7 防雷与接地设计

7.1 雷 电 防 护

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防雷建筑物分为三类，第一类、第二类和第三类。建筑物首先需要根据建筑物雷电防护的分类要求，判断是否为防雷建筑物，如果是防雷建筑物，再根据三类防雷建筑物的要求采取相应的雷电防护措施。本规范只规定了雷电防护的通用要求，有特殊要求的参见相应的工程建设项目规范规定。

7.1.1 各类防雷建筑物应设接闪器、引下线、接地装置，并应采取防闪电电涌侵入的措施。建筑物的雷电防护分类应符合下列规定∶

1 符合下列条件之一的建筑物应划为第三类防雷建筑物∶

1）高度超过 20m，且不高于100m的建筑物;

2）预计雷击次数大于或等于0.05次/a，且小于或等于0.25次/a的建筑物;

3）在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m 及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a 的地区，高度在 20m及以上的烟囱、水塔等狐立的高耸建筑物。

2 符合下列条件之一的建筑物应划为第二类防雷建筑物∶

1）高度超过100m的建筑物;

2）预计雷击次数大于0.25次/a的建筑物。

7.1.2第三类防雷建筑物的雷电防护措施应符合下列规定∶

1 当采用接闪网格法保护时，接闪网格不应大于 20m×20m或24m×16m;当采用滚球法保护时，滚球法保护半径不应大于60m。

2 专用引下线和专设引下线的平均间距不应大于25m。

3 建筑物外墙内侧和外侧垂直敷设的金属管道及类似金属物应在顶端和底端与防雷装置连接。

4 建筑物地下一层或地面层、顶层的结构圈梁钢筋应连成闭合环路，中间层应在每间隔不超过 20m 的楼层连成闭合环路。闭合环路应与本楼层结构钢筋和所有专用引下线连接。

5 应将高度60m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置相连，高度 60m 及以上水平突出的墙体应设置接闪器并与防雷装置相连。

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7.1.2 各类别建筑物的防雷措施是不一样的，为了确保各类建筑物按所属类别进行防雷设计，本条规定了第三类防雷建筑物需要采取的相应的防雷措施，避免过度设置。
    防雷建筑物可采用接闪网格法或滚球法之一来保护，也可组合采用接闪网格法和滚球法来保护，例如，一栋建筑的塔楼部分采用接闪网格法来保护，而裙房部分则采用滚球法来保护。
    1 本款规定了滚球法保护的半径和接闪网格的技术参数。
    2 本款规定了专用引下线和专设引下线平均间距的技术参数。
    3 本款规定了金属管道及类似金属物（如金属疏散梯）垂直敷设于建筑物外墙的内侧和建筑物外墙的外侧时，与防雷装置连接的要求。
    4 本款规定了利用结构圈梁中的钢筋连成闭合环路（均压环）的要求，多根引下线与均压环连接有助于实现雷电流的分流。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录E，当没有均压环作用时，多根引下线的分流系数kc最小值为0.44。而当有均压环作用时，多根引下线的分流系数kc是按图8所示确定的，kc的最小值可为1/n。

    《雷电防护第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》GB/T21714.3-2015提出：对高于30m的建筑物，建议在20m及以上每隔20m进行等电位连接，并单独要求建筑物地下一层或地面层、顶层的结构圈梁钢筋应连成闭合环路（均压环），因为这些楼层是引下线均压的重点楼层。对某些未设置结构圈梁的建筑，其均压环可利用钢筋混凝土楼板最外侧的加强钢筋来实现。
    本款强调均压环的设置及专用引下线与均压环的连接，目的是更好地通过专用引下线实现雷电流的分流。
    5 本款规定了防侧击雷需要采取的措施。

7.1.3 第二类防雷建筑物的雷电防护措施应符合下列规定：

1 当采用接闪网格法保护时，接闪网格不应大于 10m×10m 或12m×8m;当采用滚球法保护时，滚球法保护半径不应大于45m。

2 专用引下线的平均间距不应大于18m。

3 建筑物外墙内侧和外侧垂直敷设的金属管道及类似金属物应在顶端和底端与防雷装置连接，并应在高度 100m～250m区域内每间隔不超过50m 与防雷装置连接一处，高度0~100m区域内在 100m 附近楼层与防雷装置连接。

4 应符合本规范第7.1.2条第4款的规定。

5 应将高度 45m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置相连，高度45m及以上水平突出的墙体应设置接闪器并与防雷装置相连。

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7.1.3 本条规定了第二类防雷建筑物需要采取的相应的防雷措施，避免过度设置。
    1 同本规范第7.1.2条第1款条文说明。
    2 本款规定了专用引下线平均间距的技术参数，需要设专设引下线时，平均间距的要求同专用引下线。
    3 以垂直敷设于230m高的建筑物外墙内侧的金属管道为例，金属管道至少需要在建筑物的底层、顶层和100m、150m、200m左右处楼层，共5处与防雷装置连接。
    4、5 同本规范第7.1.2条第4、5款条文说明。

7.1.4 高度超过250m或雷击次数大于0.42次/a的第二类防雷建筑物的雷电防护措施应符合下列规定∶

1 当采用接闪网格法保护时，接闪网格不应大于 5m×5m或6m×4m;当采用滚球法保护时，滚球法保护半径不应大于30m。

2 专用引下线的间距不应大于12m。

3 建筑物外墙内侧和外侧垂直敷设的金属管道及类似金属物应在顶端和底端与防雷装置连接，并应在高度 250m 以上区域每间隔不超过 20m与防雷装置连接一处，在高度 100m～250m区域内每间隔不超过50m 连接一处，高度 0～100m 区域内在100m附近楼层与防雷装置连接。

4 在高度 250m及以上区域应每层连成闭合环路，闭合环路应与本楼层结构钢筋和所有专用引下线连接;高度 250m 以下区域应按本规范第7.1.2条第4款的规定执行。

5 应将高度30m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置相连，高度30m 及以上水平突出的墙体应设置接闪器并与防雷装置相连。

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7.1.4 本条规定了高度超过250m建筑物或预计雷击次数大于0.42次/a的第二类防雷建筑物，需要采取的相应的防雷措施，避免过度设置。
    根据调研数据，建筑高度超过250m的建筑物，由于遭雷击概率大、雷击产生的危害也大，实际工程所采用的防雷措施也高于第二类防雷建筑的要求，根据民用建筑工程中这类建筑物所采取的雷电防护措施的实践经验，增加了相应防雷措施的规定。这类建筑物需要加强雷电防护措施，还可以根据如下计算确定的。
    根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010制定二类防雷保护类别的简化计算方法，并依据《雷电防护第2部分：风险管理》GB/T21714.2-2015的基础数据，得出如下计算结果，见表7。


    注：①《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010仅有前值，后值为补充计算得；
           ② 该值为补充计算得；
           ③ 除3、4计算得出的值外（计算过程略），其余数据均来源于《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010、《雷电防护第1部分：总则》GB/T21714.1-2015、《雷电防护第2部分：风险管理》GB/T21714.2-2015，按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的计算过程可推，当一般建筑物的N>0.42时，第二类防雷建筑防雷装置的效率（0.88）已达不到年最大损坏风险（Rr）不大于10-5的要求，需加强雷电防护措施，按第一类防雷建筑的防雷装置（其防雷装置的效率为0.94）来进行保护。同理，当公共建筑物的N>0.08时，第二类防雷建筑防雷装置的效率（0.88）已达不到年最大损坏风险（Rr）不大于10-5的要求，也需采用第一类防雷建筑的防雷装置（其防雷装置的效率为0.94）加强雷电防护措施来进行保护。经过核算，当前超过250m的典型建筑物均在上述计算范围内（即一般建筑物的N>0.42，公共建筑物的N>0.08），加强雷电防护措施是有其理论和规范依据的。依据《建筑物防雷设计规范》第3.0.1条的条文说明：“当预期风险是不可避免时（不可避免：即已提前确认），可以不管风险评估的结果（结果：即具体数值）如何而决定提供防雷。”
    高度超过250m建筑物或预计雷击次数大于0.42次/a的第二类防雷建筑物，不包括第一类防雷建筑物，因此可以不采取独立的接闪器保护。
    1 同本规范第7.1.2条第1款条文说明。
    3 以垂直敷设于280m高的建筑物外墙内侧的金属管道为例，金属管道至少需要在建筑物的底层、顶层和100m、150m、200m、250m、270m左右处楼层，共7处与防雷装置连接。
    4、5 可参阅本规范第7.1.2条第4、5款条文说明。

7.1.5 各类防雷建筑物除应符合本规范第7.1.2条～第7.1.4条的规定外，尚应符合下列规定∶

1 在建筑物的地下一层或地面层处，下列物体应与防雷装置做防雷等电位连接∶

1）建筑物结构钢筋及金属构件;

2）进出建筑物处的金属管道和线路。

2 当建筑物的电气与智能化系统需要做防雷击电磁脉冲时，应在设计时将建筑物的金属支撑物、金属框架或结构钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个接地系统。

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7.1.5 本条对防雷等电位连接和防雷击电磁脉冲作了规定。
    1 建筑物内电气与智能化系统做防雷等电位连接是指其系统内的布线设施、线路及设备做相应的防雷等电位连接。
    2 随着信息化、大数据等的应用普及，智能化系统逐步变成建筑工程建设中不可缺少的项目。若要智能化系统能防御雷击电磁脉冲，需要在设计时将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个接地系统，并在需要做接地或等电位之处预埋接地或等电位连接板。在防雷击电磁脉冲的措施中，建筑物的自然屏蔽物和各种金属物以及与以后安装的设备之间做好防雷等电位连接是很重要的，若建筑物施工时不按本款做好这些防护措施，等施工完成后再补做这些防护措施，不仅提高成本、增加施工难度，且效果不好。

7.1.6 进出防雷建筑物的线路应采取防雷电波侵入措施。进出防雷建筑物的低压电气系统和智能化系统应装设电涌保护器，并应符合下列规定：

1 当闪电直接闪击引入防雷建筑物的架空或室外明敷设的线路上时，应选择Ⅰ级试验的电涌保护器；

2 电涌保护器严禁并联后作为大通流容量的电涌保护器使用。

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7.1.6 本条对防止雷电波侵入建筑物所采取的措施作了规定。
    1 当闪电直接闪击引入防雷建筑物的架空或室外明敷设的线路上时，安装在此处的电涌保护器需完全承受闪电直接闪击在线路上的预期雷击的电涌电流，此预期雷击的电涌电流为10us/350us波形，因此应选择I级试验的电涌保护器。
    预期雷击的电涌电流可参见表8。

    注：① 表中所有值均指线路中每一导体的预期电涌电流；
           ② 所列数值属于闪电击在线路靠近用户的最后一根电杆上，并且线路为多根导体（三相+中性线）；
           ③ 所列数值属于架空线路，对埋地线路所列数值可减半；
           ④ 环状导体的路径和距起感应作用的电流的距离影响预期电涌过电流的值。表中的值参照在大型建筑物内有不同路径、无屏蔽的一短路环状导体所感应的值（环状面积约50m2，宽约5m），距建筑物墙1m，在无屏蔽的建筑物内或装有LPS的建筑物内（分流系数为0.5）；
           ⑤环路的电感和电阻影响所感应电流的波形，当略去环路电阻时，宜采用10us/350μs波形，在被感应电路中安装开关型SPD就是这类情况；
           ⑥所列数值属于有多对线的无屏蔽线路，对击于无屏蔽的入户线，可取5倍所列数值。
    如何判断进出防雷建筑物的低压电气系统和智能化系统应装设电涌保护器（SPD），可见图9。图9（a）的情况要加SPD，图9（b）的情况不用加SPD。
    2 通过调研发现，工程中有通过将电涌保护器进行并联组合以提高其通流容量的做法。电涌保护器为非线性器件，进行并联组合提高其通流容量具有较大的不确定性，而且还有安全隐患，因此也在强制性条文中予以明确。

    进出建筑物的电源电涌保护器如果不配置后备保护，则其故障后的泄漏电流和工频续流将造成较大危害，因此进出建筑物的电源电涌保护器应合理配置后备保护。后备保护运行短路分断能力I不小于SPD安装电路的预期工频短路电流。

7.1.7防雷建筑物设置的接闪器应符合以下规定∶

1 当建筑物采用接闪带保护时，接闪带应装设在建筑物易受雷击的屋角、屋脊、女儿墙及屋檐等部位。

2 当接闪带采用热镀锌圆钢或扁钢制成时，其截面面积不应小于50mm²。

3 当接闪杆采用热镀锌圆钢或钢管制成时，热镀锌圆钢的直径不应小于 20mmn，热镀锌钢管的直径不应小于40mm。

4 当采用金属屋面作为接闪器时，金属板应无绝缘层覆盖。

5 当双层彩钢板屋面作为接闪器时，其夹层中的保温材料必须为不燃或难燃材料。

6 易燃材料构成的屋顶上不得直接安装接闪器。可燃材料构成的屋顶上安装接闪器时，接闪器的支撑架应采用隔热层与可燃材料之间隔离。

7 接闪杆、接闪线或接闪网的支柱、接闪带、接闪网上，严禁悬挂电源线、通信线、广播线、电视接收天线等。

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7.1.7 本条对接闪器设置的部位、接闪器的材料、接闪器的安装等作了规定。接闪器包括接闪带、接闪杆、接闪线、接闪网。热镀锌产品执行现行国家标准《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》GB/T13912等相应标准。
    1 本款规定了接闪带应装设在易受雷击的部位。
    2、3 这两款规定了接闪带、接闪杆的材料和规格，是接闪器能起到雷电防护作用的基本保障。
    4、5 这两款提出了当金属屋面作为接闪器使用时的要求，金属屋面规格符合本款要求是接闪器能起到雷电防护作用的基本保障。
    注：薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0.5mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层。
    6 接闪器安装在可燃材料构成的屋顶上时，需要采取相应的措施，以防止由于接闪器安装方式不当而引起的火灾。
    7 接闪器上严禁悬挂电源线、通信线、广播线、电视接收天线等，以避免雷击时相互影响产生灾害。

7.1.8 防雷建筑物的防雷引下线应符合下列规定∶

1 建筑物易受雷击的部位应设专用引下线或专设引下线，且不应少于2根。专用引下线或专设引下线应沿建筑物外轮廓均匀设置。

2 建筑物应利用其结构钢筋或钢结构柱作为专用引下线，当无结构钢筋或钢结构柱可利用时，应设置专设引下线。

3 单根钢筋或圆钢作专用引下线或专设引下线时，其直径不应小于10mm。

4 专用引下线和专设引下线上端应与接闪器可靠连接，下端应与防雷接地装置可靠连接。

5 建筑物外的引下线敷设在人员可停留或经过的区域时，应采用下列一种或两种方法，防止跨步电压、接触电压和旁侧闪络电压对人员造成伤害∶

1) 外露引下线在高2.7m以下部分应穿能耐受100kV冲击电压（1.2/50us波形）的绝缘保护管;

2）应设立阻止人员进入的带警示牌的护栏，护栏与引下线水平距离不应小于3m。

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7.1.8 本条对防雷引下线的设置、材料及规格作了规定。
    1 本款对防雷专用引下线或专设引下线的数量提出了最少要求，是引下线能起到防雷作用的基本保障。对于四边形的建筑物，四边角突出的部位是易受雷击的部位，按本款规定均应设置专用引下线或专设引下线，最少数量应是4根。
    2 本款强调防雷引下线应优先利用建筑物的结构钢筋或钢结构柱。
    3 本款规定了防雷专用引下线或专设引下线的最小规格，值得注意的是专设引下线是敷设在室外的，设计时应提出防潮防腐要求。
    4 本款强调防雷专用引下线或专设引下线除自身要求保持电气连通外，还要求上端与接闪器可靠连接，下端与防雷接地装置可靠连接；当防雷接地装置采用共用接地装置时，下端就与共用接地装置可靠连接。通过引下线将接闪器、接地装置连成一体，使雷电流快速泄放。
    5 外部防雷装置直接影响人身安全的是接闪器的闪击和引下线的闪击，以及引下线和接地装置的接触电压和跨步电压，建筑防雷工程的设计，必须有完善的防止闪击、接触电压和跨步电压的防护措施，保证人员的人身安全。

7.1.9 防雷建筑物防雷的接地装置应符合下列规定∶

1 当利用敷设在混凝土中的单根钢筋或圆钢作为防雷接地装置时，钢筋或圆钢的直径不应小于10mm;

2 当基础材料及周围土壤达到泄放雷电流要求时，应利用基础内钢筋网作为防雷接地装置。

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7.1.9 本条对防雷接地装置提出了要求，是防雷接地装置起到防雷作用的基本保障。当防雷接地装置采用共用接地装置时，共用接地装置需要满足本条的规定。
    1 本款规定的最小截面，已经考虑了一定的耐腐蚀能力，并结合多年的实际使用尺寸而提出的。经验证明，规定的截面及厚度在一般情况下能得到良好的使用效果，但是必须指出，在腐蚀性较大的土壤中，还应采取加大截面或采取其他防腐措施。
    2 钢筋混凝土的导电性能，在其干燥时，是不良导体，电阻率较大，但当其具有一定湿度时，就成了较好的导电物质，可达100Ωm~200Ωm。潮湿的混凝土导电性能较好，是因为混凝土中的硅酸盐与水形成导电性的盐基性溶液。混凝土在施工过程中加入了较多的水分，成形后在结构中密布着很多大大小小的毛细孔洞，因此就有了一些水分储存。埋入地下后，地下的潮气又可通过毛细管作用被吸入混凝土中，保持一定的湿度。
    当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质防腐层时，可以利用基础内的钢筋作为接地装置。
    实际工程中采用的基础防水材料多种多样，其中某些橡胶塑料类防水卷材等的防水隔潮的性能较好，对基础泄放雷电流有较大影响，此时需由设计单位明确能否利用基础内钢筋网作为防雷接地装置。