通天雷神‖防雷标准设计模版...

为方便各位网友对常见的系统进行防雷设计，我会陆续在这里发布一些常用系统的防雷设计模版给大家提供参考。大约共35个。望多相互交流。

通天雷神 · 发表于 2005-11-27 12:31:07

1、避雷带和避雷网

设计依据

依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000版）第四章：防雷装置，第一节：接闪器；第五章：接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求，参考IEC 61024《建筑物防雷》标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-1 《建筑物防雷设施安装》标准图集进行施工。

根据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第4.1.2条的要求：避雷带可采用圆钢或扁钢制成，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm 扁钢截面积不小于48mm² 厚度不小于4mm。避雷带可沿建筑物四周女儿墙上敷设，并与避雷针、引下线、天面电磁屏蔽网做良好的连接。

根据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第4.2.1条的要求：引下线应采用圆钢或扁钢制成，优先选用圆钢，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm 扁刚截面不小于48mm²厚度不小于4mm。引下线设置不应小于2根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。当采用多根引下线时，应在个引下线上距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡。

实施方法

避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于下列数值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm²，扁钢厚度为4mm。避雷线一般采用截面积不小于35mm²的镀锌钢绞线架设。

接闪器布置

建筑物防雷类别

滚球半径h_r(m)

避雷网网格尺寸

第一类防雷建筑物

30

≤5×5或≤6×4

第二类防雷建筑物

45

≤10×10或≤12×8

第三类防雷建筑物

60

≤20×20或≤24×16

安装注意事项

a、避雷带及其连接线经过沉降沟（沉降沟：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段下沉不一致，引起建筑物损坏）时，应备有10-20cm以上的伸缩余裕的跨越线。

b、有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条，连接条的间距不大于20m时，只在屋檐上装避雷带；宽度大于20m时，需在屋面上加装明装连接条，连接条间距不大于20m。

c、瓦顶房屋面坡度为27°-35°，长度不超过75m时，只沿屋脊敷设避雷带。四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。

D、当屋顶面积非常大时，应敷设金属网格，即避雷网。避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5×5m的密网格，一般建筑物用20×20m的网格即可。

在非混凝土结构的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、房檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网，再在主网上加搭辅助网，避雷网格大小按上述要求。采用避雷带和避雷网保护时，屋顶上的烟囱、混凝土女儿墙、排气楼、天窗及建筑装饰等突出于屋顶上部的结构物和其他突出部分，都要装设短避雷针或避雷带保护，或暗装防护线，并连接到就近避雷带或避雷网上。对金属旗杆、金属烟囱、钢爬梯、风帽、透气管等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。

采用避雷带和避雷网保护时，每一座房屋至少有两根引下线（投影面积小于50m²的建筑物可只用一根）。避雷带引下线最好对称布置，例如两根引下线成‘一’字或‘Z’字形，四根引下线要做成"工"字形，引下线间距离不应大于20m，当大于20m时，应在中间多引一根引下线。见《雷电与避雷工程的避雷带和避雷网的结构设计》

通天雷神 · 发表于 2005-11-27 12:37:17

2、建筑物电磁屏蔽[一]

1、建筑物直击雷防护装置接闪时的其顶部机房内的电磁环境

当建筑物顶部直击雷防护装置接闪时，按照GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》提供的二类建筑物雷击参数，首次雷击雷电流参数为：150KA；后续雷击雷电流参数为：37.5KA；则依据公式计算得，建筑顶部直击雷防护装置接闪时，当建筑天面的建筑钢筋网格为5m×5m时，在建筑物首次雷击（25kHz）的情况下，位于LPZ1区空间中心位置的计算如下：

SF = ≈4.6 dB；

d_S/1=≈2.3m；

H₁= ≈1899A/m;（相当于23.8Gs）

上式中：ω=5m；dw=2.5m；d_l/r=2.5m；

依据GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》附录七：环路中感应电压、电流及能量的计算公式，当建筑顶部直击雷防护装置接闪时，距离建筑顶层钢筋柱内引下线1 m布置有直径为16mm²，包裹面积为2m×2m的设备供电电源线时，其环路的感应电压和电流计算如下：

开路电压U_OC在波头时间T₁（10μs）期间，U_OC的最大值U_OC/max：

U_OC/max= 2803.9(V)

如果忽略导线的欧姆（最坏情况），短路电流为i_SC的最大值i_SC/max：

i_SC/max=357.1A

依据GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》第3.2.3条的要求，主机房内的磁场干扰环境强度不应大于800 A/m。因此，当建筑物顶部直击雷装置接闪时，依据上述计算，建筑物顶层机房内的电磁场强度高达1899A/m相当于23.8Gs，远远大于标准所规定的大于800 A/m的磁场干扰强度，因此，必须对建筑物进行金属网格屏蔽。

从上述计算还可以看出，当建筑物顶部直击雷防护装置接闪时，其机房内部（LPZ1区）电源线、信号线及其相应的接地线所包裹的环路中的开路电压U_OC是非常大的，足以造成设备的损坏。如本文2部分定义的机房，其开路电压最大值U_OC/max为2803.9V，远高于电子信息设备（I类设备）的1500V的耐压。而在实际的机房布线时，其电源线、信号线及其相应的接地线所包裹的环路远大于这个尺寸。因此，在考虑建筑物金属网格屏蔽的同时，还需要考虑机房内电源、信号线路的雷电电磁脉冲在线路上产生的过电压的防护，需对线路采取相应的屏蔽措施，并安装相应等级的电涌保护器（SPD）。

2、建筑顶部机房内设备安全距离的选择

依据GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第三节：屏蔽、接地和等电位连接的要求，我们会发现在LPZ1区存在两个安全距离的参数d_S/1和d_S/2，d_S/1为雷电击中格栅形大空间屏蔽以外或附近的情况下LPZ1区内距屏蔽层的安全距离；d_S/2为雷电直接击中格栅形大空间屏蔽上的情况下LPZ1区内距屏蔽网格的安全距离。对于利用建筑物柱内钢筋做屏蔽网格的建筑物，其屏蔽层与屏蔽网格均为建筑物柱内钢筋，那么安全距离到底选择哪一个值呢？d_S/1和d_S/2的计算如下：

d_S/1=ω· ；d_S/2=ω

SF ——屏蔽系数（dB）；

ω ——屏蔽网格的宽度（m）；

通过上式可以看出：当屏蔽系数SF<10 dB时，d_S/1<d_S/2；

当屏蔽系数SF=10 dB时，d_S/1=d_S/2；

当屏蔽系数SF>10 dB时，d_S/1>d_S/2；

而SF = 20·log[（）/ ]

是一个与屏蔽网格的宽度ω有关的值，经计算，当屏蔽系数SF=10 dB时，屏蔽网格的宽度ω≈2.65 m，既当屏蔽网格的宽度ω≥2.65 m时，应当选取d_S/1值作为安全距离；当屏蔽网格的宽度ω<2.65 m时，应当选取d_S/2值即网格宽度ω作为安全距离。也就是说，在安全距离的选择上我们总是选择最大的安全距离以保证机房内电子信息设备的安全。

通常情况下，对于设立在建筑物顶部的电子信息设备机房，我们只考虑当建筑物顶部直击雷防护装置接闪时的电磁场环境，因为此时机房内部（LPZ1区）的磁场强度要大于建筑物附近雷击时的磁场强度，而此时为保证机房内设备的安全，节约机房的使用面积，采用金属网格对建筑物进行屏蔽时所选用的屏蔽网格宽度是远小于2.65 m的，所以在工程我们一般选取d_S/1值作为安全距离。

通天雷神 · 发表于 2005-11-27 12:37:49

3、建筑顶部机房设备内部的电磁环境

按照GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》的防雷分区，建筑物顶部机房空间相当于LPZ1区，而此空间内的设备因受到设备金属框架的网格屏蔽作用，空间电磁场强度会进一步衰减，设备内部相当于LPZ2区。在本文2部分定义的机房内，当有一高度为2m、长1m、宽0.5m的设备时，其设备内部的磁感应强度的计算如下：

H₁= K_H·i_O·w/(dw ) ≈1899A/m;

SF = 20·log[（ ）/ ]≈12.6 dB；

H₂= H₁/10^SF/20≈446 A/m;（相当于5.6Gs）

根据1971年美国通用研究公司家的R.D希尔的仿真实验，当雷电活动时磁感应强度Bm=0.7Gs时，无屏蔽的计算机会产生误动，当磁感应强度Bd=2.4Gs时，没有屏蔽的计算机系统将遭致永久性损坏。这一实验表明了现代电子信息设备的脆弱性。然而在现实的工程案例中几乎不存在完全“裸露”的电子信息设备，因此在工程设计中不应该选择2.4Gs做为机房内电磁场强度的设计依据进行屏蔽网格和安全距离的设计，而应该按照GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》的要求按10Gs做为机房内电磁场强度的设计依据进行屏蔽网格和安全距离的设计。

当主机房内的磁场干扰环境强度按照800 A/m，也就是10Gs进行设计时应该注意：摆放在此机房空间内的设备，就算受到设备金属框架的网格屏蔽作用，空间电磁场强度有所衰减，对设备而言仍然是不安全的。小于10Gs的磁感应强度虽然不足以损坏设备，但是会缩短设备的正常使用寿命，并且从机房内场地合理利用的角度讲，也需要采用金属网格对机房进行电磁屏蔽。下面在建筑物屏蔽网格的选择中我们将分析这一问题。

4、建筑物屏蔽网格的选择

依据GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第三节：屏蔽、接地和等电位连接的要求中关于LPZ1区内电磁场强度的计算公式，对建筑物采取电磁屏蔽措施的时候，按照GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》的要求，主机房内的磁场干扰环境强度不应大于800 A/m，即不大于10Gs，对于无金属网格做电磁屏蔽的建筑物，经计算此时LPZ1区内的安全距离Sa≈3.96 m.。显然，从机房内场地合理利用的角度讲这是不经济的。并且GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》只适用与面积大于140 m²的电子计算机机房，对于面积小于140 m²的电子计算机机房（如移动、联通、铁路等的机站）这是无法接受的。因此必须对建筑物采用金属网格做电磁屏蔽。那么该如何合理的对建筑物进行电磁屏呢？

对于二类防雷建筑物，当建筑物天面使用1m×1m金属网格做屏蔽时：

SF = 20·log[（ ）/ ] ≈17.91 dB

H₁= K_H·i_O·w/(dw ) ≈379 A/m （相当于4.8Gs）

d_S/1=ω· =1.79 m

这对面积大于140 m²的电子计算机机房是合适的。如若机房内的设备无金属框架或者机房的面积较小只有几十平方米，则需要用更小的金属网格对建筑物进行屏蔽。

对于二类防雷建筑物，当建筑物天面使用0.4 m×0.4 m金属网格做屏蔽时：

SF = 20·log[（ ）/ ] =26.55 dB

H₁= K_H·i_O·w/(dw ) ≈152 A/m （相当于1.9Gs）

d_S/1=ω· ≈1 m

此时的设备摆放安全距离d_S/1约为1m，是最佳屏蔽效果。如此的设置可大大节约建筑物机房内的空间使用率，是解决建筑物顶部机房问题的最好方法。

5、引下线对建筑物LPZ1区内电磁场强度的影响

建筑物顶部通过建筑物直击雷防护装置接闪时，按照IEC推荐的雷电流的分布概率，80%的雷电流峰值为30～50KA，我们假设此时雷电流参数为：40KA，若此建筑物由10条柱内钢筋组做引下线，则每条柱内钢筋组上所分担的雷电流为4KA。则，在LPZ1区内距离引下线小于10Gs，即800 A/m的电磁场界面的位置Sa为：

Sa=

Sa即设备在LPZ1摆放时距离引下线的最小安全距离。

同样情况，若此建筑物不是使用柱内钢筋组做引下线，而是独立设置引下线，假设引下线有4条，则依据前述例子，每条柱内钢筋组上所分担的雷电流为10KA。则，在LPZ1区内距离引下线小于10Gs，即800 A/m的电磁场界面的位置为：

S_a=

由此可见，这样做对面积较小的电子计算机机房是不经济的。

当建筑物遭受直击雷时，雷电流的95%沿着建筑物的外墙引下线流入地，而在建筑物中间的柱子流过的电流约为5%；因此，在分析时我们一般只考虑建筑外层柱内钢筋组的数量。值得一提的是：选择建筑物内层柱内钢筋组做建筑的电气接地干线时，可大大降低雷击时在该接地干线上产生过高的雷击电压。

综上所述，对于高层建筑物中的电子信息设备机房来说，机房不宜架设计在建筑物顶部，如因条件限制需要设计在建筑物顶部时，必须用金属网格做好雷电电磁脉冲的屏蔽工作。对于面积大于140 m²的电子信息设备机房，金属网格的宽度不宜小于1m×1m。对面积较小只有几十平方米的电子信息设备机房，要达到有效利用机房面积的目的，则需使用0.4 m×0.4 m金属网格对建筑物进行电磁屏蔽。对于引下线的选择，宜使用建筑物柱内钢筋组做引下线，而不宜独立设置引下线。

通天雷神 · 发表于 2005-11-27 12:39:01

3、接地系统防雷工程设计模版

系统简介

以前接地是否合格以接地电阻值为准，现在则侧重接地结构兼顾接地电阻值。由于建筑物内电气设备的频率增高，其接地结构、等电位联结和电气接线的方法都发生了变。设计者必须有电磁容的理论和实践知识。主要内容有：共地才是合理的选择；电源接地系统的制式；电气设备工作频率对接地结构的要求和对等电位联结式的选择。

现在的城市，在一座建筑物内有许多不同性质的电气设备，需要多种接地装置，如避雷接地、电气安全接地、交流电源工作接地、通信及计算机系统接地（也叫直流接地，在数字逻辑系统中叫逻辑接地）等，这麽多系统的接地到底采用哪重好呢？现一一解释如下：根据实践证明，共用接地是应用最为广泛的接地方式。

A、独立接地：如上面所谈到的需要接地的部分，都分别独立地建立自己的接地系统，这种接地方式称为独立接地。它的好处是各系统之间不会造成互相干扰，这对通信系统尤其重要。但网络容易被雷击坏，故除有防爆炸要求的危险环境必须要采用独立的避雷方式外，一般不主张采用独立接地的方式。这种独立接地在六、七十年代以前采用比较多，现在多被共用接地所取代。

B、共用接地：也叫统一接地。它是把需要接地的各个系统统一接到一个接地装置上，或者把各系统原来的接地装置通过地下或者地上用金属导体连接起来，使它们之间成为畅通的电气接地统一地网，这样的接地方式为共用接地。共用接地是目前应用最广泛的接地方式。

C、一点接地：把各系统的接地线接到接地母线同一点或同一金属平面上，这样的方法叫‘一点接地’法。一点接地法能解决各系统接地线的等电位问题，所以能够降低各系统之间的干扰程度，尤其是50Hz工频信号对系统的干扰基本上得以消除，所以一点接地法在工程上得到广泛应用。

一点接地消除了公共阻抗耦合和低频接地环路引起的干扰。能很好地工作于1MHZ及以上的额频率，当整个系统的连接点尺寸较小时（最大尺寸小于L /20，L为干扰信号的波长）可以应用到10MHz。

D、多点接地：各系统的接地线采用多点短连线的接地方式，称作多点接地。

当信号或电磁干扰的频率相当高或采用快速逻辑时，电容耦合效应将会产生某种干扰耦合，这时引线长度成为主要矛盾，必须采用多点接地使串联阻抗减至最小，并将驻波减至最小。多点接地方式应用于高频电路（f>10MHz）。

在二三十年以前，干扰被称为无线电频率干扰，因为绝大多数的噪音和干扰信号出自无线电频率。现今电子计算机、数字技术和逻辑电路不断扩大应用领域，现在的干扰被称为电磁干扰。电磁干扰包括导电性电磁干扰，其干扰能量通过导线或电缆从一电路传送到另一电路。减少导电性电磁干扰是通过电路的合理设计，采用滤波器和电路的合理接地来实现的；辐射性电磁干扰其能量是通过空气中的电磁场传送的。在设计外壳和箱体时，通过选用合理的屏蔽材料，构造技术和设备布置以及采用合理的接地技术等等来减少辐射性电磁干扰。其中处理好接地工程是防电磁干扰最重要的技术措施。

低频率干扰绝大部分是通过线路互相耦合而来的，即前面所提到的共阻抗耦合。当两个电路电流流经同一个公共阻抗时一个电路上的电流在这个阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是共阻抗耦合。如果一个公用的接地网在不同的地方分别接上连线。由于共阻抗耦合关系，各连线之间将有Vg1和Vgz的电压，各连线的接地点电压不会一样。Vg1和Vgz就是干扰电压，经放大后就可能直接影响通信或控制信号。

多点接地的优点允许存在许多接地环路，这时同时使用低频率的电路是有害的，如有上述情况时，可考虑采用混合接地的方法。

E、混合接地：所谓混合接地是在一部设备内的各电路板以最短的导线与机壳连接，或者信号电路相关的几部设备，以最短的导线与同一个金属体连接接地，然后多台设备分别用金属线接到地网的同一点上。像这样的接地方式称为混合接地。

混合接地在工程上最简单的办法，是在交流电源送进房屋的总开关处，把零线重复接地（或把零线接到房屋的结构主钢筋上），然后在电源的零线处引出一条PE线连接所有应该接地的点。

设计依据

依据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》；GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000版）第三章：建筑物防雷设施；第四章：防雷装置，第三节：接地装置中关于接地的要求，参考IEC 61024《建筑物防雷》标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-4 《接地装置安装》标准图集进行施工。

GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》标准第5.1.2条强制要求：需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施。5.2.5条强制要求：接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。5.2.6条强制要求：接地装置应优先利用建筑物的自然接地体，当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体。5.4.1-2条强制要求：电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN—S系统的接地方式。

实施方案

依据以上标准要求，通常辅助接地网设计如下：

首先要将所有建筑物基础钢筋用40×4mm镀锌扁钢做两点连接，组成联合地网；其次要将所有外露电力设备的保护接地，建筑物顶部设备的保护接地，架设的避雷针的引下接地等与主地网进行连接；最后对信息控制系统的信号线路直流工作接地做单独接地处理，并在机房内部设置均压带和等电位汇流排。

考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性，建议使用AG系列非金属接地模块制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用L50×50×5×2000mm镀锌角钢；垂直接地体间使用AG-I平板型非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上，以便以后检测地网情况。或者水平接地体使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用AG-Ⅲ圆柱型非金属接地模块，如附图设计。