”、“应”、“不应”用词的内容，就必须严格执行，规范中有“宜”“不宜”“可”“不可”的内容，我们根据本地区的实际情况和多年的防雷检测经验酌情处置。
3.3汽车加油加气站是为汽车加油加气的设施，主要有地下储油罐，加油岛、卸油场及站房组成，下面以《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156—2002为例提出具体规范使用准则。
3.3.1油罐、液化石油气罐必须进行防雷接地，接地点不应少于2处。在钢油罐防雷措施中，油罐的良好接地很重要，它可以降低雷击点的电位和反击电位。规定接地点不应少于2处是为了提高接地的可靠性，这条在检测中必须严格执行。
3.3.2加油加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备工作接地、保护接地及信息技术的接地等已共用接地装置，其接地电阻不应大于4欧。加油站占地面积一般都不大，分设接地距离不够，再者共用接地既经济又安全，所以此条“宜”字我们把它当作“应”来处理。
3.3.3埋地油罐、液化石油气罐应与露出地面的工艺管道相互做电气连接并接地。做好电气连接，主要防止雷电反击火花造成雷害事故，油罐管道接地给雷电提供一个泄入大地的良好通路。
3.3.4当加油加气站的站房和罩棚需要防直击雷时，应采用避雷带（网）保护。从经济角度和安全角度来看，采用避雷带保护比较经济可靠。
3.3.5加油加气站的信息系统应采用铠装电缆或导线钢管配线。配线电缆金属外皮两端、保护钢管两端均应接地。这很重要，穿钢管和两端接地的目的在于使其起到屏蔽、分流、集肤作用，尽量减少雷电波的侵入，减少或消除雷电事故。
3.3.6 380/220V供配电系统宜采用TN—S系统，供电电源的电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地，在供配电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的电涌保护器。
①《石油库设计规范》GB50074-2002中规定，当电源采用TN系统时从建筑物内总配电箱开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN—S系统，这对人身和设备安全都有好处。因此，此处的“宜”应把它当作“必须”来执行。
②供配电系统的检测似乎是电气检测项目，但规范中将此条列入防雷内容，因此，防雷检测就必须覆盖此项内容。
③加油站380V供配电系统安装的电涌保护器从防雷区的界面划分应为泄流级。
3.3.7加油加气站信息系统的配电线路首、末端与电子器件连接时应装设与电子器件耐压水平相适应的电涌保护器。由于此处安装的电涌保护器功用是保护信息系统的电子器件，根据重要性和雷击事故的后果来分析，此处的“应”可降级为“宜”来处理。
3.3.8地上或管沟敷设的油品、液化石油气和天然气管道的始、末端和分支应设防静电和防感应雷的联合接地装置，其接地电阻不应大于30欧。通过接地装置将静电和感应雷电泄入大地并避免静电、雷电事故的发生。
3.3.9加油加气站的汽油罐车和液化石油气罐车卸车场地，应设罐车卸车时用的防静电接地装置。使用具有以上功能的静电接地装置，主要防止罐车卸车时发生静电事故。
3.3.10在爆炸危险区域内的油品、液化石油气和天然石油气管道上的法兰、胶管两端等连接处应用金属线跨接。当法兰的连接螺栓不少于5根时，在非腐蚀的环境下，可不跨接。接触电阻大于0.03欧可能会发生静电或雷电火花发生爆炸火灾事故。
4检测技术及检测方法探讨
4.1接地电阻测试法
在防雷、防静电设施检测过程中，接地电阻的测试是重要的步骤，用仪器测试内容最多的项目。接地电阻的测试方法有好几种，我们现在一般采用电位降法，如图3：

接地电阻测试仪型号较多，其使用方法有所不同，但检测方法是相同的。各类接地电阻表测得的读数都是工频电阻，有些土壤电阻率高的地方，其测试值还应换算成冲击电阻。
4.2等电位连接的检测
IEC61024中指出：“等电位连接是减少在需要防雷空间内发生火灾及爆炸危险以及人身事故的一项非常重要的措施，用导线或浪涌保护器将防雷装置，建筑物的金属框架、金属设施、外来导电部件以及电气装置连接起来，实现等电位”。等电位连接需要检测的项目很多，有均压环、外墙金属门窗、屋面金属物体、屋内竖立的金属物件、金属电缆桥架、卫生间和各类机房的局部等电位连接、设备金属外壳等等。其检测的办法也有多种，我们是采取通路法（短路法），具体做法：
4.2.1首先在建筑物总等电位处或其他防雷接地点测出一基准点，记录下其接地电阻值。
4.2.2用导线一端连接该基准点，另一端与各被测点进行通路测试（可利用万用表测二极管档测试）。
4.2.3当万用表发出“嘟”声即为通路，否则为断路。断路说明该被测点没与防雷装置连接，或连接状态不良。
4.2.4当万用表发出“吱吱”声说明该被测点虽有接地，但与基准点没有进行等电位连接。
4.2.5对接地不良或无等电位连接的测试点，用加长的导线进行常规测试，记录下其接地电阻，（一般情况下，此接地电阻值都大大超过标准值）。
4.2.6上述检测方法安全简便，适用于建筑物防雷的检测。至于计算机房、易燃易爆场所的过渡电阻检测，应使用高精度的微欧表之类的仪表。
4.3易燃易爆场所接地电阻测试方法
4.3.1按常规方法连接好E、P、C极。探针接地点不要变动。
4.3.2将加长了的接地辅助线一端连接E极，另一端连接各测试点，记录下各项测试数据。
4.3.3检查各测点的数据是否一致，如某一测点数据差异较大，则说明该处设备未作等电位连接或接地不良。
注：温州土壤电阻率普遍很小，一般情况各类接地电阻都小于4Ω，地阻表移动多处测试，其数据不易判断被测项目有无做等电位连接。
4.4测试注意事项
4.4.1 E待测接地极，P电位极，C电流极布置应垂直建筑物地网，避免平行布置，以提高检测准确性。
4.4.2三点成一直线，其P电位极插在E、P之间离E点的0.618处,以减少误差。
4.4.3在测量过程中由于杂散电流高频干扰电磁幅射等因素，使读数不稳，应将E线改为屏蔽线，屏蔽层下端应单独接地；若加长的E线从高楼外墙放下改为从屋内电梯井或屋内其他通道放下；或选用其他检测设备以提高抗干扰能力。
4.4.4在检测易燃易爆场所时，严禁携带火种、吸烟、穿化纤服装、钉子鞋，检测时不允许任意敲打、磨擦以免产生火星，造成重大事故。
4.4.5非特殊情况，不允许上储油罐顶检测。人体带静电300伏时就有可能引起汽油等易燃液体、可燃蒸汽与空气混合物的燃烧爆炸。
4.4.6检测配电房、配电柜和电器设备时应使用绝缘鞋、手套等以防触电。
4.4.7计算机房、通信机房各测点检测要慎之又慎，UPS输出端测量零—地电位应加倍小心，严禁违章操作。
5结束语
防雷工程的设计、安装、检测的目的是防止或减少雷击引发的人身伤亡和财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理，是每个防雷工作者都必须遵循的原则。

参考文献
[1] 《建筑工程设计文件编制深度规定》
[2] 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）
[3] 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
[4] 《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002
[5] 《石油库设计规范》GB50074-2002