淺析避雷針（線）防直擊雷作用

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1、淺析避雷針（線）防直擊雷作用許穎（中國電力科學(xué)研究院，北京清河，100085）【摘要】本文介紹七個(gè)內(nèi)容：（1）中國建筑物直擊雷防護(hù)技術(shù)源遠(yuǎn)流長。防雷技術(shù)和防洪技術(shù)歷史悠久，著名《大禹治水》的疏導(dǎo)將洪水排入大海，古建筑將雷電引入大地。（2）電力行業(yè)50多年都是金屬結(jié)構(gòu)屋頂接地防雷無須避雷針。（3）避雷針（線）的防雷保護(hù)作用，在于它比被保護(hù)物高，能把雷電從被保護(hù)上方引向自身并安全泄入大地。（4）世界上所有避雷針（線）保護(hù)范圍計(jì)算方法都是經(jīng)驗(yàn)公式。保護(hù)范圍是指被保護(hù)物在此空間內(nèi)可遭受雷擊概率在可接受值之內(nèi)。各種文獻(xiàn)規(guī)定的不同保護(hù)范圍是允許遭受雷擊概率不同。保護(hù)

2、范圍計(jì)算方法是要經(jīng)理論分析、實(shí)驗(yàn)室模型研究、長期多年實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明三者結(jié)合，才能作為正式推薦使用。（5）電力行標(biāo)DL/T620-1997對(duì)避雷針（線）保護(hù)范圍計(jì)算方法。（6）精確確定避雷針高度超過120m的保護(hù)是現(xiàn)在世界上一個(gè)技術(shù)難題，在高度超過300m，就可能伸入云層。（7）避雷針（線）及接地引流線的配置?！娟P(guān)鍵詞】建筑物直擊雷防護(hù)避雷針（線）的保護(hù)范圍避雷針（線）的引流和接地極現(xiàn)代建筑物防雷保護(hù)由兩部分組成：一是建筑物直擊雷防護(hù)。二是雷電電磁脈沖防護(hù)（LEMP）。進(jìn)入建筑物內(nèi)的雷電電磁脈沖渠道有：一是沿各種金屬導(dǎo)體（電源線、信號(hào)線、金屬管道、接地引

3、流線和接地極）。二是電容耦合通道。三是電感耦合通道。防護(hù)措施是屏蔽、均壓、等電位、分流、限壓（SPD）等，將另文論述。本文主要內(nèi)容是淺析建筑物直擊雷防護(hù)。1．中國建筑物直擊雷防護(hù)技術(shù)源遠(yuǎn)流長中國著名《大禹治水》，疏導(dǎo)將洪水排入大海的防治思路沿用至今。將雷電引入大地的防雷技術(shù)歷史悠久。1949年后，中國科學(xué)院電工研究所、北京市建筑設(shè)計(jì)院和清華大學(xué)等單位組成了北京建筑防雷研究組，對(duì)建筑物防雷進(jìn)行了大量調(diào)查、試驗(yàn)和研究。1959年出版了《民用建筑物防雷保護(hù)》一書。后來總結(jié)了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，包括天安門、人民大會(huì)堂等建筑物防雷技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。改版《建筑物防雷設(shè)計(jì)》，其中很

4、多原理和原則，一直沿用至今。2金屬結(jié)構(gòu)屋頂防雷無須避雷針電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從1956年《3—220kV交流電氣設(shè)備過電壓保護(hù)導(dǎo)則》開始至今標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：金屬結(jié)構(gòu)屋頂?shù)闹睋衾妆Ｗo(hù)，將金屬屋頂接地即可，無須避雷針（屋頂上其它設(shè)備防雷保護(hù)需要除外）。這樣的做法，經(jīng)電力系統(tǒng)大量建筑物運(yùn)行證明，是有效的。153避雷針（線）的防雷保護(hù)原理避雷針（線）的防雷保護(hù)作用，在于它比被保護(hù)物高，能把雷電從被保護(hù)物上方引向自身并安全泄入大地。因此，避雷針（線）的引雷和安全泄入大地是至關(guān)重要的。避雷針（線）的引雷作用，基本上是這樣的，在雷電先導(dǎo)階段，避雷針（線）頂部聚積電荷，在發(fā)展先導(dǎo)和

5、避雷針（線）頂端之間通道中建立了很大電場(chǎng)強(qiáng)度，避雷針（線）迎面先導(dǎo)的產(chǎn)生和發(fā)展大大加強(qiáng)這通道中的場(chǎng)強(qiáng)，最后選定擊中避雷針（線），布置在靠近避雷針（線）的被保護(hù)物比避雷針（線）低，由于避雷針（線）的屏蔽和迎面先導(dǎo)作用，所以被保護(hù)物遭受雷擊的概率很小。利用避雷針（線）可實(shí)現(xiàn)直擊雷保護(hù)。雖然這方法不是主動(dòng)的，但能提供99.5%至99.9%保護(hù)效果。對(duì)密閉在完全金屬殼體（或金屬網(wǎng)）內(nèi)被保護(hù)物才能提供完全保護(hù)。例如，人在金屬殼體內(nèi)或在停放的金屬殼體汽車內(nèi)，能安全免遭雷擊傷害。按避雷針（線）引雷性能，確切名稱應(yīng)是“引雷針（線）”，在二十世紀(jì)五十年代，我國有的學(xué)者稱為

6、《導(dǎo)閃針（線）》，后來在一些文獻(xiàn)上稱為《接閃器》或《攔截器》。但因避雷針（線）這一名詞已被廣泛地使用，成為慣用名詞，一時(shí)難以變動(dòng)。避雷針（線）的防雷保護(hù)作用，除引雷作用（保護(hù)范圍）外，可靠保護(hù)的必要條件是要求避雷針（線）的泄流通道（回路）的阻抗（包括引流線電抗和接地電阻）很低，因?yàn)樵诶纂娭睋舯芾揍槪ň€）時(shí)，很高的引流線電抗和接地電阻可能產(chǎn)生很高電壓，引起避雷針（線）對(duì)被保護(hù)物在空氣中（或絕緣物上）或地中反擊。避雷針（線）在受雷擊向大地泄放電流時(shí)產(chǎn)生高電壓對(duì)于金屬、磚石或混凝土結(jié)構(gòu)一般不會(huì)造成破壞。所以像煙囪、冷水塔、架空線路桿塔、高壓配電裝置架構(gòu)的避雷針

7、（線）及其引流線，均可固定在其本體上。但上述這種高電壓，對(duì)于易燃、易爆和敏感電子設(shè)備和低壓電氣設(shè)備，便可能因出現(xiàn)火花或發(fā)生反擊而造成起火爆炸或絕緣擊穿。通常要采取降低接地電阻或設(shè)置獨(dú)立避雷針（線）等措施來消除這種危險(xiǎn)。4避雷針（線）保護(hù)范圍避雷針（線）保護(hù)范圍，在不同標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)程、規(guī)范等）中規(guī)定的不同，不同文獻(xiàn)中推薦的計(jì)算方法不同。有人寫文章說這個(gè)對(duì)那個(gè)錯(cuò)，或說這個(gè)錯(cuò)那個(gè)對(duì)。這是誤解。所謂保護(hù)范圍是指被保護(hù)物在此空間內(nèi)可遭受雷擊概率在可接受值之內(nèi)。各種文獻(xiàn)規(guī)定的不同保護(hù)范圍是允許遭受雷擊概率不同。例如，電力行標(biāo)DL／T620-1997規(guī)定的避雷針（線）保護(hù)

8、范圍內(nèi)可能遭受雷擊概率為0.1%，即保護(hù)范圍可靠率達(dá)0.999。又如，美國推薦性