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高层建筑物防直击雷避雷带明敷与暗敷的讨论聂新宇刘凤姣（湖南省防雷中心，湖南长沙，410007）【摘要】针对高层建筑物的特点,安全性要求高及极易受雷击的危害方式,通过对其防直击雷的外部防雷装置之一的明敷和暗敷避雷带(接闪器)的讨论,提出从建筑物本身和其周边设施、人员的安全考虑应该明敷避雷带，从而达到高层建筑物有效防止直击雷的效果.【关键词】高层建筑物防直击雷明敷暗敷引言近年来，高层建筑物大量拔地而起，高层建筑物受雷电的危害较大，比一般建筑物遭雷击的概率要大得多，高层建筑物一旦遭受雷灾，损失往往非常严重，建筑物遭破坏、设备损坏、人员伤亡等大几率存在,按照国家的防雷技术规范要求,建筑物均安装了包括接闪器、引下线和接地装置的外部防雷装置。
避雷带是现在普遍采用的接闪器,对建筑物的雷电防护起到重要的保护作用，它起着"挡箭牌"的作用,只有正确安装好接闪器,才能起到快速分流的作用,最大限度保护建筑物免遭直接雷击。
目前避雷带的使用有明设和暗敷两种。
下面就分别对高层建筑物明敷和暗敷避雷带的效果谈谈自己一点看法和见解.一、关于高层建筑物避雷带明敷：明敷避雷带作为高层建筑物中常见的防直击雷的装置,对于保护高层建筑物避免遭受直接雷击是积极有效的主要措施.按照<<建筑物防雷设计规范>>GB50057-94(下面简称“规范”)附录二中对具体明确部位的规定,在建筑物的屋脊、屋角、屋檐、屋檐角、边沿和女儿墙、屋顶构架、飘板、屋面梯屋顶、水池顶四周等所有易受雷击的部位全部采用敷设金属接闪器的方式。
屋顶部分的防直击雷措施,根据《规范》表5.2.1的规定(见下表)。
布置接闪器时,可单独或任意组合。
由于建筑物高，雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流可能会很大。
根据IEC62305第一部分附录A.4条中, LPS的截取效率取决于雷击电流参数的最低值并与滚球半径有关。
对直接雷电闪击保护区的几何边界可以用滚球半径来决定。
防雷国际标准国家与国际防雷标准和技术一、引言1998年10月14日是第29届世界标准日，国际标准化组织ISO主席、IEC 主席和ITU秘书长发表了题为《标准在日常生活中》的祝词。
祝词指出：标准是一种“基准”，它给人们提供一个事物判别的准则，质量测量的依据和兼容及互联的保障。
标准的目的在于帮助和服务于社会，帮助人们享受和利用环境而不破坏环境；帮助人们塑造生活而不是把生活搞的没有头绪；帮助人们安全的生活而不致遇到危险；帮助人们掌握先进科学的方法而不落后于社会；帮助人们学会用法律来保护自己的合法权益而不被轻易损害。
世界三大标准化组织均在致力于国际标准化工作。
IEC（国际电工委员会）在其所颁布的标准前言部分均宣称：为促进国际上的统一，各IEC国家委员会应尽最大可能地将IEC标准作为他们的标准，对国家标准与IEC相应标准中的任何分歧，应在该国家标准中明确指出。
《中华人民共和国标准化法》规定。
“国家鼓励采用国际标准和国外先进标准”。
国家经委、计委、科委和技术监督局联合发出《关于推进采用国际标准和国外先进标准的若干规定》（1993年532号文）更明确指出：“采用国际标准和国外先进标准是我国一项重大的技术经济政策，是促进技术进步，提高产品质量，扩大对外开放，加速与国际惯例接轨，发展社会主义市场经济的重要措施。
”标准来自实践和科学研究，是千百万科技工作者智慧的结晶，随着技术的进步，标准也在不断地修改和更新。
在IEC标准中均有如下说明：本标准出版时的版本是有效的，鼓励采用标准文件的最新版本。
我国国家标准也常用下达“修订单”的形式进行标准修改，或在新标准颁布的通知中说明原标准的作废。
采用和推广国际标准是世界上一项重要的廉价技术转让。
目前世界上含我国在内的大多数国家，均采用等效使用的原则，大量使用国际标准，促进本国技术进步。
二、国际防雷技术标准框架防雷技术标准的编制工作主要由IEC和ITU（国际电信联盟，过去称为CCITT）进行，根据协议IEC与ISO紧密协作。
第二节第一类防雷建筑物的防雷措施第3.2.1条第一类防雷建筑物防直击雷的措施，应符合下列要求一、应装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。
架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×5m或6m×4m。
二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内，当有管帽时应按表3.2.1确定;当无管帽时，应为管口上方半径5m的半球体。
接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。
有管帽的管口外处于接闪器保护范围内的空间隔表3.2.1三、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。
四、独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。
对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。
五、独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离(图3.2.1)，应符合下列表达式的要求，但不得小于3m：1、地上部分：当h x<5R i时，S a1≥0.4(R i+0.1h x) (3.2.1-1)当h x≥5R i时，S a1≥0.1(R i+h x) (3.2.1-2)2、地下部分：Se≥0.4R i (3.2.1-3)式中S a1—空气中距离(m)；S e1—地中距离(m);R i—独立避雷针或架空避雷线(网)支柱处接地装置的冲击接地电阻(Ω)；H x—被保护物或计算点的高度(m)。
六、架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离（图3.2.1），应符合下列表达式的要求，但不应小于3m：1.当(h+l/2)<5R i时，S a2≥0.2R i+0.03(h+l/2) (3.2.1-4)2.当(h+l/2)≥5R i时S a2≥0.05R i+0.06(h+l/2) (3.2.1-5)式中S a2—避雷线(网)至被保护物的空气中距离(m);h —避雷线(网)的支柱高度(m)；l —避雷线的水平长度(m)。
防雷及过电压保护（试题和答案）一、选择题1. 以下哪种设备不属于防雷设备？（）A. 避雷针B. 避雷带C. 熔断器D. 浪涌保护器2. 下列哪种接闪器不能有效防止直击雷？（）A. 避雷针B. 避雷带C. 避雷网D. 铁塔3. 下列哪种设备属于后备保护？（）A. 避雷针B. 熔断器C. 浪涌保护器D. 避雷带4. 下列哪种保护器不能有效抑制电网中的过电压？（）A. 避雷针B. 避雷带C. 浪涌保护器D. 电压互感器5. 下列哪种保护措施不能有效降低雷击风险？（）A. 接地B. 接闪C. 分级保护D. 不断电二、简答题1. 请简要说明防雷设备的作用及分类。
2. 请简要介绍过电压保护器的工作原理及作用。
3. 请简述防止雷击的主要措施。
答案：一、选择题1. C2. A3. C4. D5. D二、简答题1. 防雷设备的作用是保护建筑物、设备和人员不受雷电侵害。
分类如下：（1）接闪器：避雷针、避雷带、避雷网等，用于引导雷电击中接闪器，将雷电引入地下。
（2）泄放装置：避雷器、熔断器等，用于限制雷电过电压，保护电气设备。
（3）接地装置：接地体、接地线等，用于将雷电引入地下，降低雷电对地面的电位。
（4）保护装置：浪涌保护器、电压互感器等，用于抑制电网中的过电压，保护电气设备。
2. 过电压保护器的工作原理是通过检测电网中的电压，当电压超过设定值时，保护器迅速动作，切断电路，从而保护电气设备。
过电压保护器的作用是防止电网中的过电压对电气设备造成损害。
3. 防止雷击的主要措施有：（1）接地：将建筑物、设备等接地，使雷电通过接地体引入地下，降低雷电对地面的电位。
（2）接闪：设置避雷针、避雷带等接闪器，引导雷电击中接闪器，将雷电引入地下。
（3）分级保护：采用多级保护措施，逐级限制雷电过电压，保护电气设备。
（4）安装浪涌保护器：在电气设备入口处安装浪涌保护器，抑制电网中的过电压。
（5）不断电：在雷电天气，尽量避免使用电器设备，确保人员安全。
16 ｜ 电气应用·建筑电气专刊·第２期最近我刊进行的ＳＰＤ产品应用调查结果显示，业内专家特别关注在实际的工程中，ＳＰＤ应用中存在着的如被保护的系统屏蔽差、没有采取等电位连接措施、接地不规范、安装ＳＰＤ不符合相关规范要求等诸多的问题，这些问题的存在一定程度上使雷电感应高电压以及雷击电磁脉冲入侵概率大大提高，从而造成相应的电子、电气设备的损失。
为此，我们结合调查中广大读者所普遍关注的问题，专程请教了我国著名防雷专家、《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７—１９９４（２０００年版）的主要起草人林维勇教授级高工。
现将有关情况总结如下，供广大技术人员参考。
ＳＰＤ设计使用中若干问题的探讨—与我国著名防雷专家林维勇教授级高工的请教有业内专家指出，在实际的工程实践中，ＳＰＤ的应用存在着如被保护的系统屏蔽差、没有采取等电位连接措施、接地不规范、安装ＳＰＤ不符合相关规范要求等诸多问题，为此我们结合我刊进行的ＳＰＤ产品调查中受访者所普遍关注的问题，专程请教了我国著名防雷专家、《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７—１９９４（２０００年版）的主要起草人林维勇教授级高工。
关于标准的问题张丰收：目前我国关于雷电防护的标准主要有《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７－１９９４，以及其他行业例如电力、石油、铁道、邮电通信、气象等的行业规范中的有关条款。
其中涉及ＳＰＤ产品使用的条款很多，但也多有矛盾之处。
虽然国家规范《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７—１９９４（２０００年版）第六章防雷击电磁脉冲对ＳＰＤ的设计有一定的规定，对ＳＰＤ的选用也提出了相关的设计要求。
但还是有电气设计人员提出其可操作性和实践性不强，比如第六章第６．１．２条“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。
”的可操作的问题。
作为国家规范《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７—１９９４（２０００年版）的主要起草人，请您介绍一下对于《建筑物防雷设计规范》ＧＢ５００５７—１９９４（２０００年版）未来的修订方向？林维勇：您提到了ＧＢ ５００５７—１９９４（２０００年版）第六章６．１．２条的可操作性问题，是的，它的确是很难定出一个具体且简单的计算方法的，其最关键之处是如何◎中元国际工程设计研究院 林维勇 教授级高工《电气应用》杂志编辑部 张丰收 执行主编关键词／Ｋｅｙｗｏｒｄｓ雷击电磁脉冲防护·电涌保护器ＳＰＤ·波形选择·设置配合·后备保护·估算出间接损失，这是很难的。
IEC1024-1：在1990年这是第一个国际防雷标准，它适用于高度60m及以下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输电讯系统以及移动的船舶、车辆和飞机。
标准中第一句话是；“防雷装置不能阻止雷闪的形成”。
林维勇老师最近参加IEC／TC81标准修改时看到这句话进行了如下修改：“应该注意到，到目前为止还没有一种装置（或方法）能阻止雷电的产生，也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。
采用金属材料接闪、引下并导入大地是目前唯一有效的外部防雷方法。
”在GB50057-94中，大量引用IE C的术语和定义，如防雷装置在I EC中为“用于对需要防雷的空间作防雷电效应的整个装置，它由外部防雷装置和内部防雷装置组成”。
“外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成”。
“内部防雷装置是除外部防雷装置以外的全部附加措施。
它们可能减小雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应”。
GB50057-94名词解释是：“防雷装置：接闪器、引下线、接地装置，过电压保护器及其它连接导体的总合。
”请注意I EC在此提出了外部防雷与内部防雷的概念，外部防雷就是应用外部防雷装置（接闪器、引下线、接地装置或兼而有之的法拉第笼）吸引雷电并尽快和畅通无阻的将雷电流引入地中安全泄放。
马宏达老师分析认为：防雷如同防洪，其原理是为雷电脉冲电流提供一条低阻抗的通道（注：外部防雷），同时防止通过磁场和电场对设备的干扰（注：内部防雷）。
对半导体消雷器之争焦点首先在于其是否能阻止雷闪的形成（所谓“消雷”功能），其次在于利用非金属材料接闪（如碳素纤维外涂漆物，或如优化避雷针使用玻璃钢管内置食盐水等高阻液体）在接闪器与引下线之间串上35K?的“限流”物，是否会产生积极的作用，对照IE C标准说明的原理，应该是非常明白的了，迄今为止IE C的标准中未对任何非常规接闪器给予肯定。
再析避雷针的保护范围中国科学院电工研究所马宏达摘要本文讨论了避雷针的感应静电场控制原理，说明了避雷针应用的环境性，提出了对避雷针（接闪器）的选择和设计的几点建议。
关键词避雷针接闪器建筑物防雷笔者在“避雷针保护范围的理论与实验”[1]一文中介绍了避雷针保护范围的主要历史资料，本文重要从物理学的角度，也就是从感应静电场控制的角度讨论这个问题。
可供防雷工作者参考，如有谬误之处欢迎同行和读者批评指正。
1．避雷针是引雷针1.1为避雷针正名避雷针实际上是引雷针，它的保护作用是拦截闪电打在自己身上，从而使建筑物避免遭受直接雷击，它把雷电的能量沿着引下线安全地导入地中；它不能阻止雷电的行进，也不能消除雷电。
现在只有中国和日本仍然使用“避雷针”这个名词；英国和美国都把它称为“导电针”；俄国称它为“接闪器”等等。
由于我们祖先用的是象形文字系统，望文生义是我们的习惯，为了避免误解“避雷针”的保护原理，有人提出“要为避雷针正名”的建议。
在防雷学科本科的教科书《高电压工程学》中，接受直接雷击的防雷装置称为接闪器，避雷针是接闪器的一种，是棒形的；接闪器的形式还包括：避雷带、避雷网和法拉第笼（金属箱体和罐体）等。
2.2击选择性原理接闪器是按照雷击选择性原理设计的。
雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最主要的方向决定于最大电场强度。
雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体的影响。
雷雨云下面的地面和地物受雷云电荷的静电感应，产生出与雷电异号的电荷，并使各地物表面的电场强度增强。
当下行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场开始被地物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向发展。
当下行先导流注行进到雷击高度H2后，某一个或几个地物表面电场强度达到了击穿空气的数值，该地物就会产生迎面先导流注，它向上发展与下行先导流注汇合，然后就产生强烈的主放电，该地物就遭到了雷击。
复 习 思 考 题1． 什么是高层建筑和超高层建筑？∙ 高层建筑： 十层和十层以上的居住建筑；高度超过 24 米的其它建筑超高层建筑： 高度超过 100 米的建筑2． V -∇=是什么意思？∙ 电场强度等于电位V 的负梯度，就是电场强度方向总是指向电位降低的方向。
3. 大气电场强度随地面向上高度的变化有什么规律？∙ 大气电场的电场强度值随地面向上高度逐渐减小。
4． 雷电主要发生在大气的哪个层次？∙ 主要发生在大气的对流层。
5． 晴天大气电流密度由哪四个电流密度组成？∙ 由大气传导电流密度j e 、大气对流电流密度j w 、扩散电流密度j t 、位移电流密度j d 组成，即大气电流密度j 为 j = j e + j w + j t + j d6． 积雨云的起电机制主要有哪几种学说？∙ 主要有：感应起电学说、温差起电学说、破碎起电学说等等。
7. 积雨云的电荷分布有什么特点？∙ 积雨云中的电荷分布大致有三个区域：最高集中区是正电荷，中间区是负电荷，最低区是正电荷。
最低区的正电荷较少，中间区的负电荷最多，离地面较近，对云地之间的大气电场起主要作用。
8. 大气电场的方向是怎样的？∙ 晴天大气电场的方向是自高空指向地面，当有负电荷中心的积雨云时，大气电场方向反转为自地面指向高空；9. 叙述积雨云的放电过程。
∙ 当积雨云带有大量电荷时，由于静电感应作用，在积雨云下方的地面或地面上物体附近的电场强度足够大（大于3⨯10５V•m -１）时，于是就开始积雨云和地表（或地面上的物体）之间空气被击穿的局部放电，就是雷电现象。
10. 书第8页图1.9是常见的地闪发展全过程的示意图，结合这张示意图，请详细解释为什么会发生电闪雷鸣？∙（1）雷雨云的中间部分带负电荷，电量最多，起主要作用，下端带少量的正电荷。
（2）起先，雷雨云中部与云下端的电场随着云中电荷的积累而加强。
当大气电场强度增大到一定程度（10000V/cm 以上）时，大气中的电子获得足够大的动能撞击空气分子或原子，使空气分子或原子电离而变成离子，并产生新的电子。
林维勇先生提出的关于防雷问题及其答案（中英文对照）MCG Electronics, Inc.12 Burt DriveDeer Park, NY 11729, USADate: August 27, 2001日期：2001年8月27日From: Michael J. Coyle, President发件人Michael J. Coyle 先生，总裁Subject:Questions from Mr. Lin Wei Yong of July 20, 2001主题：(回复)林维勇先生2001年7月20日的问题References:参考资料：IEC 60364-1 Performance requirements and testing methods.性能要求及测试方法。
IEC 61312-1 Protection against Lightning Electromagnetic Impulse.雷电电磁脉冲的防护。
IEC 61643-5-534 Devices for protection against overvoltages.过电压防护设备。
ANSI C62.41-1991 IEEE Recommended Practice on Surge V oltages ....IEEE 所建议的电涌过电压防护措施......Data Sheet no.1-Dec.2000 French Lightning Protection Association (Appendix I)第2000年12月的第一号数据表法国防雷协会（附录I）1. Should external electric and telecommunication lines entering structures with external lightning protection system (LPS) be protected against the effect of a direct lightning stroke striking that LPS?带有外部雷击防护系统（LPS）的外部电力线及通信线在进入建筑物时，是否应进一步考虑防护，以避免直击雷对LPS的影响？An external Lightning Protection System (LPS) means, to me, that lightning rods, related cabling and a building grounding method are already in place. So the only concern is the direct protection of the electric and telecommunication lines entering the building.按我的理解，外部雷击防护系统（LPS）所指的是已经在位的避雷针、相关的引线导体及建筑物的接地方式。
所以唯一需要考虑的只是进入建筑物的电力线及通信线的直接防护。
Surge protection should be provided at the point where the power and telecommunication lines enter and leave the building.电力线及通信线入、出建筑物的线端应安装电涌保护器。
The AC power lines should be protected at the origin (building entry point) and at each of the succeeding protection zones within the building. The AC power lines and the telecommunication lines should be referenced together at the building entry point.电力线的入线端（即建筑物入口端）以及建筑物内随后的各防护区处都应加以防护。
在建筑物入口端，电源线和通信线应该连接一起接地。
Because of the susceptibility of I/O ports to transient damage, from both power line and data line pathways, it has been MCG's practice to provide data line protection immediately at, and referenced to, the cabinet of the sensitive equipment. In essence this provides the ultimate zone protection!由于电力线及数据线的I/O口容易受到瞬态电涌的损坏，MCG的一贯做法是：在敏感设备的机壳上直接安装数据线防护器，并将地线与机壳相连接地，此种做法为设备提供了最大的区域保护。
2. How do we select or determine the parameters of a direct lightning stroke and how do we adequately protect against it.我们应如何选择或决定一个直击雷击的参数并如何给设备提供足够的保护措施？1st: Site surveys:第一：现场观察：Here are some factors that might indicate the size of the problem.以下的一些因素或许可以表明问题的大小* Does the site have a Lightning Protection System in place?* 现场是否安装有雷击保护系统？* Are there any visible arc marks on upper surfaces LPS rods?* 避雷针的上部表面是否有可见的电弧放电痕迹？* Does the site have a past history of equipment damage and its extent.* 现场是否有遭受雷击而引起设备损坏的历史？设备的损坏程度？* Do lights blink during lightning storms?* 在雷暴期间，灯光是否会闪烁不定？* Are computer operations disrupted during lightning storms?* 在雷暴期间，计算机的操作是否中断过？* Were transient measurements made at the site or during storms?* 在正常天气或雷暴期间，是否对现场进行过电涌的测量？Other factors to consider are:其它应考虑的因素为：2nd: Standards Committees:第二：标准制定机构：A number of Standards Committees have addressed lightning and overvoltage conditions that appear on power lines.许多标准制定机构在其标准中都有关于雷电及电源线上过电压的描述。
The USA Standards are: ANSI - C62.41 and ANSI - C62.45 and others.美国的标准为：ANSI - C62.41 及ANSI - C62.45 及其他。
The European Standards are: IEC 60364 and IEC 61312 .欧洲的标准为：IEC 60364 及IEC 61312 .* Some of the European community favors the 10/350 μs waveform for testing ce rtain conditions, while the USA community has been using the 8/20 μs waveform, since the middle 1960's.一些欧洲的机构倾向于使用10/350μs波形作为测试的一些条件，而美国的机构从60年代中期起，就一直使用8/20 μs波形。
* A French Standards Group, the Association Protection Foudre, in its Data Sheet no. 1 December 2000 under "Conditions of Use" lists a series of compelling arguments concerning the problems caused by Spark-gap protection on AC power systems. In particular, a system's operational reliability will be severely compromised as discussed in sections 4 and 7. See Appendix 1 for the complete article.法国标准机构“防雷协会”(the Association Protection Foudre），在其2000年12月的第一号数据表中的“使用条件”项目下，就火花间隙保护在交流电源系统中所造成的问题，列举了一系列令人不得不信服的论据。
在第4节及第7节的讨论中，请参阅附录一全文，特别提及了(火花间隙保护)对系统运行可靠性的严重削减。
* In Class II, III and IV applications, both the ANSI and IEC groups are in agreement that an 8/20 waveform is appropriate. Data Sheet no. 1 - Dec. 2000 French Lightning Protection Association (Appendix I) indicates, in section 10, that a 20kA, 8/20 us waveform is appropriate on lightning rod fitted buildings.ANSI及IEC两个组织在II、III及IV级的应用中，都同意使用8/20(s波形是合适的。
