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第三节  第二类防雷建筑物的防雷措施
    第3．3．1条　接闪器、 引下线直接装设在建筑物上, 在非金属屋面上装设网格不大于10m的金属网, 数十年的运行经验证明是可靠的。
中国科学院电工研究所曾对几十个模型做了几万次放电试验, 虽然试验的重点放在非爆炸危险建筑物上, 而且保护的重点是易受雷击的部位, 但对整个建筑物起到了保护作用。如果把避雷带改为避雷网, 则保护效果更有提高。根据中国的运行经验和模拟试验, 对第二类防雷建筑物采用不大于10m的网格是适宜的。IEC1024－l防雷标准中相当于本规范第二类防雷建筑物的接闪器, 当采用网格时, 其尺寸也是不大于 10m×10m, 另见本规范第5.2.l条说明。与10m×10m 并列, 增加12m×8m 网格, 这与引下线类同, 是按6m柱距的倍数考虑的。
    为了提高可靠性和安全性, 便于雷电流的流散以及减小流经引下线的雷电流, 故多根避雷针要用避雷带连接起来。
第3．3．2条
第一款, 虽然对排放有爆炸危险的气体、 蒸气或粉尘的管道的要求同第3.2.l条二款, 但由于对第一类和第二类防雷建筑物, 其接闪器的保护范围是不同的( 因hr不同, 见表5.2.1) , 因此, 实际上保护措施的做法是不同的。
第二款, 阻火器能阻止火焰传播, 因此, 在第二类防雷建筑物的防雷措施中补充了这一规定。
以前的调查中发现雷击煤气放散管起火8次, 均未发生事故。从这些事例中说明煤气放散管始终保持正压, 如煤气灶一样, 火焰在管口燃烧而不会发生事故, 故本规范特作出此规定。
第3．3．3条　关于引下线间距见第3.2.4条二款的说明。根据实践经验和实际需要补充增加了: ”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”。
第3．3．4条　土壤的冲击击穿场强与本规范第3.2.1条第五款说明一样, 取500kV／m。雷电流幅值根据附表6.1采用150kA。由于多根引下线, 引入分流系数kc。因此得。
增加”信息系统”, 因为信息系统防雷击电磁脉冲时接地必须连接在一起才能起到保护效果, 而且应采用共用接地系统。
    将分流系数kc选值的规定移至附录五。
    第3．3．5条　利用钢筋混凝土柱和基础内钢筋作引下线和接地体, 国内外在六十年代初期就已经采用了。现已较为普遍。利用屋顶钢筋作为接闪器国内外从七十年代初就逐渐被采用了。
    关于利用钢筋体作防雷装置, IEC1024—1防雷标准的规定如下: 在其2.1.4款的规定中, 对利用建筑物的自然金属物作为自然接闪器包括”覆盖有非金属物的屋顶结构的金属体( 桁架、 互相连接的钢筋网等等) , 当该非金属物处于需要防雷的空间之外时”; 在其2.2.5款的规定中, 对利用建筑物的自然金属物作为自然引下线包括”建筑物的互相连接的钢筋网”; 其2.3.6款对自然接地体的规定是, ”混凝土内互相连接的钢筋网或其它合适的地下金属结构, 当其特性满足2.5节( 译注: 即对其材料和尺寸) 的要求时可利用作为接地体”。
国际上许多国家的防雷规范、 标准也作了类同的规定。
   钢筋混凝土建筑物的钢筋体偶然采用焊接连接, 此时, 提供了肯定的电气贯通。然而, 更多的是, 在交叉点采用金属绑线绑扎在一起, 可是, 不论金属性连接的偶然性, 这样一种建筑物具有许许多多钢筋和连接点, 它们保证将全部雷电流经过许多次再分流流入大量的并联放电路径。经验表明, 这样一种建筑物可容易地被利用作为防雷装置的一部分。
利用屋顶钢筋作接闪器, 其前提是允许屋顶遭雷击时混凝土会有一些碎片脱开以及一小块防水、 保温层遭破坏。但这对结构无损害, 发现时加以修补就能够了。屋顶的防水层原来正常使用一段时期后也要修补或翻修。
另一方面, 即使安装了专设接闪器, 还是存在一个绕击问题, 即比所规定的雷电流小的电流仍有可能穿越专设接问器而击在屋顶的可能性。
利用建筑物的金属体做防雷装置的其它优点和做法请参见《基础接地体及其应用》一书( 林维勇著, 1980年中国建筑工业出版社出版) 和全国电气装置标准图集86SD566《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》。
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, 但当具有一定湿度时, 就成了较好的导电物质, 可达100～200Ω·m。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人了较多的水分, 成形后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。当埋入地下后, 地下的潮气, 又可经过毛细管作用吸人混凝土中, 保持一定湿度。
图3.3示出, 在混凝土的真实湿度的范围内( 从水饱和到干涸) , 其电阻率的变化约为520倍。在重复饱和和干涸的整个过程中, 没有观察到各点的位移, 也即每一湿度有一相应的电阻率。

建筑物的基础, 一般采用150～200号混凝土。原苏联1980年有人提出一个用于200号混凝土的近似计算式, 计算混凝土的电阻率ρ( Ω·m) 与其湿度的关系, 其关系式如下:
　　　　　　　　　　　　                       ( 3．10)
式中: W──混凝土的湿度( ％) 。
例如, 当W＝6％时, Ω·m; 当W＝7.5％时, Ω·m。
根据中国的具体情况, 土壤一般可保持有20％左右的湿度, 即使在最不利的情况下, 也有5％～6％的湿度。
在利用基础内钢筋作接地体时, 有人不论周围环境条件如何, 甚至位于岩石上也利用, 这是错误的。因此, 补充了”周围土壤的含水量不低于4％”。混凝土的含水量约在3.5％及以上时, 其电阻率就趋于稳定; 当小于3.5％时, 电阻率随水分的减小而增大。根据图3.3, 含水量定为不低于4％。该含水量应是当地历史上一年中最早发生雷闪时间以前的含水量, 不是夏季的含水量。
如矿渣水泥、 波特兰水泥就是以硅酸盐为基料的水泥。混凝土的电阻率还与其温度成一定关系的反向作用, 即温度升高, 电阻率减小; 温度降低, 电阻率增大。
下面举几个例子说明中国六十年代利用钢筋混凝土构件中钢筋作为接地装置的情况。
一、 北京某学院与某公司工程的设计, 采用钢筋混凝土构件中的钢筋, 作为防雷引下线与接地体, 并进行了测定, 约8000m2的建筑, 其接地电阻夏季为0.2Ω～0.4Ω, 冬季则为0.4Ω～0.6Ω, 且几年中基本稳定。
二、 上海某广场全部采用了柱子钢筋作为防雷接地引下线, 利用钢筋混凝土基桩作为接地极( 基桩深达35m) , 测定后, 接地电阻为0.2～1.8Ω／基。
三、 上海某大学利用钢筋混凝土基桩作为防雷接地装置, 并测得接地电阻为0.28～4Ω( 桩深为26m) 。
四、 云南某机床厂的约 m2车间, 采用钢筋混凝土构件中的钢筋作接地装置, 接地电阻为0.7Ω。
五、 1963年7月曾对原北京第二通用机器厂进行了测定, 数值如下:
1．立式沉淀池基础( 捣制) 4.5～5.5Ω;
2．四根高烟囱基础( 捣制) 3～5Ω;
3．露天行车的一根钢筋混凝土柱子( 预制) 2Ω;
4．同一露天行车的另一根柱子( 预制) 7Ω;
5．铸钢车间的一根钢筋混凝土柱子( 预制) 0.5Ω。
以前对基础的外表面涂有沥青质的防腐层时, 认为该防腐层是绝缘的, 不可利用基础内钢筋作接地体。可是, 实践证实井不是这样, 国内外都有人作过测试和分析, 认为是可利用作为接地体的。
原苏联有若干篇文献论及此问题, 国内已有人将其编译为一篇文章, 刊登于《建筑电气》1984年第4期, 文章名称为”利用防侵蚀钢筋混凝土基础作为接地体的可能性”。在其结论中指出: ”厚度3mm的沥青涂层, 对接地体电阻无明显的影响, 因此, 在计算钢筋混凝土基础接地电阻时, 均可不考虑涂层的影响。厚度为6mm的沥青涂层, 或3mm的乳化沥青涂层, 或4mm的粘贴沥青卷材时, 仅当周围土壤的等值电阻率≤100Ω·m和基础面积的平均边长S≤100m时, 其基础网电阻约增加33％, 在其它情况下这些涂裱层的影响很小, 可忽略不计”。结论中还有其它的情况, 不在这里一一介绍, 请参看原译文。上述译文还指出, 苏联建筑标准对钢筋混凝土结构防止杂散电流引起腐蚀的规定中, 给出防水层的两种状态: ”最好的”( 无保护部分的面积不大于1％) 和”满足要求的”( 无保护部分的面积为5％～10％) 。全苏电气安装工程科学研究所对所测过的、 具有防止弱侵蚀介质作用的沥青涂层和防止中等侵蚀介质作用的粘贴沥青卷材的单个基础、 桩基、 桩群以及基础底板的散流电阻进行了定量分析, 说明在很多被测过的基础中, 没有一个基础是处于”最好的”绝缘状态。据此, 能够作出这样的假设: 在强侵蚀介质中, 防护层的防水状态也不是”最好的”。上述结论就是在这一前提下作出的。
原东德标准( TGL33373／01／1981年2月, 接地、 等电位和防雷在建筑技术上的措施) 对基础接地体的说明是: ”埋设在直接与土地接触或经过含沥青质的外部密封层与土地平面接触的基础内在电气上非绝缘的钢筋、 钢埋入件和金属结构”。
原苏联1987年版的《建构筑物防雷导则》中也指出, 钢筋混凝土基础的沥青涂层和乳化沥青涂层不妨碍利用它作为防雷接地体。
因此, 本条规定钢筋混凝土基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层( 如二毡三油或三毡四油) 时, 基础内的钢筋宜作为接地装置。
规定混凝土中防雷导体的单根钢筋或圆钢的最小直径不应小于10mm是根据以下的计算定出的。
《钢筋混凝土结构设计规范》规定构件的最高允许表面温度是: 对于需要验算疲劳的构件( 如吊车梁等承受重复荷载的构件) 不宜超过60℃; 对于屋架、 托架、 屋面梁等不宜超过80℃; 对于其它构件( 如柱子、 基础) 则没有规定最高允许温度值, 对于此类构件可按不宜超过100℃考虑。
由于建筑物遭雷击时, 雷电流流经的路径为屋面、 屋架( 或托架、 或屋面梁) 、 柱子、 基础, 流经需要验算疲劳的构件( 加吊车梁等承受重复荷载的构件) 的雷电流已分流到很小的数值。因此, 雷电流流过构件内钢筋或圆钢后, 其最高温度值按80～100℃考虑。现取最终温度80℃作为计算值。钢筋的起始温度取40℃, 这是一个很安全的数值。
根据IEC出版物364－5－54, 钢导体的温升和截面的计算式如下:

I2t用代入, 上式即成为
                    　　　　　    ( 3．11)
式中: S ──钢导体的截面积( mm2) ;
  Qc──钢导体的体积热容量( J／℃· mm2) , 3.8 ×10-3;
  B ──钢导体在0℃时的电阻率温度系数的倒数( ℃) , 202;
  ρ20──钢导体在20℃时的电阻率( Ω·mm) , 138×10-6;
  θi──钢导体的起始温度( ℃) , 40℃;
  θf ──钢导体的最终温度( ℃) , 80℃。
将有关已定数值代入( 3．11) 式, 得
                              　　　　　　 ( 3．12)
对于第二类防雷建筑物至少应有两根引下线, 同时根据表3.1和规范图3.3.4, 因此, 得, kc＝0.66。
对于第三类防雷建筑物, 由于可能只有一根引下线, 因此, 得, kc＝1。
将上述的kc和值代人( 3．12) 式, 对于第二类防雷建筑物, S＝51.1mm2 , 其相应直径为8．06mm; 对于第三类防雷建筑物, S＝51.7mm2, 其相应直径为8.11mm。
即使对第二类防雷建筑物kc取1时, 钢导体的截面为S＝77.38mm2, 其相应直径为9.93mm。
对于第二类防雷建筑物( kc＝0.66) 和第三类防雷建筑物( kc＝1) , 即使最终温度为60℃, 其相应的钢导体截面和直径, 第二类防雷建筑物S＝77.9mm2、 φ9.5mm, 第三类防雷建筑物S＝71.78mm2、 φ9.56mm。
上述钢导体的直径均小于10mm。
埋设在土壤中的混凝土基础的起始温度取30℃( 中国地下0.8m处最热月土壤平均温度, 除少数地区略超过30℃外, 其余均在30℃以下) ; 最终温度取99℃, 以不发生水的沸腾为前提。在此基础上求出的钢筋与混凝土接触的每一平方米表面积允许产生的单位能量不应大于 1.32×106 J／Ω· m2( 另见本规范第 3.3.6条第三款的说明) 。因此, 对于第二类防雷建筑物, 钢筋表面积总和不应少于( m2) ; 对于第三类防雷建筑物, 钢筋表面积总和不应少于( m2) 。
确定环形人工基础接地体尺寸的几条原则:
一、 在相同截面( 即在同一长度下, 所消耗的钢材重量相同) 下, 扁钢的表面积总是大于圆钢的, 因此, 建议优先选用肩钢, 可节省钢材;
二、 在截面积总和相等之下, 多根圆钢的表面积总是大于一根的, 因此, 在满足所要求的表面积的前提下, 选用多根或一根圆钢;
三、 圆钢直径选用 8、 10、 12mm三种规格, 选用大于φ12mm圆钢一是浪费材料, 二是施工时不易于弯曲;
四、 混凝土电阻率取100Ω·m, 这样, 混凝土内钢筋体有效长度为2＝20 m, 即从引下线连接点开始, 散流作用按各方向20m考虑;
五、 周长≥60m, 按60m考虑, 设三根引下线, 此时, kc＝0.44, 另外还有56％的雷电流从另两根引下线流走, 每根引下线各占28％。设这28％从两个方向流走, 每一方向流走14％。因此, 与第一根引下线连接的40m长接地体( 一个方向20m, 两个方向共计40m) , 共计流走总电流的( 0.44＋0.14＋0.14＝0.72) 72％, 即条文上一段所规定的和1.89中的kc等于0.72。
六、 ≥40m至＜60m周长时按40m长考虑, kc等于1, 即按40m长流走全部雷电流考虑。
七、 ＜40m周长时无法预先走出规格和尺寸, 只能按kc＝1由设计者根据具体长度计算, 并按以上原则选用。
根据以上原则所计算的结果列于表3.4。

注: 采用一根圆钢时, 其直径不应小于10mm.
整个建筑物的槽形、 板形、 块形基础的钢筋表面积总是能满足对钢筋表面积的要求。
混凝土内的钢筋借绑扎作为电气连接, 当雷电流经过时, 在连接处是否可能随此而发生混凝土的爆炸性炸裂。为了澄清这一问题, 瑞士高压问题研究委员会进行过研究, 认为钢筋之间的普通金属绑丝连接对防雷保护说来是完全足够的, 而且确证, 在任何情况下, 在这样连接附近的混凝土决不会碎裂, 甚至出现雷电流本身把绑在一起的钢筋焊接起来, 如点焊一样, 经过电流以后, 一个这样的连接点的电阻下降为几个毫欧的数值。
日本对试样做过试验, 其结果是, 有一个试样的一个绑扎点经过48kA和两个试样的各一个绑扎点经过61kA后, 采用绑扎连接的这三个钢筋混凝土试样才遭受轻度裂缝的破坏。这说明一个绑扎点能够安全地流过若干万安培的冲击电流。
从以上试验能够认为, 在雷电流流过的路径上, 有一些并联的绑扎点时。就会是安全的。
许多国家的建筑物防雷规范和标准均允许利用绑扎连接的钢筋体作为防雷装置。

第3．3．6条
第一款, 根据IEC1024－1防雷标准第2.3.3.2款导出本条的规定, 见本规范第3.2.4条六款的说明。
当环形接地体所包围的面积 A的平均几何半径和ρ≤3000Ω· m时, 其工频接地电阻R约为 ＝0.067ρ( Ω) 。
第二款, 根据本条一款的规定, 当≥5时, 得A≥78.54m2, 取整数, 故定为A大于或等于80m2。
第三款, 本款系根据实际需要和实践经验补充增加的。第1项保证地面电位分布均匀。第2项保证雷电流较均匀分配到雷击点附近作为引下线的金属导体和各接地体上。第3项保证混凝土基础的安全性。
第1项中”绝大多数柱子基础”是指在一些情况下少数柱子基础难于连通的情况, 如车间两端在钢筋混凝土端屋架中间( 不是屋架的两头) 的柱子基础, 即挡风柱基础。
地中混凝土的起始温度取30℃, 最高允许温度取99℃。混凝土的含水量按混凝土重量的5％计算。边长1米的基础混凝土立方体的热容量Q1为:
                 Q1( J／m3) ＝( C1＋0.05 C2) M1·ΔT　　　       　( 3．13)
式中: C1──”混凝土的比热容( J／kg·K) , 取8.82 ×102;
  C2──水的比热容( J／kg·K) , 取4.19×103;
M1──边长1米的混凝土立方体的重量( kg／m3) , 取2.1×103;
 ΔT──温度差, 对于起始温度为30℃和最终温度为99℃的场合, ΔT＝69℃。
将以上有关数值代入( 3．13) 式得Q1＝1.58×108 J／m3。
雷电流从钢筋表面( 设钢筋与混凝土的接触表面积为1m2) 流入混凝土( 混凝土折合成边长1米的立方体) 时所产生的热量按下式计算:
                   ( 3．14)
式中: ρ──混凝土在 30～99℃时的平均电阻率, 取 120Ω·m。
    使Q2＝Q1, 得＝1.58×108 , 因此
                MJ／Ω·m2
上式的计量单位MJ／Ω·m2说明雷电流从1m2钢筋表面积流入混凝土所产生的单位能量应不大于1.32MJ／Ω。
从表3.1得第二、 三类防雷建筑物的单位能量( 即) 分别为5.6MJ／Ω和2.5MJ／Ω。
由于单位能量与雷电流的平方成正比, 亦即与分流系数kc的平方成正比。根据本规范图3.3.4的( C) 取kc＝0.44, 因此, 分流后流经一根柱子的雷电流, 它所产生的单位能量分别为5.6×(0.44)2＝1.084 MJ／Ω和 2.5×(0.44)2 ＝0.484MJ／Ω。

将这两个数值分别除以＝1.32MJ／Ω·m 2, 则相应所需的基础钢筋表面积分别为 m2和m2。
关于基础钢筋表面积的计算, 现举一个实际设计例子。图3.4为车间一个柱子基础的结构设计。
φ10钢筋周长为0.01πm, 每根长2m, 每根的表面积为0.02πm2, 共计根, 故φ10钢筋的总表面积为0.2πm2。
φ12钢筋周长为0.012πm, 每根长3.2m, 每根的表面积为3.2×0.012π＝0.0384πm2, 共计根, 故φ12钢筋的总表面积为16×0.0384π＝0.6144πm2。
因此, 基础钢筋的总表面积为上述两项之和, 即0.2π＋0.6144π＝0.8144π＝2.56m2。
第3．3．7条　建筑物内的主要金属物不包括混凝土构件内的钢筋。
第3．3．8条
第一款, 以规范( 3.2.1－1) 式和( 3.2.1－2) 式为基本式, 根据表3.1和表3.2, 第二类防雷建筑物和第一类防雷建筑物的雷电流幅值之比为0.75, 即、 。因此, 以基本式乘上0.75和 kc。值则导出规范( 3.3.8－1) 式和( 3.3.8－2) 式。
kc值按规范图3.3.4确定, 它引自IEC1024—1防雷标准的图3、 图4、 图5。kc为考虑分流作用而引人的系数, 由于引下线根数不同、 接法不同而采用不同的数值。IEC的kc值适用于引下线间距20m。本规范第二类和第三类防雷建筑物的引下线间距分别不大于18m和25m。因此, 将IEC的kc值用于第二类防雷建筑物将会是更安全。而用于第三类则kc值偏小些。但在设计时引下线间距受建筑条件限制, 实际上, 引下线间距一般都小于25m, 另外, 无IEC对kc值的推导材料, 无法推算出25m间距时的kc值。因此, 第三类防雷建筑物的kc值与第二类的一样, 也采用IEC的kc值。
第二款, 规范( 3.3.8－3) 式为( 3.3.8－2) 式中的电感压降分量部分。
”当利用建筑物的钢筋或钢结构作为引下线, 同时建筑物的大部分钢筋、 钢结构等金属物与被利用的部分连成整体时, 金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制”, 这段系根据IEC1024－1防雷标准的有关规定补充的, 见本规范第3.1.2条的说明。
第四款, 砖墙的击穿强度为空气击穿强度的1／2与IEC1024－1防雷标准的表9一致, 但规定混凝土墙的击穿强度与空气击穿强度相同系参考德国电工杂志( etz) 1986年107卷第1期《建筑材料对确定安全距离的影响》一文, 在该文献中提到: ”混凝土的冲击击穿电压约相当于空气的, 因此, 混凝土的厚度可按同样的空气厚度看待”; 在结束语中指出: ”一般, 建筑材料的冲击电压强度比空气的小( 至多小1／2) 。只有混凝土的击穿强度与空气的相等。尚未发现有介电强度比空气高的建筑材料”。
第五款, 前半段的理由参见本规范第3.2.4条八款的说明。
当变压器附近的建筑物防雷装置接受雷闪时, 接地装置电位升高, 变压器外壳电位也升高。由于变压器高压侧各相绕组是相连的, 对外壳的雷击高电位说来, 可看作处于同一低电位, 外壳的高电位可能击穿高压绕组的绝缘, 因此, 应在高压侧装设避雷器。当避雷器反击穿时, 高压绕组则处于与外壳相近的电位, 高压绕组得到保护。另一方面, 由于变压器低压绕组的中心点与外壳在电气上是连接在一起的, 当外壳电位升高时, 该电位加到低压绕组上, 低压绕组有电流流过, 并经过变压器绕组的电磁感应使高压侧可能产生危险的高电位。若在低压侧装设避雷器, 当外壳出现危险的高电位时低压避雷器动作放电, 大部分雷电流经避雷器流过, 因此, 保护了高压绕组。
第3．3．9条
第二款第卫项, 见第3.2.3条第一款的说明。
第三款第1项, 仅要求电缆”埋地长度应大于或等于15m”代替原规范的50m。其理由为: 一、 本类建筑物不是爆炸危险类, 要求可低些; 二、 原50m埋地电缆的要求不合理, 参见本规范第3.2.3条第一款的说明。
第四款, 架空金属管道在入户处与防雷接地相连或独自接地, 当雷直击其上, 引入屋内的电位, 与雷直击于屋顶接闪器相似。对爆炸危险类, 距建筑物约25m处还接地一次, 再加上附近各管道支架的泄流作用, 对建筑物的安全更可靠。
第3．3．10条　由于高避雷针和高层建筑物, 在其顶点以下的侧面有遭到雷击的记载, 因此, 希望考虑其它高层建筑物上部侧面的保护。有三点理由认为这种雷击事故是轻的。第一, 侧击具有短的极限半径( 吸引半径) , 也即小的滚球半径hr, 其相应的雷电流也是较小的; 第二, 高层建筑物的建筑结构一般能耐受这类小电流的侧击; 第三, 建筑物遭受侧击损坏的记载尚不多, 这点真实地证实前两点的实在性。因此, 对高层建筑物上部侧面雷击的保护不需另设专门接闪器, 而利用建筑物本身的钢构架、 钢筋体及其它金属物。
将窗框架、 栏杆、 表面装饰物等较大的金属物连到建筑物的钢构架或钢筋体进行接地, 这是首先应采取的防侧击的预防性措施。
对第二类防雷建筑物, 由于滚球半径hr规定为45m( 见本规范表5.2.l) , 因此, 本条三款规定”45m及以上”。
竖直管道及类似物在顶端和底端与防雷装置连接, 其目的在于等电位。由于两端连接, 使其与引下线成了并联路线, 因此, 必然参与导引一部分雷电流。
第四节　　第三类防雷建筑物的防雷措施
第3．4．1条　”平屋面的建筑物, 当其宽度不大于20m时, 可仅沿周边敷设一圈避雷带”的规定是根据以往的习惯做法定的。
第3．4．3条　见本规范第3.3.5条的说明。
第3．4．4条　见本规范第3.3.6条的说明。
第3．4．6条　国内砖烟囱的高度一般都没有超过60m。国家标准图也只设计到60m。60m以上就采用钢筋混凝土烟囱。对第三类防雷建筑物高于60m的部分才考虑防侧击。钢筋混凝土烟囱其本身已有相当大的耐雷水平。故在本条文中不提防侧击问题。其它理由见本规范第3.3.10条的说明。
金属烟囱铁板的截面积完全足以导引最大的雷电流。关于接闪问题, 按本规范第4.1.4条的规定, 当不需要防金属板遭雷击穿孔时, 其厚度不应小于0.5mm。本条的金属烟囱即属于此类。而实际采用的铁板厚度总是大于0.5mm。故在本条中对金属烟囱铁板的厚度无需再提及。金属烟囱本身的连接( 每段与每段的连接) 一般采用螺栓, 这对于一般烟囱的防雷已足够, 即使雷击时有火花发生, 不会有任何危险, 故对此问题也无需提出要求。
第3．4．7条　见本规范第3.2.4条二款和第3.3.3条的说明。
第3．4．8条　根据表3.1和表3.2, 第三类防雷建筑物和第二类防雷建筑物的雷电流幅值之比为2／3, 即、 。因此, 以规范( 3.3.8－l) 式、 ( 3.3.8－2) 式和( 3.3.8－3) 式乘以2／3则导出规范( 3.4.8－l) 式、 ( 3.4.8－2) 式和( 3.4.8－3) 式。另见本规范第3.2.4条四款和第3.38条一、 二、 四款的说明。
第3．4．9条
第二款, 根据以前的调查, 沿低压架空线路侵入高电位而造成的事故占总雷害事故的70％以上, 如上海1956～1963年的统计资料, 74起雷击起火事故中71.6％以上是高电位侵入造成的; 北京1956～1957年的224起雷击建筑物事故中有120起是高电位侵入造成的。因此, 防直击雷和防高电位侵入的措施必须结合起来考虑。以前在调查中发现, 有些建筑物虽然采取了防直击雷措施, 但用电设备仍被雷打坏, 例如海南岛某农机厂就是在建筑物上装设了避雷针, 但车间内的用电设备仍被雷打坏。由于高电位引入而造成的事故, 绝大部分为木电杆线路。钢筋混泥土电杆线路由于电杆的自然接地起了作用, 发生事故者很少。据以前的调查, 进户线绝缘子铁脚采取了接地措施后没有发现雷击死亡事故。
如果只将绝缘子铁脚接地, 仅在铁脚与导线之间形成一个放电保护间隙, 其放电电压约为40kV, 这对保护人身安全是可靠的, 但要保护低压电气设备和线路就不够了, 因室内低压电气设备和线路的耐冲击IEC规定6 kV。那么, 在绝缘子放电之前, 可能室内的电气设备或线路已被击穿, 故要增设避雷器来保护内的电气设备或线路。
近年来, 家电及办公自动化日渐普及, 雷击事故每年都有报道, 下面举一例子。1990年5月1日《北京晚报》第2版刊登: ”3月30日晚七时办, 怀柔城关镇突然雷鸣电闪, 暴雨倾盆而下。骤然来临的雷击, 使怀柔城关一些电器设备, 包括家用电器、 配电盘受损。原因是未采取防范措施, 没及时拔掉天线、 关闭电器、 切断电源。据了解, 保险公司已收到50多保户报案电器受损。经查勘登记后, 有部分电器已送到指定家电修理部修理; 对证实确属保险责任的损失, 保险公司将给予赔偿。”
第3．4．10条　对第三类防雷建筑物, 由于滚球半径hr规定为60m( 见本规范表5.2.1) , 因此, 将45m改为60m。另参见本规定第3.3.10条的说明。
第五节　　其它防雷措施
第3．5．4条
第一款, 当无金属外壳或保护网罩的用电设备不在接闪器的保护范围内时, 其带电体遭雷击的可能性比处在保护范围内的大得多, 而带电体遭直接雷击后可能将高电位引入室内。当采用避雷网时, 根据避雷网的保护原则, 被保护物应处于该网之内并不高出避雷网。
第二款, 穿钢管和两端连接的目的在于使其起到屏蔽、 分流和集肤作用。由于配电盘外壳已按电气安全要求作了接地, 不论该接地与防雷接地是否共用, 这保护管实际上与防雷装置的引下线并联, 各起到了分流作用。当防雷装置或设备金属外壳遭雷击时, 均有一部分雷电流经钢管、 配电盘外壳入地。这部分雷电流将对钢管内的线路感应出与其在钢管上所感应出的电压同值, 即L, 因L＝M。因此, 可降低线路与钢管之间的电位差。当雷击中带电体并使带电体与钢管短接时, 由于钢管的集肤作用( 雷电流的频率达数千赫兹) 和上述的互感电压将使雷电流从钢管流走, 管内线路无电流。
第三款, 由于白天开关处于断开状态, 对节日彩灯还有在其不使用的期间内, 开关均处于断开状态, 当防雷装置或设备金属外壳遭雷击时, 开关电源侧的电线、 设备与钢管和配电盘外壳之间可能产生危险的电位差, 故宜在开关的电源侧装设过电压保护器。
第3．5．5条　据以前调查, 当粮、 棉及易燃物大量集中的露天堆场设置独立避雷针后, 雷害事故大大减少。
虽然粮、 棉及易燃物大量集中的露天堆场不属于建筑物, 但在本条中仍规定”宜采取防直击雷措施”, 以策安全。
N大于或等于0.06次／a是参照第三类防雷建筑物的规定。
考虑到堆场的长、 宽、 高是设定的, 并不一定总是堆满, 故其避雷针、 线保护范围的滚球半径取比保护第三类防雷建筑物的大, 即hr＝100m。hr＝100m相应的接闪最小雷电流约为34kA, 接近雷电流的平均值。附录一在计算与建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae时是在hr＝100m的条件下推算的。
另外, 考虑到堆场总不是堆到预定的高度和堆放面积的边沿, 因此, 实际上, 在许多情况下, 堆放物受到保护的滚球半径小于100m, 也就是相应受到保护的最小雷电流比平均值小。
第3．5．6条　以前在调查中发现, 有的单位把电话线、 广播线以及低压架空线等悬挂在独立避雷针、 架空避雷线立杆以及建筑物的防雷引下线上, 这样容易造成高电位侵入, 这是非常危险的, 故规定本条。

第四章　防 雷 装 置
第一节　接 闪 器
    第4．1．1条　本条避雷针所采用的尺寸, 沿用习惯数值。按热稳定检验, 只要很小的截面就够了。所采用的尺寸主要是考虑机械强度和防腐蚀问题。在同样的风压和长度下, 本条采用的钢管所产生的挠度比圆钢的小。经计算, 如果允许挠度采用, 则各尺寸的允许风压可达表4.l所示的数值。

避雷针允许的风压( KN／m2) 　　　　　　　　　　表4．1
1m长避雷针
φ12圆钢
2.66
φ20钢管
12.32
2m长避雷针
φ16圆钢
0.79
φ20圆钢
1.54
φ25钢管
2.43
φ40钢管
5.57

    第4．1．2条　在同一截面下, 圆钢的周长比扁钢的小, 因此, 其与空气的接触面也小, 受空气腐蚀相对也小。另外, 圆钢易于施工, 材料易取得。因此, 建议优先采用圆钢。
    第4．1．4条　本条系参考国际电工委员会IEC1024－1建筑物防雷标准的有关规定而定的。
    已证实, 铁板遭雷击时其与闪击通道接触处由于熔化而烧穿仅当其厚度小于4mm时才可能。
    金属体与闪击通道接触处的热过程极为复杂, 而且不好准确计算。当这一现象用简化的模型表示时可假定, 接触区的热分配与固定的电弧类同。电弧在金属电极表面产生数十伏的电压降( Uc, 以下计算取其值为30V) , 它几乎与雷电流的大小无关。使金属高加热的能量为W＝Uc·Q, 式中Q为流经雷击点的电荷( As) 。考虑全部能量用于加热金属体时, 雷击每库仑( As) 电荷能熔化以下的金属体积:
      铁( Fe) , ; 铜( Cu) , ; 铝( AI) , 。
    雷击点加热面积的直径取50～100mm( 相应面积为1963～7854mm2) 。已知电荷Q值则可估算金属的熔化深度。如正闪击的全部电荷的平均值( 50％概率) 为80 As( 负闪击的相应值仅为8As) , 则熔化深度为 Fe 0.045～0.179mm、 Cu 0.055～0.22mm、 AI 0.122～0.489mm。
根据表3.1的注, 对第二、 第三类防雷建筑物一次闪击的总电荷量分别为225 As和150As, 其相应的金属熔化深度分别为Fe 0.127～0.503mm、 Cu0.155～0.619mm、 AI0.343～l.375mm和 Fe 0.084～0.336mm、 Cu 0.103～0.413mm、 AI 0.229～0.917mm。
第4．1．6条　敷设在混凝土内的金属体, 由于受到混凝土保护, 不需要采取防腐措施。
第4．1．7条　由于这类共用天线可能改变位置、 改型、 取消, 故规定本条;
第二节　引下线
第4．2．1条　参见本规范第4.1.2条的说明。
第4．2．2条　为了减小引下线的电感量, 故引下线应沿最短接地路径敷设。
对于建筑艺术要求较高的建筑物, 引下线可采用暗敷设, 但截面要加大, 这主要是考虑维修困难。
第4．2．5条　由于引下线在距地面最高为1.8处设断接卡, 为便于拆装断接卡以及拆装时不破坏保护设施, 故规定”地面上1.7m”。改性塑料管为耐阳光晒的塑料管。
第三节　接地装置
第4．3．1条　所采用的最小截面是考虑一定的耐腐蚀能力并结合实际使用尺寸而提出的。这些截面在一般情况下能得到良好的使用效果, 可是腐蚀性较大的土壤中, 应采取镀锌等防腐措施或加大截面。
在附录五中已说明接地线为”从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体”。为便于施工和一致性( 埋地导体截面相同) , 故规定”接地线应与水平接地体的截面相同”。
第4．3．2条　当接地装置由多根水平或垂直接地体组成时, 为了减小相邻接地体的屏蔽作用, 接地体的间距一般为5m, 相应的利用系数约为0.75～0.85。当接地装置的敷设地方受到限制时, 上述距离能够根据实际情况适当减小, 但一般不小于垂直接地体的长度。
第4．3．3条　接地体深埋地下接触良导电性土壤, 泄放电流效果好, 接地体埋得愈深, 土壤湿度和温度的变化愈小, 接地电阻愈稳定。根据计算, 在均匀土壤电阻率的情况下埋得太深对降低接地电阻值不显著。实际上, 接地装置埋设深度一般不小于0.5～0.8m, 这一深度既能避免接地装置遭受机械损坏, 同时也减小气候对接地电阻值的影响。
将人工接地体埋设在混凝土基础内( 一般位于底部靠室外处, 混凝土保护层的厚度≥50mm) , 因得到混凝土的防腐保护, 日后无需维修。但如果将接地体直接放在基础坑底与土壤接触, 由于受土壤腐蚀, 日后维修困难, 甚至无法维修, 不推荐采用这种方法。
为使日后维修方便, 埋地人工接地体距墙和基础应有一定距离, 以前有的单位按≥3m做, 无此必要。
第4．3．4条
    第一款, IEC的81( Secretariat) 13／1984年1月的文件( TC81第4工作组的进展报告) , 在其附件( 防雷接地体的有效长度) 中提及: ”由于电脉冲在地中的速度是有限的, 而且由于冲击雷电流的陡度是高的, 一接地装置仅有一定的最大延伸长度有效地将冲击电流散流入地”。在该附件的附图中画出两条线, 其一是接地体延伸长度最大值lmax, 它对应于长波头, 即对应于闪击对大地的第一次雷击; 另一是最小值lmin, 它对应于短波头, 即对应于闪击对大地在第一次雷击以后的雷击。将lmax和lmin这两条线以计算式表示, 则可得出: lmax＝4和lmin＝0.7, 取其平均值, 得。
本款参考以上及其它资料, 并考虑便于计算, 故规定了”外引长度不应大于有效长度”, 即2。
当水平接地体敷设于不同土壤电阻率时, 可分段计算。例如, 一外引接地体先经50m长的 Ω·m土壤电阻率, 以后为1000Ω·m 。先按 Ω·m算出有效长度为2＝89.4m, 减去50m馀39.4m, 但它是敷设在1000Ω·m的而不是 Ω·m的土壤中, 故要按下式换算为1000Ω·m条件下的长度, 即。将以上数值代入, 得m。因此, 有效长度为50＋2 7.9＝7 7.9m, 而不是89m