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法国(建筑物)防雷标准(NF C 17-102:1995 2)

发布日期: 2012年05月03日    来源:    


[简介]:NF C17-102 是属于建筑物的法国防雷标准,适用于高度60m以下,安装/使用了电子式避雷针的建筑物防雷装置的设计和安装,不适用于铁路系统、建筑物外的输变电系统和传输电讯系统以及移动的船舶、车辆和飞机,借助电位补偿布线和浪涌过电压保护器实现雷电电磁防护均压等电位系统。
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前 言

  此标准提供有关如何应用提前放电避雷导体来有效地保护建筑物(大楼,固定设施等)与开阔地(仓库,娱乐与体育场所等)免受雷击的先进设计资料,同时也提供如何达到这类保护方法的指导。
  就像任何与自然因素有关的事物一样, 按此标准设计与安装的雷电保护系统并不能保证向建筑物,人员或其他目标物的绝对保护。因此,应用此标准会大大减少被保护建筑物受雷电损害的危险。
  要向建筑物提供雷电保护系统的决定依赖于以下各因素:雷击发生的可能性、严重性以及可接受的后果。作出什么选择是基于“危害评估指导”(本标准附录B)文件中的参数,该文件也提出了适当的保护级别。
  需要具备雷电保护系统的建筑物举例如下:
  ──公共大楼
  ──塔楼以及一般来说高建筑物(标塔,水塔,灯塔等)
  ──储存危险材料的建筑与仓库。这些材料包括爆炸物.可燃物,有毒材料等。
  ──储存易受伤害的或价值高的设备或文件(例如通讯设施,电脑,档案,博物品,历史纪念物等)的建筑物。
  从建筑物设计阶段开始以及在安装过程中必须特别注意,通过向与此建筑物有关的人员,如设计师、建筑师、安装人员以及使用人员等请求咨询来考虑所有能满足此标准所提出的要求的组成雷电保护系统的各项因素。在被保护的建筑物中,要计划如何辅助使用导电部件。
  本标准说明的措施从统计学上来说是有效保护所需的最低要求。

1 概述

1.1 范围与目标

  1.1.1 范围
  本标准仅就提前放电避雷导体向低于60m的一般建筑物以及开阔地(仓库,娱乐场所等)提供雷电保护规范作出阐述(注:超过此高度,应考虑附加措施预防侧击雷等)。它包含了对由于雷电流流过雷电保护系统引起的电气不良后果的保护。

注意:1.本标准并不包含对防止由电网传输进入建筑物的由大气放电造成的浪涌电压损害的电气设备或系统的保护。
   2.使用简单的棒形雷电导体,引伸导线及网形导体进行的雷电保护系统在其他标准中说明。

  1.1.2 目标
  本标准提供有关应用提前放电避雷导体制成的雷电保护系统的设计,制造,检验以及维护方面的资料。这些雷电保护系统的目的是尽可能有效地保护人身与财产的安全。

1.2 参考标准

  以下各项标准包含了在本标准中引用的条款,因而适用于本标准。在本标准出版之时,下述各项标准为最新版本。所有的标准都要不断修订,因此,只要有可能,我们敦促基于本标准的协议各方要使用下列各文件的最新版本:
  NF C 15-100(1991年5月) Installations electriques a basse tension: Regales
  NF C 90-120(1983年10月) Materiel electronique et de telecommunications-Antenna’s dividable ou collectives de radio diffusion sonore ou visuelle: Regales.
  NF C 17-100(1987年2月) Protection of structures against lighting-Requirements.

1.3 定义

  1.3.1 闪电向地面放电:
  云层与地面间大气放电,包含一个或多个电流脉冲(回程电击)。
  1.3.2 闪电电击:
  一个或多个闪电向地面的放电
  1.3.3 电击点:
  闪电电击与地面,一个建筑物或一个保护系统的接触点
  1.3.4 被保护容积
  提前放电避雷导体的工作容积.在此容积内,提前放电避雷导体为电击点。
  1.3.5 闪电放电密度 Ng
  每平方公里(km²)内每年的闪电放电数量
  1.3.6 回程电击密度 Na
  每平方公里(km²)内每年回程电击数。平均来说,一个闪电电击包含了数个回程电击。见附录B。
  1.3.7 闪电保护系统(LPS):
  用于保护建筑物及开阔地免受闪电不良影响的完整系统。它包含一套外部闪电保护装置以及一套内部闪电保护装置(如果有的话)。
  1.3.8 外部闪电保护装置(ELPI):
  一套外部闪电保护装置包含一个接闪器系统,一个或多个下引导体,一个或多个接地终端系统。
  1.3.9 内部闪电保护装置(ILPI):
  一套内部闪电保护装置包含在所保护的容积内减轻闪电电流的电磁影响的所有部件与措施。
  1.3.10 提前放电(E.S.E)避雷导体
  配备有一种系统的闪电导体棒,该系统在同样条件下比简单的闪电导体棒(S.R.)产生一个更先行(抢先)的初始上行先导电荷放电。
  1.3.11 先导启动过程:
  从出现第一个电晕到连续传播一个上行先导电荷放电之间发生的物理现象过程。
  1.3.12 启动抢先时间(△T):
  与简单外形避雷导体(S.R.)相比,在同样条件下,E.S.E避雷导体产生初始上行先导的平均抢先时间。该数值从评估测试中得出,其单位为微秒(μs)。
  1.3.13 自然部件:
  置于建筑物外,或内置于建筑物墙中,或放在建筑物内部的导电部件。这种导电部件能替代全部或部分的下引导体或用来作为ELPI的补充导体。
  1.3.14 等电位连接棒:
  用于保护通信线路或其他电缆使之免遭雷电损害的用来连接自然部件、接地导体、接大地导体、屏蔽器、掩蔽装置及各种导体的集合作。
  1.3.15 等电位连接:
  将接地导体与导电部件置于同一电位或实质上相同电位的电气连接。
  1.3.16 等电位导体:
  提供等电位连接的导体。
  1.3.17 危险电弧:
  在所保护容积内由雷电流产生的电弧。
  1.3.18 安全距离(s):
  不至于产生危险电弧的最短距离。
  1.3.19 互连的增强钢材:
  能提供小于O.01Ω的电流路径电阻且能充当下引导体的置于建筑物内部的自然部件。
  1.3.20 下引导体:
  外部雷电保护装置的一个部分。它用来将E.S.E避雷导体上的雷电流引导到接地终端系统上去。
  1.3.21 测试连接夹/断开端(或测量端):
  用来将接他终端装置与系统的其他部分断开的装置。
  1.3.22 接地电极:
  接地终端系统的一个部件或一组部件。它直接与大地接触从而将雷电流分散到地中去。
  1.3.23 接地终端系统:
  与大地紧密接触并提供与大地的电气连接的一个导电部件或一组导电部件。
  1.3.24 接地终端系统电阻:
  测试连接点与大地间的电阻:它等于在测试连接点量得的相对于一个无限远参考点的电位增量与流过接地电极的电流值之商。
  1.3.25 浪涌保护装置(SPD):
  用于限制瞬时浪涌电压并能给电流波提供一条传导路径的装置。它应包含至少一个非线性元件。
  1.3.26 大气瞬时浪涌电压:
  只维持几个ms的过高电压,振荡的,或是非振荡的。通常很快衰减。
  1.3.27 保护级别:
  表征雷电保护效率的雷电保护系统的分类。

注意:不要将此定义和雷电捕获器中定义的保护级别相混淆。

  1.3.28 建筑物等效收集面积Ae
  与某一建筑物经受相同数量雷电放电的一个地平面。

1.4 雷暴现象以及由E.S.E避雷导体组成的雷电保护系统

  1.4.1 雷暴现象及雷电保护的必要性
  雷电保护的必要性根据所考虑区域的雷电放电密度来决定。在一年中,某一建筑物受雷电袭击的概率是雷击频率与等效收集面积之乘积。
  雷电放电密度由公式Na/2.2算出。这里,Na在附录B的图中表出。
  建筑物保护的适当性以及所使用的保护级别均在附录B中说明。

注意:其他要求(法规要求或个人考虑)可能导致采用并非基于统计规律的保护措施。

  1.4.2 表征雷电特性的参数及相关的效应
  雷电主要是由与云层和地面间的电弧有关的参数来表征其特性的,因而也是用与电弧与导体中的雷电流活动有关的参数来表征的。下列是最重要的参数:

  幅度
  上升时间
  衰减时间
  电流变化率(di/dt)
  极性
  电荷
  比能(能量密度)

  每次放电产生的电击数从统计学角度看,头三个参数是互相独立的。例如,任何一种幅度可以以任何一种衰减时间变化(见附录D中所列的全球数据)。作为一种电气现象,雷电可以与任何其他电流流过一个导电体或任何其他电流流过不良导体或绝缘体时产生相同的后果。
  闪电的特征参数会产生下列效应:

  光学效应
  声响效应
  电化学效应
  热效应
  电动力学效应
  电磁效应

  当决定雷电保护系统不同部件的尺寸时要考虑热效应与电动力学效应,而电磁效应(跳火,感应等)则在本标准第3款中讨论。其余效应对于雷电保护系统的设计没有显著的影响,它们均将在附录D中说明。
  1.4.3 雷电保护系统的部件
  雷电保护系统包含一个外部雷电保护装置(ELPI)以及,如果需要的话,还包含一个附加的内部雷电保护装置(ILPI)。见图1.4.3 
  外部雷电保护装置包含以下互连的部件:
  (a)一个或多个E.S.E避雷导体
  (b)一个或多个不引导体
  (c)每一个下引导体有一测试连接点
  (d)每一个下引导体有一个避雷导体接地电极
  (e)可断开的连接器
  (f)地间一个或多个连接
  (g)一个或多个等电位棒
  (h)经天线桅竿雷电捕获器的一个或多个等电位棒

  内部雷电保护装置包含:
  (i)一个或多个等电位连接器
  (j)一个或多个多电位连接棒

  电气安装器材为:
  (k)建筑物接地终端点
  (l)主接地终端
  (m)一个或多个浪涌保护装置

2 外部雷电保护装置(ELPI)

2.1 概述

  2.1.1 设计
  必须进行一次事先的调查来决定设置多高的保护级别,E.S.E避雷导体的安装位置,下引导体的路径,接地终端系统和安全位置与型号。在设计闪电保护系统时要考虑到建筑学上的一些限制因素,但这样可能大大地减低雷电保护系统的有效程度。
  2.1.2 事先调查
  事先调查分为两部分:
  (a)评估雷击发生的概率并应用附录B中的数据来选择保护级别。
  (b)雷电保护装置所有部件的位置。
  从此获得的资料应当用规格书的形式整理出来,其中规定:
  ──建筑物的尺寸;
  ──建筑物的相对地理位置:孤立的,在山顶上,处于其他建筑楼群(更高、更矮或同样高度)中间;
  ──建筑物容纳人员的频繁程度,这些人员的流动性是大或还是小;
  ──发生恐慌的危险性;
  ──进入建筑物的难易程度;
  ──维修的连续性;
  ──建筑物内部容纳的东西:是否有人、动物、易燃材料、敏感设备如电脑、电子用品或高值的不可替代的设施;
  ──屋顶形状与坡度;
  ──屋顶,墙及承重构造的形式;
  ──屋顶的金属部件以及外部金属部件如燃气热水器、电扇、楼梯、天线、水箱;
  ──屋顶水沟及雨水管;
  ──大楼的突出部分及其材料(金属还是非金属材料);
  ──大楼的最易受损部分;
  ──大楼金属管(水、电、气等)的布置;
  ──会影响闪电路径的近处障碍物,例如头顶电线、金属栅栏、树等;
  ──会有高腐蚀性的环境条件(带盐份的空气、石化工厂、水泥工厂等);
  被认为易受损的结构点是突出部分,特别是塔楼或塔尖、烟囱与烟道、屋顶水沟、边缘、金属块状结构(排气管、主要的墙壁清洁系统、导轨等)、楼梯、平屋顶上的设备房间。

2.2 大气终端系统

  2.2.1 一般原则
  一个提前放电避雷导体包含一个尖的接闪器,一台触发装置以及一根带有下引导体连接系统的支持杆。
  E.S.E避雷导体所保护的区域可利用诸如附录A中应用的电气-几何模型以及在2.2.2中定义的E.S.E避雷导体启动抢先时间来决定。
  E.S.E避雷导体应当安装在支持结构的最高点上。它应当总是处于它所保护的区域内的最高点。
  2.2.2 启动抢先时间
  E.S.E避雷导体由它的启动抢先时间来表征。这是在评估测试中获得的数据。评估测试在相同条件下将一个提前放电避雷导体与一个简单的针形避雷导体相比较。
  启动抢先时间(△T)用来计算保护半径,并由下列表达式计算:
    △T = Tsr - TE.S.E.
  这里:Tsr为简单外形避雷导体的上行先导电荷连续传播(启动)的平均时间。
  TE.S.E为提前放电避雷导体的上行先导电荷连续传播(启动)的平均时间。
  2.2.2.1 E.S.E避雷导体评估测试
  此测试过程用来评估E.S.E避雷导体的启动抢先时间。在高压实验室中模拟自然条件,方法是在将一个代表雷电中环境电场的永久电场与一个代表下行先导逼近时的脉冲电场叠加在一起。

注意:接地关系测试(In-situ correltion tests)在所定义的过程中进行。

  2.2.3 E.S.E避雷导体的定位
  2.2.3.1 被保护的区域
  保护的区域由以E.S.E避雷导体为轴旋转后获得的包络线勾划出来的,并由与不同的指定高度h相对应的保护半径来定义(见图2.2.31)的。
  2.2.3.2 保护半径
  E.S.E避雷导体的保护半径与相对于被保护区域的高度(h)有关,与它的启动抢先时间有关,以及与所选的保护级别有关(见附录A)

    RP = √h(2D–h)+(2D+ΔL)   (h>5m) (公式1)
  
  当h<5m时,要应用2.2.3.3 a、b与c中的曲线通过图形的方法决定保护半径。
  其中h为E.S.E避雷导体尖端相对于穿过被保护单元顶部的水平面的高度。
  D──保护级别I时为 20m
     保护级别II时为 45m
     保护级别III时为 60m
  △L为:

    △L(m) = V(m/μs)*△T(μs)  (公式2)

  这里:△T为在附录c中定义的评估测试(见2.2.2.1)时决定的启动抢先时间。
  2.2.3.3 E.S.E避雷导体的选择与定位
  对于每一个雷电保护系统装置,要进行一次事先调查来决定所需的保护级别(见 2.1.2)。
  然后,对于各个保护级I~III,要保护该建筑物所要求的保护半径RP便可以用公式1或图2.2.3.3 a、b、c中的曲线(h≥25m)以及用图2.2.3.3 a)、b)或c)中的曲线(h<5m)来决定:
  ──保护级I:图2.2.3.3 (a)中的曲线
  ──保护级II:图2.2.3.3 (b)中的曲线
  ──保护级III:图2.2.3.3 (c)中的曲线
  使用曲收时,用某E.S.E避雷导体的所需高度h以及△L在图中定出保护半径RP

注意:图中的*L数值为无限制的举例值。

 
 
图中 hn 为E.S.E避雷导体尖端相对于穿过被保护单元顶部的水平面的高度,Rpn为在所指定息度相对应的E.S.E 避雷导体保护半径。

















 
 
 
 
 
 
 
 
  2.2.4 材料与尺寸
  闪电电流流过的E.S.E避雷导体必须用钢、铜合金或不锈钢制成。导电杆以及接闪器尖的导电截面积必须大于120mm2
  2.2.5 定位
  2.2.5.1 E.S.E避雷导体
  E.S.E避雷导体尖端必须比它所保护的区域高出至少2m,包括天线,冷却塔,屋顶,水箱等。
  下引导作用位于支持竿上的一个连接系统与E.S.E避雷导体相连接。这个支持系统包含一个能提供持久的电气接触的适当的机械装置。
  如果建筑物的外部安装包含若干个E.S.E避雷导体,则它们之间必须用导体互相连接起来。除非这种互连导体必须绕过建筑结构上的障碍物(檐板、低墙),这些障碍物可能有超过±1.5m的高度差,否则,这些互连导体必须符合表2.3.4上所列的数据。

 
 
  当E.S.E避雷导体保护开阔地区如运动场、高尔夫球场、游泳池、露营地等时,则避雷导体必须用特定的支持物如照明灯杆,桥塔或其他附近的结构物,使E.S.E避雷导体能覆盖所保护的区域。
  2.2.5.2 升高桅竿
  E.S.E避雷导体可使用升高桅竿将其高度增加。如E.S.E避雷导体要用导电支索稳定住,则必须应用符合表2.3.4上所列的数据的导体将拉线从底部连接点连接到下引导体上去。
  2.2.5.3 优选的安装点
  在设计闪电保护系统时,必须把有利于E.S.E避雷导体安装的建筑结构特征考虑进去。通常,这些特征是高的结构点,例如:
  ──平屋顶上的设备房间;
  ──三角墙;
  ──金属或石头烟囱。
  2.3 下引导体
  A>28m 或 A<B:使用两个下行导体
  A:下引导体的垂直方向长度; B:下引导体的水平方向长度

 
 

  2.3.1 一般原则
  下引导作用于让闪电电流从大气终端系统流向地面终端系统。它必须安装在建筑物的外面(在2.3.3.1节中说明的情况除外)。
  2.3.2 下引导体的数量
  每一个E.S.E避雷导体应当用至少一个下引导体与地面终端系统相连接,在下列情况下需要两个或更多的下引导体:
  ──下引导体水平方向的长度大于其垂直方向的长度。
  ──ELPI 安装在高于28m的建筑物上。
  下引导体应安装在两个不同的主墙上。
  2.3.3 路径
  下引导体应当这样来安装使得它所经过的路径尽可能平直。下引导体的路径应将地面终端的位置考虑进去(见2.5.2)。它应当尽可能平直,取最短的路径而没有尖锐的弯曲或上行的节段。弯曲半径必须不小于20cm(见图2.3.3) 。下引导体要改变走向时,最好利用能形成弯曲的边沿。下引导体不能沿着或越过电线管走。但是,有时越过电线管走是难以避免的,这时必须将电线管用金属屏蔽包起来, 此金属屏蔽要在交叉点向上引伸1m,而屏蔽应当与下引导作连接在一起。
  应当避免下引导体沿着弧形低墙走。要让它的路径取直愈好。但是,当一定要越过一个低墙时,高度最多增加40cm,斜坡角等于或小于45度还是允许的(见图2.3.3 e)


 
 

              图中I = 环路长度(m);d = 环路宽度(m)
              如能满足条件 d>l/20,则绝缘材料无击穿的危险。

              图2.3.3 LPS(防雷系统)下引导体弯曲形状

  (2)由于雷电流是有脉冲特性,扁平下引导体因截面积大而优于圆形下引导体。
  2.3.5 测试连接夹/断开端(或测试端)
  每一个下引导体应当配备测试连接夹用来断开接地终端系统以便对它进行测量。测试连接夹应当标有“雷电导体”字样以及符号*。
  测试连接夹通常装在下引导体离地面2m高度处。当闪电保护系统具有金属墙或没有具体的下引导体,则测试连接交插在每一个接地电极及与此电极连接的建筑物的金属体之间;测试连接夹安装在检查点(标有记号*)之中。
  2.3.6 闪电放电计数器
  当备有闪电放电计数器时,它应当安装在最直接走线的下引导体上,在测试连接夹的上面,且在任何情况下、比地面高出约2m。
  2.3.7 自然部件
  某些导电的建筑物部件可以代替全部或部分下引导体,或作为下引导体的补充。
  2.3.7.1 能替代全部或部分下引导体的自然部件
  一般来说,外部互连的钢框架(金属结构)可以用来充当下引导体,只要它们是导电的,且其电阻小于或等于 0.01Ω。在这种情况下,E.S.E避雷导体的上端直接与金属框架连接,而金属框架的下端与接地终端系统相连接。使用自然下引导体应当满足在第3章中说明的等电位连接的要求。

注意:由于自然部件可能要有改动或是整个都被拿掉而不考虑它是属于防雷系统的一部分,最好使用专门的导体作为下引导体。

  2.3.7.2 能补充下引导体作用的自然部件
  以下各种部件可用来补充防雷系统且可与之相连接:
  (a)提供电气连接的互连钢框架
  ──内部金属结构、置于墙内的钢筋混凝土增强件与金属结构.它们必须为此目的而备有连接端点(在上部与下部至少各有三个连接点);
  ──没有经过整个建筑物高度的外部金属结构。

注意:当使用钢筋混凝土预制件时,特别要注意当雷电流流经防雷系统时造成的机械伤害。

  (b)覆盖所保护区域的金属板,如果:
  ──在所有部件间提供持久的电气连接;
  ──金属板没有绝缘材料除层。

注意:保护薄涂层,例如1mm厚的沥青膜或0.5mm厚的聚氯乙烯膜不能认为是绝缘层。

  (c)用2mm或更厚的材料制成的管子与桶。


3 金属部件的等电位连接及内部雷电保护装置

3.1 概述

  当雷电流流过一个导体时,此导体与附近的接地金属部件之间会出现电位差。由于是处于开路环状态,两个端点间会产生危险的火花。可以进行等电位连接。也可以不进行等电位连接,这要看开路环(下引导体与接地金属部件)两端间的距离而定。不产生危险火花的最小距离称为安全距离S,它与所选的保护级别,下引导体的数量,开路环两端间的材料以及此金属部件连接到接地点的距离等因素有关。
  在安装防雷系统期间要提供绝缘设施常常是困难的(由于缺少做出决定所需的信息),要提供长期的绝缘措施,也是很困难的(由于结构的变更、加工等),因此,常常是最好进行等电位连接。
  然而,在有些情况下(可燃的或易爆的管道)是不能提供等电位连接的。因此,下引导体走线路径要远离安全距离S[见3.2.1(c)]。
  3.1.1 等电位连接
  只要有可能,就应当提供等电位连接。应当应用等电位导体,雷电捕获器或火花隙将下引导体或吸收雷电流的E.S.E避雷导体与建筑物上、建筑物墙中或在建筑物内部的需要置于相同电位的部件间在最近点上实行等电位连接。
  3.1.2 安全距离
  安全距离是在吸收雷电流的下引导体与附近的接地导体间不产生危险火花的最小距离(见图4.5)。
  当雷电保护系统与接地导体间的距离 d 比 S 大时,可以认为已经达到了危险火花的绝缘目的。
  安全距离S(m)= n*(ki/km)*1(m) (公式3)
  这里:
  ──n为接触点前每一个E.S.E避雷导体的下引导体数:
  n = 1 一根下引导体
  n = 0.6 二根下引导体
  n = 0.4 三根或更多根下引导体
  ──ki为所选的保护级别有关的因子:
  ki = 0.1 保护级别I
  ki = 0.075 保护级别*
  ki = 0.05 保护级别*
  km 是与环路两端间的所用材料有关的因子:
  km = 1 空气
  km = 0.5 非金属的固体材料
  ──l(m)是下引导体上开始要考虑可能发生危险火花的点与最近的等电位连接点之间的距离。

注意:(1)当附近的导体部件不是在电气上接地时,不需要提供等电位连接。
   (2)在具有互相连接的增强钢筋的增强混凝土结构中,以及在钢框架结构或相当于有屏蔽效果的结构中,通常是能满足近端火花放电的安全要求的。

3.2 外部金属导体块的等电位连接

  在大多数情况下,用一个等电位导体进行连接是可能的。如果不可能或没有获得主管部门批准,则必须用浪涌保护装置来实现等电位连接。
  3.2.1 应用等电位导体来实现等电位连接
  等电位接地应在下列地点提供:
  (a)地上与地下
  建筑物的所有接地终端都应按4.4与4.5节说明的方法互相连接起来。
  (b)当近端火花放电安全要求不能满足:当d<S时,可接受的等电位导体必须和下引导体用同样种类的材料制成(表2.3.4),这些等电位导体愈短愈好,如果雷电防护系统与被保护的建筑是分开的,则等电位连接应当仅在地平面上进行。
  (c)在气体管道位于绝缘套管的下游部位的情况下,S=3m。
  3.2.2 使用浪涌保护装置的等电位连接
  天线或小电线支持杆必须通过天线杆火花隙型式的浪涌保护装置在最接近于下引导体的地方与下引导体相连接,如具有绝缘部件的管道(水,气等)放在附近的地方,则浪涌保护装置应当绕过这些绝缘部件。

3.3 陷入墙内的金属部件的等电位连接

  只要这些金属部件上装上了连接端点以便作等电位连接,以上3.2.1(a)与3.2.1(b)两小节所说明的指导方针仍适用。对于水密问题,应给予特别注意。

注意:对于现有的建筑物,必须与主管部门取得联系。

3.4 内部金属部件的等电位连接:

  内部雷电保护装置应当使用等电位导体将内部金属部件与一个等电位连接棒连接在一起。这个连接棒应该这样来制造与布置,使得它能很容易地被断开,以便进行检查。当用铜或铝作为制作材料时,它的最小截面积应为16mm2当用钢作为材料时,它的最小截面积应为5mm2。等电位连接棒应当被连接到一个尽可能接近于建筑物接地电路的点上。对于大的建筑物,可以安装若干等电位连接棒,不过它们之间应互相连接起来。每一个等电位连接棒应由铜或与等电位导体同样的材料制成,且其最小截面积应为 75mm2
  对于使用屏蔽导体或安装在金属管内的导体的电气或通讯系统来说,将屏蔽或金属管接地通常便能提供足够的保护。如不能提供足够保护,则有源导体(如带有信号的电缆芯组必须通过浪涌保护装置连接到雷电保护系统上.

4.接地终端系统

4.1 概述

  每一个下引导体要配置一个接地终端系统。
  为了要适应雷电流的脉冲特性,增强将电流导入地的能力,同时使得在所保护的范围内发生危险的电压浪涌的危险性降为最小。注意接地终端系统的外形,尺寸及接地终端电阻值是至关重要的。
  每一个接地终端系统应当满足以下要求:
  用常规仪器测得的电阻值为10Ω或更小。应当在与其他导电部位绝缘的接他终端上测量此电阻值。波阻抗或感抗值应尽可能小,以求减小在雷电放电时加在电位升高值上的后电动力。为此目的,应当避免使用有单个过长的水平或垂直部件的接地端系统。
  因此,使用单个深埋地下潮湿层的垂直接地系统是没有什么好处的,除非地面的电阻特别高,应当注意的是这种埋入地面的接地系统在埋入深度超过20m时,其波阻抗很大。这就要求使用大量的水平导体或垂直的棒子。而从电气观点来看,它们必须完美无缺地互相连接起来。同样地,铜导体要比钢的导体好,因为要达到相同的导电能力,钢的截面积会大得无法实现。接地终端系统应当按以上所述原则,以及标准 NF C 15-100 中544节中说明的规定来制作与布置。除非真正不可能实现,否则,接地终端系统总是应从建筑物向外伸展的。

4.2 接地终端系统的型式

  接地终端系统的大小与安装地点土壤的电阻率有关。不同的土壤组成成份(粘土、泥灰土、沙、岩石)的电阻率相差很大。从下面所列的表可以估计电阻率的数值,也可以用接地电阻仪通过适当的测量方法来测出电阻率。一旦电阻率知道了,便可用以下所列简化公式来决定终端系统的长度:

         线形水平终端系统 垂直终端系统
           L = 2ρ/R   (公式4)     L = ρ/R   (公式5)
  式中:
  L──终端系统的长度(m)
  ρ──土壤电阻率(Ω•m)
  R──所需的电阻值(≤10Ω)
  对于每一个下引,接地终端系统至少应包含:
  (a)与下引导体同样的材料制成及同样截面的导体(除铝材外),按照鸡爪形状排列,且埋入地中至少50cm深。例如:三根7~8m长的导体,水平布置埋入地中至少50cm深。
  (b)一组若干垂直的桩子总计长度至少为6m。
  ──一字排开或排成三角形,互相离开距离至少等于埋入深度。
  ──用与下引导体相同的或其特性与下引导体兼容的一根导体将它们互连起来,并埋入一个沟中,深度至少为50cm。

注意:推荐使用三角形排列。

 

土壤

电阻率(Ω·m)

沼泽地

30

淤泥地

20~100

腐植土

10~150

潮湿泥煤地

5~100

软粘土地

50

泥灰土地与微密粘土地

100~200

朱罗纪泥灰土地

30-40

粘土沙

50~300

硅酸沙

200~3000

光石沙

1500~3000

玻璃覆盖的石沙

300~500

软石灰石

100~300

微密石灰石

1000~5000

碎石灰石

500~1000

片岩

50~300

云母片岩

800

花岗岩及沙石(看交错情况的不同)

1500~10000

花岗岩及沙石(极少交错)

100~600

 

 
 
          D:下行导体 B:建筑物基础环路地线 P:闪电接地终端系统

                  图4.2 典型的接地系统图

4.3 其他措施

  当用以上所述的标准保护措施而因土壤电阻率高无法达到小于10Ω的接地终端系统时,可以开下述措施:
  ──在接地导体周围加上自然的低电阻事材料;
  ──在已安装的鸦爪或桩子上加上接地杆;
  ──增加接地终端系统的数量并将它们互连起来;
  ──进行一种处理来降低阻抗并增加排出大电流的能力;
  ──如当所有上述措施均已采用仍无法获得小于10Ω电阻时,则当接地终端系统包含一个100m长的埋入的终端系统(假定每一个垂直或水平单元不长于10m)时,可以考虑接地终端系统有足够的吸收闪电电流能力。

4.4 接地终端系统互连

  若建筑物或被保护的区域内装有符合标准 NF C 15-100第542.2款要求的为电气系统设置的基础接地终端系统,则必须用一个具有标准所规定的尺寸的导体将其与雷电保护系统的接地终端系统连接起来。对于新的建筑设施,从设计阶段就要考虑采用这个措施。与基础接地终端系统电路的连接应正好在每一个下引导体的前面实现,连接用的装置匝是可以断开的(备检查),放在标有符号O的检查箱的前面。对于现有的建筑物与设施,最好在埋入的部件上进行上述连接,且为了检查的目的,它是可以断开的。当在建筑物进行这样的连接时,互连导体应在附近的电缆或设备上不会感应电流来决定走向。如被保护的区域包含了若干个分开的建筑,则E.S.E避雷导体接地终端系统应当连接到将所有建筑物互连在一起的“埋入等电位接地网络”上去。

4.5 避免近端效应(危险的电火花)的要求

  雷电保护系统接地终端部件应与任何埋入的金属管或电气管道保持最小的距离。最小距离列于下面表4.5中:

 

4.5

埋入管道

最小距离

土壤电阻率<500Ω·m

土壤电阻率>500Ω·m

电气管道HTA(高压用)

0.5

0.5

电气管道LV(低压)无接地终端系统

2

2

接地终端系统LV主电源供给

10

20

气体的金属管道

2

5


 

  只有当这些管道与建筑物的主要等电位连接在电气上不连接在一起时,上述最小距离才适用。

注意:对于非金属的管道,不需要遵守最小距离的规定。

4.6 材料与尺寸

  下表列出接地终端系统的使用材料及最小尺寸。

4.6

接地终端系统

材料

推荐

最小尺寸

光电解铜或镀锡电解铜

由于其优良导电性能
及防腐蚀性能而推荐使用

带材:30X2mm
圆形截面材:直径8mm
用最小截面积为10mm2制成的网实心桩子:直径15mm,长
1m
管状棒:外径25mm,长
1m

镀铜钢材(250μm镀层厚)

 

棒材:直径15mm,长1m

18/10-304不锈钢

在某些有腐蚀性的土壤中
推荐使用

带材:30X2mm
圆形截面材:直径
10mm
棒材:直径
15mm

热电镀锌钢材(50μm镀层厚)

由于其抗腐蚀性差,
作为临时短期使用

带材:30X3.5mm
圆形截面材:直径
10mm
棒材:直径19mm
1m

注:(1)由于其物理,机械及电气特性(导电性,延展性,防腐蚀性等)优良,推荐使用镀锡铜。

 
 
5 抗腐蚀保护

5.1 概述

  金属的腐蚀与金属周围的环境有关。诸如菌类、可溶性盐(电解质)、通风程度、电解液温度及其变化等因素使得情况变得十分复杂。两种不同的金属与环境造成的电解现象结合在一起,使更阳性或更活性的金属的腐蚀程度增加,而使更阴性或更惰性的金属腐蚀程度减少。应当防止在更阳性金属中的腐蚀。产生这种反应的电解质可以是潮湿的土壤.也可以是存在于裂缝中的露水。

5.2 注意事项以及要采取的措施

  要减少腐蚀,必须:
  ──在恶劣环境中避免使用不适当的金属;
  ──避免将具有不同贾法尼对的两件不同金属互相接触;
  ──用适当尺码的导体以及防腐蚀的紧固件;
  ──在关键场合中提供适合外部影响的保护涂层。

  为了要满足上述要求,作为典型的例子,这里说明以下注意事项:
  ──导电部件的最小厚度或直径必须符合本标准的规定;
  ──铝导体不能直接理八或嵌入混凝土中,除非它们用耐久的合适的套子套起来。
  ──如有可能,应避免出现钢/铝结合部件。如无法避免,应使用适当的两种金属接头来制造结合部件。
  ──除了某些存在有酸的环境下外,当在有氧气或硫酸盐的情况下,通常铜适用于作接地导体。
  ──有硫磺或含氨的空气环境中,在下引导体上应加涂层。
  ──导体的紧固件应使用不锈钢制成。在有腐蚀的环境中,应使用适当的合成材料制成。

6 特殊措施

6.1 天线

  建筑物屋顶上的天线增加了雷击的概率,故为第一个最易受到闪电放电的部件。
当干线为单独的或集体的无线电广播接收天线,则为了要符合标准的要求,天线的支撑杆必须用一根标准的导体通过一个浪涌保护装置或一个火花隙接到下引导体上去(除非该天线位于指定保护区之外或在另一屋顶上)。
  在以下情况下可以使用公共支撑杆:
  ──公共支撑杆包含有坚固的和不需要支撑的管子;
  ──E.S.E避雷导体安装在杆顶部;
  ──E.S.E避雷导体至少要比最靠近的天线高出2m;
  ──下引导体用卡子安装,此卡子直接固定在杆上;
  ──干扰的同轴电缆在杆内部走线。
  在使用格子塔式杆的情况下,最好同轴电缆穿在金属管中走线。

6.2 茅屋顶

  这种情况下,E.S.E避雷导体最好装在烟囱上(如果有的话人)下引导体应为8mm直径的退火铜圆导体,用离开一定距离的绝缘物安装并沿着屋脊走,间隙为20~25cm,下引时在排水沟上走。

6.3 工厂烟囱

  因为工厂烟囱非常高,且烟与热气体将空气电离,烟囱极易受闪电击中。烟囱的上部应安装E.S.E避雷导体,最好用适应腐蚀性大气以及排出高温的材料,且安装在顺风的一边,如烟囱高度很高,最少要安装完全相对着的两个下引导体,其中一个安装在顺风的一侧、这些下引导体必须在烟囱的上都与底部用水平导体互相连接起来。每一个下引导体应有自己的接地终端系统。与第3章中所叙述的相同条件下将建筑物的外部及内部金属部件与最接近的下引导体连接在一起。

6.4 可燃性与爆炸性材料储存区

  按照目前的管制法,储存可燃性流体的槽或罐必须接地。但是这类接地并不能为大气放电提供足够的保护,必须对此做彻底的调查。E.S.E避雷导体应安装在桅杆上、圆杆上、桥塔上或安全区外的任何其他建筑上,令其高度高于被保护的建投物高度。决定它们放置的位置时应按本标准来考虑保护半径。接地终端系统必须背离储存建筑物(仓库)的方向安装。E.S.E避雷导体与被保护的建筑物的接地终端系统应为等电位。

注意:1993年1月28日公布的 Ministeria Decree(部级命令)中有关某些类别的建筑物的闪电。

6.5 宗教建筑

  尖塔、塔楼、回教寺院尖塔以及钟楼等建筑由于它们有突出部分而易受雷电袭击。主要的突出部分应用E.S.E避雷导体来保护,E.S.E避雷导体用一个直接的、沿着主塔楼走的下引导体接地。
  在下列情况下,必须设置沿着礼拜堂中部屋脊走的第二根下引导体:
  ──尖塔高度超过40m;
  ──由于礼拜堂很长,它会超过E.S.E避雷导体的保护区。
  这种情况下,第二投下引导体应起源于主塔楼的尖顶。
  如教堂备有二根下引导体,且礼拜堂的顶端装有非金属的十字架或圣像,则此十字架或圣像必须设置放电点。防雷接地终端系统与建筑物的电气接地系统最好用接地导体互连起来。
  有些宗教建筑配备有电钟,则其电源必须用符合第3章中说明的闪电捕获器来保护它不受浪涌电压影响。

 
 

6.6 高处建筑

  建于山上的酒店、避难所、索道站等建筑特别易于受雷电袭击。可以安装符合本标准规定的E.S.E避雷导体,请特别注意等电位连接以及接地终端系统。

6.7 开阔地、娱乐或体育场所

  指的是娱乐场、露营场与车场、游泳池、赛马场、赛车场、公园等场所。
  E.S.E避雷导体可安装在旗杆、探照灯杆、灯塔或任何其他现有的建筑物上。它们的数量以及安装地点要根据要保护的表面的型式与面积按照本标准的规定来决定。

6.8 树

  某些孤立的树,由于它们的高度与外形而易受雷击。如果雷击使附近的建筑发生危险,或者由于历史或环境保护方面的考虑,则可以按照本标准的规定在树顶上安装E.S.E避雷导体,使之免受雷电袭击。安装下引导体的最简便而又不妨碍树的生长,并对树的损坏尽可能小的方法是使用柔性的编织电缆。编织电缆应该使用适当的固定部件沿着树主干以最直接的路径固定起来。

7 检查,维护

  因为雷电防护系统各个部件因腐蚀,气候,机械冲击与闪电而随时间丧失其有效性,所以雷电保护系统的维护是至关重要的。在雷电防护系统的寿命期间必须保持其机械与电气的特性以便满足标准所提出的要求。

7.1 初始检查

  一旦E.S.E避雷导体安装完毕,就必须进行检查以保证它符合此标准的各项条款。检查的目的是保证:
  ──E.S.E避雷导体比整个保护区域的高度高出超过2m;
  ──下引导体的材料与尺码是合适的;
  ──下引导体按要求来决定其走的路径,放的位置以及如何进行电气连接;
  ──安装的各个部件牢牢地固定住;
  ──安全距离得到遵守,和(或)等电位连接已完成;
  ──接地终端系统的电阻值是正确的;
  ──接地终端系统之间已互连妥当。
  应当在标准 NF C 15-100 第6部份所指定的条件下用目测进行检查。然而,当导体是全部或完全隐藏时,则应当进行电气连续性检查。这项检查应符合标准 NF C 15-100 第6部份的规定。

7.2 定期检查

  检查的频率程度由保护的级别决定,建议按下述周期来检查:

 

级别

正常周期

加强周期

1

2

1

2

3

2

3

3

2

 

注意:在有腐蚀环境情况下,建议按照加强周期来检查。

  当受保护的建筑物改造、修理或受雷击时,防雷系统也应加强检查。

注意:闪电放电可由安装在其中一个下引导体上的闪电计数器记录下来.

  7.2.1 检查的过程

  必须进行一次目测检查来保证:
  ──被保护的建筑物的扩充与改造并没有要求安装额外的雷电防护装置;
  ──能看得见的所有导体的电气连接是正确的;
  ──部件的紧固件与机械保护装置状态良好;
  ──没有任何部件因腐蚀而性能变劣;
  ──遵守有关安全距离的规定,且有足够的等电位连接装置并状态良好。必须进行测量来证明;
  ──隐藏导体的电气连接良好;
  ──接地终端系统的电阻值正确(如有变动,必须要分析原因)。
  7.2.2 检查报告
  每次定期检查必须形成一个详细的报告,其中包含所有在检查过程中发现的情况及应采取的补救措施。

7.3 维护

  在每次定期检查中发现的雷电防护系统的缺陷应当尽快地加以纠正以便使其保持最佳有效状态。









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附录A

(属于一种标准)
保护模型

A1 会合过程的说明


A1.1 决定雷击点

  当雷雨云层形成或到达时便在云层与地间产生一个电场(大气)。此电场可能在地面上达到5kV/m,因而从地面凸起部份或金属部件上开始出现电晕放电。
  当雷电云层内部形成一个下行先导时,雷击便开始了。下行先导电荷放电以步进形式向地面移动。下行先导携带着的电荷使地面建立起来了电场。
  从地面上的建筑物或物体产生了一个上行的先导,此上行先导向上传播一直到与下行先导会合。此时,雷流便流过所形成的通道。地面上的其他建筑物也可能会生成好几个上行先导。与下行先导会合的第一个上行先导决定了雷击点(图A1)。

 
 

注意:此说明只描述负向的下行雷击,这是电气-几何模型的仅有的应用实例。目前为止,这种雷击是最经常发生的。

A1.2 先导传播速度

  最近获得的自然放电实验数据表明上行与下行先导在会合时刻的平均速度值是可以比较的,它们的速度比VUP/VDOWN 接近于 1(在 0.9~1.1之间)。
  设V = VUP = VDOWN = 1m/μs(测得的平均先导速度), 这里:
  VUP 为上行先导速度,NF C 17-102: 1995 30
  VDOWN为下行先导速度.
  V为公共速度。

A2 从保护的观点看E.S.E避雷导体的优点

A2.1 启动抢先时间

  E.S.E避雷导体是为减少上行先导的平均统计启动时间而设计的。与简单针避雷导体相比,在同样安装条件下,E.S.E避雷导体的特征为能产生启动抢先。这个抢先时间通过在本标准2.2.2.1节及附录C中推荐的方法在高压测试实验室中进行评估。

A2.2 上行先导的抢先距离

  上行先导的抢先距离 ΔL(m)= V(m/μs)* ΔT(μs)
  被保护的容积则是在电气-几何模型的基础上以上述的保护模型来确定的。

A3 保护模型

A3.1 简单针形避雷导体的保护半径

  在简单避雷导电棒中,根据电气-几何模型的研究,雷击点由第一个距离下行先导为D的地面物体来决定,即使第一个物体是平坦的地面本身也是如此。此距离D称为“雷击距离”,它是雷击点到上行和下行先导会合点之间的距离,这也是上行先导的长度。于是,看来好像有一个虚拟的半径为D的球,其中心牢固地定位于下行先导头部且随着后者下移。
  若一根简单针形导体其高度相对于参考面(建筑物屋顶、地等)为“h”,则有三种可能性(见图 A2):

 
 

  ──如果此球只与垂直位置的导体(A')接触,则此导电棒将是电击点。
  ──如果此球与参考面接触而没有与垂直导体接触,则电击点只在地面S点处。
  ──如果此球与两者同时接触,则有两个可能的电击点:A'与C',但闪电放电绝不会击中图中的阴影区(见图A2、A3)。
 
  电击点通常由下式决定:
    D(m)= 10.12/3
  这里,1为第一个回程电击的峰值电流,单位为千安(kA)

A3.2 E.S.E避雷导体的保护半径

  若 E.S.E避雷导体的抢先时间为ΔT*而ΔL= V•ΔT,可能的电击点为A与C(图A4)、保护半径为Rp:
  则
      RP=√h(2D-h)+(2D+ΔL)

  这里:
  D ──电击距离
  ΔL──上行先导的抢先距离,且由式 ΔL = V•ΔT 来定义
  h ──E.S.E避雷导体高出被保护表面的距离
  ΔT──E.S.E避雷导体的启动抢先时间

 
 
 
---------------------------------------------

附录B

雷电危险评估指南及ELPI保护级别的选择

B1 概述


  雷电危险评估指南旨在协助设计经理人员分析所有由于闪电引起的损害危险的评估准则,并确定保护的必要性与所要求的保护级别。这里只说明在被保护建筑物上的直击雷以及雷电流流过雷电防护系统所造成的损害。
  在许多情况下,保护的必要性是十分明显的。其中的一些例子是:
  ──大量人群;
  ──不中断的服务;
  ──极高的闪电电击频率;
  ──高的或孤立的建筑;
  ──储存易爆与易燃材料的建筑以及储存不可替代的文化遗产的建筑。
  雷击在某些常见的建筑物上产生的典型后果列在表B1中。

 
  

表B1

建筑类别

种类

闪电电击造成的后果

常规建筑

私人建筑

电气装置被击穿,通常火灾与设备损坏只限于接近雷击点或路径的物体。

戏院,学校,超市,运动场

人员惊恐及火灾警报系统失效导致火被耽误

农场

火灾与危险的火花,由于电流中断造成的危险;由于通风控制失效及饲料配给系统的失效使牛群死亡。

银行,保险公司,商业公司

与上同,,还要加上重病监护病人的护理问题以及残疾人疏散的问题。

工厂

除上述外,还要加上其他后果,后果要看工厂内的人员与财产而定。从较小损失到较大损失及生产量的损失。

博物馆与考古馆

文化遗产不可替代的损失

   

注:任何种类的建筑物内都可能安装着敏感的电子设备,它们很易被雷电的浪涌电压损坏。

  在本指南中建议一种危险评估的方法,它考虑到雷电危险以及以下各个因素:
  1.建筑物的环境
  2.结构的类型
  3.建筑物内容纳的东西(人员、设备等)
  4.建筑物占有的情况
  5.雷击造成的后果
  在周围环境中建筑物的位置以及建筑物高度是在计算暴露于雷电中造成的危险时要考虑的因累。但在有些场合中。某些给走建筑物特有的准则不能进行评信,而且可能比其他考虑更需要优先对待,则就要采取比本指南所提出的更为严格的保护措施。
  选择所要安装的ELPI的适当的保护级别是基于以下两个因素:
  在所保护的建筑物或区域上预期的直击雷发生的频率Nd;
  在所保护的建筑物或区域上可接受的年雷击频率Nc。

B2 确定Nd与Nc

B2.1闪电放电密度Ng

  闪电放电密度是由每平方公里(km2)的年闪电放电数量来表示的,可由下面的方式决定;
  ──应用图B4的电击密度Na的地图,这种情况下,Ng = Na/2.2
  ──向闪电地区网络要数据:Ng(最大)=2Ng
  ──应用当地的年雷电天数等级Nk:Ng(最大) = 0.04Nk 1.25 ≌ NK/10
  Ng(最大)值是考虑到最大雷电强度以及检测的精确性所得的值。

 

Nk

5  10  15  20  25  30  35  40  45

Ng(最大)

0.3 0.7 1.2 1.7 2.2 2.8 3.4 4.0 4.7

注:图B4表明了雷击密度。常数“2.2”为雷击数与放电数的比值的平均值。

B2.2
预期的直击雷频率 Nd

  用以下公式来评估对建筑物的直击雷的年平均频率Nd
          Nd = Ng(最大)·Ae·C110-6     (公式6
  这里Ng为建筑物所在地区的年平均平均闪电放电密度(闪电放电数/年/km2);Ae为孤立建筑的等效收集面积(m2);C1为与环境有关的因子。
  等效收集面积定义为与建筑物有相同的年直接闪电放电的地面面积。根据表B2,孤立建筑物的等效收集面积Ae定义为与建筑物有相同的年直接闪电放电的地表面积。它是地面的表面线与穿过建筑物顶的1:3斜率线沿着建筑物旋围得出的圆线两者相交所框出来的面积(见图B3)。

对于长度L,宽度为W、高度为H的矩形建筑,收集面积为:
       Ae = LW+6H(LW)+9πH2
  在离建筑物 3H 距离内的地形与放置的物体会显著地影响收集面积。通过加入环境因子C;来计及此影响(表B2)。表B2决定环境因子C1来计算此影响(表B2

B2 决定环境因子C1

建筑物的相对位置

C1

建筑物位于一个包含同样高度或更高的
建筑物或树的区域内

0.25

建筑物被更小的其他建筑物所包围

0.5

孤立建筑物,在距离 3H 内无其它建筑物

1

在山顶上或海角的孤立建筑物

2


  ——
当一个建筑物的收集面积全部覆盖着其他建筑物的收集面积,则后者不予考虑。
  ——
当若干个建筑物的收集面积互相重叠,则相匹的公共收集面积当作单个收集面积。
  1)对于一个矩形建筑物收集面积为:
 

    Ae = L×W6HLW)+9πH2
 

  

               图B3 典型计算

  2)有突起部份的建筑物
  突起部份的等效收集面积,包围了较低部份的全部或部份收集面积:

 
 

B2.3 建筑物的允许闪电频率(Nc

  B2.3.1
概述
  
Nc的数值通过对损害危险的分析来定出,要考虑适当的因素例如:

  ──建筑物的类型

  ──建筑物内部容纳的东西;

  ──建筑物的占有率;

  ──雷击的后果。

  B.2.3.2 确定NC
  
如以上指出的那样,这里用表B5--B8中列出的因子C2C3C4C5来评估上述四个因素的影响,令C=C2·C3·C4·C5 Nc=5.5×10-3/C

B5

C2,建筑物类型因子

结构

屋顶

金属

常规

易燃

金属

 

0.5

1

2

常规

 

1

1

2.5

可燃

 

2

2.5

3

B6

C3,建筑物内部容纳的东西因子

低值及非易燃的

0.5

标准价值或正常易燃的

1

高价值或特别易燃的

2

特高价值,不可替代或高易燃的,易爆的

3

B7

C4,建筑物占有率因子

 

未占有

0.5

正常占有

1

疏散困难或有发生恐慌的危险

3

B8

C5, 雷电后果因子

 

无不中断服务的要求,对于环境也不产生后果

1

要求不中断服务,对于环境不产生后果

5

对环境产生后果

10

 

注意:具体的管制法规可能在某些情况下对Nc提出其他数值。


B3
保护级别选择方法


  将容许的闪电频率
Nc与预期的闪电频率Nd相比较。

  比较的结果可决定是否需要雷电防护系统,如需要,应该采用哪一个保护级别:

  —— NdNc,则不需要系统地装备闪电保护系统;

  —— NdNc,则必需安装有效率为 E1Nc/Nd的闪电保护系统并根据表B10选择相关的保护级别。
  闪电保护系统必须满足标准中在选定的保护级别下的有关指标。
  如问电保护系统的有效率因子E比计算所得的值E小,则必须采取附加的措施,典型的为:
  ——
限制步进或接触电压:
  ——
限制传播;
  ——
减少由闪电引起的对敏感设备的不良影响。
  典型的选择保护级别的实用方法表示在图 B9中。
  表10 给出和保护组别与相当于计算的有效率E的保护级别间范围相当的临界有效率值E
 

B9 决定保护的要求及保护级别

数据输入公式

计算

结果

等效收集面积:Ae=LW+6H(L+W)+9πH2

(对于矩形建筑)

L= H=

W= H2 =

Ae=

建筑物上预期的直接闪电电击频率

Ng(最大)= Ae=

C1=

Nd=

 

建筑物上可接受的直接闪电电击频率Nc=5.5×10-3/C,其中C=C2·C3·C4·C5

C2= C3=

C4= C5=

Nc=

—— NdNc,可选择是否加闪电保护

—— NdNc,必须加闪电保护:

计算有效率E=1=Nc/Nd并以此决定所需的保护级别。

应用下述表B10,选择相当于计算E值的保护级别,安装一套具有此保护级别的ELPI

B10

计算得出的有效率E

相关的保护级别

峰值电流IkA

初始距离

E098

级别I+附加措施

-

-

0.95E0.98

级别I

2.8

20

0.80E0.95

级别Ⅱ

9.5

45

0E0.80

级别Ⅲ

14.7

60

  
 
              图B4 法国境内雷击密度Na图

  此图是基于 1987年来由国家雷电监测网收集的测量统计数据。

 
 

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附录C

(属于一种标准)
E. S.E.雷电导体评估过程

C1 实验条件


  E.S.E避雷导体的有效程度是通过将E.S.E避雷导体的上行先导启动时间与简单针形避雷导体(S.R.)的上行先导启动时间相比较来进行评估的。
  为此,在实验室测试中模拟上行先导自动(正向的上行先导)过程,使得在相同的电气与几何条件下依次评估SR避雷导体与E.S.E避雷导体。

C1.1 地面电场模拟

  雷击发生前存在的自然地面电场会影响电晕形成条件与当时的空间电荷条件,因此,应当对自然地面电场进行模拟,它的数值是10~25KV/m之间。

C1.2 脉冲电场模拟

  为了尽可能接近于自然现象的情景再现,地面电场的建立要用上升时间为100~1000μs的波形来模拟。在上行先导区域内的波形斜率应在2•108V/m/s之间。

C2 实验条件的建立

C2.1 要比较的雷电防护系统的位置

  上部板块与避雷导体间的距离应足够长,以便让上行先导能在自由空间中传播,在所有情况下,其长度d≥1m。要比较的物体应置于同样电气环境之下,与它们的位置无关。它们的位置应在地面上相当于上部板块中心的位置。它们的高度应相同。测试时一个接着一个地进行。

C2.2 实验条件建立时尺寸的选择

  上部板块与地面的距离H应大于2m。高出地面水平的避雷导体高度h与上部板块高度H之比h/H应为0.25~0.5范围内。H为上部板块的下边与地面间的距离。

 
 
 
C3 要检查的参数──要进行的测量

C3.1 电气参数

  ──施加的电压波形及其幅度(大气电场校准,脉冲电压波,与之相关的电流等);
  ──连续极化的设定
  ──参考设备上的初始设定(对于简单针形避雷导体):启动的概率等于1。

C3.2 几何条件

  距离d应在两种配置中严格保持相同:在每次测试前检查。

C3.3 气候参数

  对于每一种配置,应当在测试前与测试后记录气候条件参数(压力、温度、绝对温度)。

C3.4 每一种配置中雷击的数量

  在每一件配置中,雷击数量应在统计学上来说是合适的,而在每一种配置中约为100次雷击。

C3.5 启动时间

  E.S.E避雷导体有效程度评估所采用的准则是它比 SR避雷导体在相同条件下提前启动上行先导的能力。对于每一个有用的雷击,都要测量平均上行先导的启动时间T,先在SR避雷导体上测,然后在E.S.E避雷导体上测。

C4 E.S.E避雷导体的效率

C4.1 平均启动时间的实验评估

  在SR避雷导体与E.S.E避雷导体上分别测得的上行先导启动时间用于计算平均启动时间(根据所选的实验曲线参数)T'PTS及T'PDA。

C4.2 参考曲线

  参考曲线定义为具有上升时间Tr=650μs,其外形如图C2所示

 
 

C4.3 确定 E.S.E避雷导体的启动抢先时间

  实验得出的曲线与参考曲线并列在一个图中,参考曲线指定的电场E*也与实验电场E*相同。
  从***与***画垂直线与实验曲线相交,交点的纵座标值就是电场E的数值。从交点作平行于横座标的线,它们与参考曲线的交点的横座标(X轴)的数值就是启动抢先时间 △T(μs)。

 
 
 
  注意:上述方法可以在实验室中用来确定△T的数值。应用仅仅依赖于避雷导体高度h的上行先导启动电场,可以确定与d无关的△T值。这种转置是通过应用Rizk与Berger发展的
  
  连续先导电荷放电起始阈值电场模型来达到的。
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附录D

(属于一种信息)
典型闪电参数及相关的各种效应

D1 典型闪电参数


D1.1 闪电电击的脉冲波形(放电)

  图D1是一些闪电电流波形的举例。这些闪电电流是在瑞士的“San salvatore山”研究站中记录所得的。表D3到D15则表明闪电特性的累积频率分布。

  负向与正向闪电电流是在瑞士 Lugano 的 San Salvatore山上测得的。
 
 

图D1 闪电电流举例


D1.2 不同闪电参数的分布

  说明闪电脉冲(在负向闪电的情况下是若干个脉冲)要用许多参数,特别包括:电流幅度,上升时间,衰减时间,电荷以及比能。这些参数指的是实际闪电电击波形的参数,测量这些是为了要计算分布统计资料。在初始阶段幅度,上升时间和衰减时间可以认为与在实验室中定义的一样。电荷相当于∫idt,而比能相当于∫i2dt。这些参数的用途在下面解释。
  陡度(最大的电流斜率,单位为干安/微秒)有时也是描述脉冲特性的有用数据,虽然它和那些已定义的其他参数有关联:上升时间与幅度。
  闪电放电的全过程,包括脉冲及随后在两个脉冲间隔时间内流过的电流,主要由其总的持续时间来表征。

D2 闪电参数的热效应

  一般来说,前面提到的参数对不同类型设备的影响或失效模式是不相同的。要解决由闪电产主的电压浪涌问题及机械负荷问题时,电流幅度参数是有用的。而上升时间只能用于解决浪涌电压问题之中。衰减时间与机械负荷有关联,这是因为它决定了电磁力施加的时间,它主要与幅度共同代表了闪电电击的能量。为了要代表此能量,幅度/衰减时间两项式可用以下来代替:
  —比能∫i2dt(幅度及衰减时间),这是当考虑闪电保护系统部件尺寸(连接器,导电等)时。
  一电荷∫idt(幅度与衰减时间),这是当考虑连接到闪电保护装置(E.S.E避雷导体十接他终端系统)的浪涌保护装置的特性或考虑在闪电电击点熔化金属时。

D2.1 与电荷量 Q有关的热效应

  在闪电保护装置中.可以看到热效应。特别是当接闪器装置具有尖的顶端时,可以看到有时在顶端上有金属熔化,最多可达几个毫米。在平的表面(金属板)情况下发现有金属熔化的证据,这样的熔化会导致全部穿透。特别高的雷击温度(300℃)能穿透厚达2毫米至3毫米的金属板。
  因此,当要使用金属板作雷电防护装置或充当闪电电荷收集器时,要考虑最小厚度的要求(钢为4mm,铜为5mm)。持续时间长的低强度放电很容易导致燃烧。因为闪电放电通常伴随着连续的电流流动,因此,雷击很少是凉的。即使干木柴也能被这种持久的连续电流的闪电点着。
  沿着雷电流路径上的不良接触点特别危险。即使千分之几欧姆的接触电阻也会产生足够的热,熔化掉产生火花的金属的相当部份。如易燃材料放在这种不良接触的接触点附近,便会产生间接点燃。这类火花在有爆炸危险的房屋中以及在易爆的工厂中都是特别危险的。

D2.2 与电流积分

  ∫i*dt有关的热效应当闪电电流进入可以传播电流的金属导体时,所产生的热量服从焦耳定律而与电流的平方i*,电流流过的时间以及电阻R有关。因此,特别在高阻点上会产生显著的热效应。但在导体上测量得到的直流电阻不应当作是这里的电阻值R 。因为雷电流是短暂的冲击波,后者产生犹如高频电流中的表皮效应,即电流被限制在约为几十分之一毫米厚的导体表面之上,而直流电流测得的电阻是整个截面上的电阻。
  当导体尺寸足够大时,即使有表皮效应,也不会因发热而见到什么不良后果。只有在小尺寸的导体化点温度。例如,在天线电缆与导线中常常看到金属熔化的效应。另一方面,在直径为数毫米的较大尺寸金属上(例如有倒丝的电线或铁丝),则很少看到金属熔化现象。具有本标准推荐的尺寸的避雷导体上从未看到有熔化现象。
  另一方面,不良导体中的电流释放出以热的形式出现的大量能量。这使得木材,水泥及这一类材料中包合的水份加热蒸发。整个过程持续时间极短,且因随后压力增加的缘故,使树木,木质桅杆,梁与墙破裂了,这类爆炸在水气积累起来的地方(裂缝、放满液体的容器)特别容易发生,或者,当电流密度显著增加的地方。例如,当不良导电性的材料(水泥)与高导电性材料(已损坏的闪电下引导体的固定夹子、电气管道夹子和水气管钢夹子)界面上电流进入或流出的地点也特别容易发生这类爆炸。

D2.3 电动力效应

  仅当雷电流路径的若干部份这样互相关联,使得其中一个闪电路径落在另一个闪电路径所产生的磁场内时,才会发生显著的机械负荷现象。在这种情况下,负荷的增加量与这些路径间的距离成反比。小的转弯会经受到相当程度的负荷加重。用8mm制成的10cm直径的环上,当强雷电流 100kVA发生时,会对环的周围边线每一厘米长度上施加1200牛顿的力,当环的直径为2m时,力就降为120牛顿。但由于导体内的雷电流与地球磁场间的作用的反向特性,每米导体上只产生10牛顿的力,这样的电动力效应是微不足道的。除以上说明的属于推斥的力,且很少会将导体扭曲外,靠得很近的平行的雷电流路径间会产生很强的吸引力。这种情况下,薄的管状天线会破裂,而平行导体会撞击在一起。

D2.4 电位差及电弧

  在一次强烈的雷击后,即便在装备有雷电防护系统的建筑物中也能看到令人惊奇的各种各样的火花残迹。这可以用在电气工程上两个众所周知的效应来解释:一个是接她终端电位的升高,主要与排出电流的峰值强度(幅度)有关;另一个是感应现象,这主要与电流的di/dt 梯度(前后的陡峭程度)有关。
  D2.4.1 接他终端电位升高
  由于土壤本身所产生的接他终端电阻R的存在,雷电防护系统下引导体与附近的地点间在电流流过时产生了电位差,相对于不受影响的远地接地处(因而保持在通常的零电位)的总电位升高值用欧姆定律表示:U=RI
  因此 100kA电流流过 5Ω的接地终端系统时会在闪电电流排出系统中造成 500kV的相对于远地接地点的电位差。
  这种电位升高实际上是根据与接他终端系统及土壤特性有关的定律在大地中分布的。用任何一种方式与地相连接的建筑物所有的导电部份(供热系统、管道、电气系统和电缆外皮),如果没有互相连接的话,也会经受到电位升高的影响。防止绝缘击穿的唯一方法是将互相独立的接地部份通过下引导体互相连接起来。这样,便使它们成为雷电防护系统的不可分割的一部价,并能根据分变电流定律排出一部份雷电流。
  带电的电流线是无法再接导体的,因此,本标准推荐安装称为闪电捕获器(变阻器或火花隙)的浪涌电压保护装置。然而,这些闪电捕获器应当这样来决定它们的尺寸,即使得它们各自经受相当一部份(从几个百分比到约在最坏情况下为50%)的雷电流。

注:由于雷电现象中有频率的因素,除接他终端系统的直流电阻外还应考虑接地终端系统的电抗。

  D2.4.2 感应现象
  下引导体与建筑物的金属结构间距离较近。
  雷电防护系统的下引导体与建筑物的各种各样金属结构(水管、中央供热系统和电源线等)形成了许多开路的环。这些环路会受感应现象的影响并在它们的开路端间出现电动力。
  本标准的第3款说明了这种感应现象。
  表D2至D15这些表摘自IEC文件1024-1,第一部分,第一节,指南A的“雷电防护系统等级的选择”。

雷电流参数的基值

累积频率分布

 
 

D2—峰值电流(KA)(最小2KA

闪电电击

累积频率

98%

95%

80%

50%

5%

第一次负向电击

4

 

20

 

90

其后的负向电击

 

4.6

 

12

30

 

 

4.6

 

35

250

D3—总电荷(库仑

闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

第一次负向电击

1.1

5.2

24

其后的负向电击

0.2

1.4

11

负向放电

1.3

7.5

40

正向放电

20

80

350

D4—冲击电荷(库仑)

闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

第一次负向电击

1.1

4.5

20

其后的负向电击

0.22

0.95

4

正向放电

2

16

150

D5—前峰时间(微秒)

第一次闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

总上升时间

1.8

5.5

18

上升时间:

30%90%峰值电流间

10%90%峰值电流间

 

1.5

2.2

 

3.8

5.6

 

10

14

D6

其后的闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

总上升时间

0.2

1.1

4.5

上升时间:

30%90%峰值电流间

10%90%峰值电流间

 

0.1

0.2

 

0.6

0.8

 

3.0

3.5

D7

正向放电

累积频率

95%

50%

5%

总上升时间

3.5

2.2

200

D8-电击持续时间(微秒)

闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

第一次负向电击

30

75

200

其后的负向电击

6.5

32

140

正向放电

25

200

2000

D9-比能(焦耳/欧姆)

闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

第一次负向电击

6.0×102

5.5×104

5.5×105

其后的负向电击

5.5×102

6.0×103

5.2×104

正向放电

2.5×104

6.5×105

1.5×107

D10-上升率(千安/微秒)

第一次负向电击

累积频率

95%

50%

5%

最大上升率

9.1

24

65

30%90%峰值电流间平均徒削率

10%90%峰值电流间平均徒削率

2.6

1.7

7.2

5

20

14

D11

其后的负向电击

累积频率

95%

50%

5%

最大上升时间

10

40

162

30%90%峰值电流间平均徒削率

10%90%峰值电流间平均徒削率

4.1

3.3

20

15

99

72

D12

正向放电

累积频率

95%

50%

5%

最大上升时间

0.2

2.4

3.2

D13-总放电持续时间(微秒)

闪电放电

累积频率

95%

50%

5%

全部负向放电

0.15

13

1100

其后的负向电击

31

180

900

正向放电

14

85

500

D14-电击间的时间间隔(毫秒)

闪电电击

累积频率

95%

50%

5%

多个负向电击

7

33

150

 

  

---------------------------------------------

附录E

(属于一种信息)
使人员免受触电损伤

E1 概述


  站立在户外的个人受闪电电击的危险性最大,可能是直接电击,也可能是由步进电压所导致。建筑物内部的人员,受闪电电击的危险自:
  a)连接到来自户外线的部件中突然电位升高,包括电源线、电话线和户外电视天线的电缆;
  b)会产生高电位的建筑物内部金属物:接触电压。
  本标准中说明的防止危险火花放电的措施是设计为减少建筑物内人员受闪电电击的危险。

E2 人员的个人行为为了要保护自身不受闪电袭击,人员应至少注意以下事项:

  a)闪电时要寻找一处由接地屋顶或金属掩蔽盖住的地方躲避;

注意:常规制造的帐蓬不能提供保护。

  b)如附近没有躲避处,则要减少地面上身体的高度(蹲下)以及表面面积(两脚并在一起),不要用手接触任何接地的物体;
  c)不要骑自行车,不要骑马。不要坐在打开敞蓬的汽车里;
  d 不要步行或在水中游泳;
  e)远离高处,远离高或孤立的树。如附近的树不可避免,则要站在树叶伸展区之外。
  f)不要接触金属结构,金属篱笆等,也不要站在它们的旁边。
  g)不要携带伸展超过头部的任何部物(伞、高尔夫球杆和工具等);
  h)不要使用或尽量不使用移动电话;
  i)不要接触任何金属物体、电气用具、窗框、无线电和电视机等。

E3 急救受闪电电击时的急救与触电或烧伤时的急救相同。

  应立即由急救人员进行人工呼吸。人工呼吸及其他紧急的急救措施会使受伤人员免于死亡。