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防雷工程技术考试题库（六）

计算题部分
1．有一栋高15层二类防雷框架结构的建筑物，该楼设有15根引下线，
1）在邻近100米情况下发生首次雷击，求大楼附近的磁场强度。
2）直击雷击中该大楼（注：首次雷击），求大楼第四层单根引下线的雷电流强度。
i. 二类建筑io=15OKA
Ho=io/2丌. Sa=15OOOO/2丌.1OO
=238.73A/m
=2.98高斯
ii. 四楼以下Kc=1/n=1/15
i=Kc.i0=1/15.15OOOO
=1OKA
2、某山区工厂，工厂所在地土壤电阻率ρ=1000Ω.m，用接地电阻表测得接闪器工频接地电阻为17.5Ω，引下线接地点到标地体最远端长度为25.3m，计算其冲击接地电阻是否符合规范要求（规定其冲击接地电阻为Ri≤10Ω，A=1.8，1000的平方根为31.625）？（本题8分）
根据
R~=ARi

L/Le=25.3/63.25=0.4
A=1.8
Ri=17.5/1.8=9.7（Ω）
答冲击接地电阻是9.7Ω,符合规范要求

设在湖边的某机械生产车间，长（L）、宽（W）、高（H）分别为100m、40m、30m，当地年雷暴日为40天，请通过公式计算其预计雷击次数并判定其属于第几类防雷建筑物。（Td1.3为121，本题8分）
N=K*Ng*Ae
其中：K取1.5
Ng=0.024 Td1.3=0.024*121=2.9
Ae=[LW+2（L+W）*[H（200—H）]1/2+πh（200—H）*10-6
=[100*40+2（100+40）*[30（200—30）]1/2+π*30（200—30）] *10-6
=40014*10-6
=0.04
N=1.5*2.9*0.04=0.174≥0.06次/a
属于第三类防雷建筑物。

4. 用绘图法或计算法（可任选其中一种方法）计算出以下给定条件的建筑物在地面和屋面的保护半径。如屋面不在保护范围内应增加何种措施保护。
条件：属第三类防雷建筑物，长、宽、高分别为40m、20m、30m，单支避雷针高10m（设在屋面中心位置）。（本题10分）
解：设保护半径OA===22.36m
r0=
=
=
=56.6m
r30=—
=56.6-
=56.6-52=4.6m.
显然远小于22.36m.，故单支避雷针无法全面保护，可采用在建筑物屋面加装一圈避雷带，同时在中间加一条避雷带，形成网格不大于20m*20m的避雷网防直击雷。

5、一枝独立避雷针高度10米，为炸药库提供直击雷保护时，请计算该针在5米高度上的保护半径。（保留小数一位）
答：炸药库为一类防雷建筑，滚球半径hr=30米

10米高的避雷针在5米高度上，避雷针A的保护半径为
r5=-
=-
=10—5
≈22.4—16.6
=5.8（米）

6、某公司设计的水平接地体总长度为33米，实测工频接地电阻13欧，实测土壤电阻率为1000欧米，该接地体冲击接地电阻为多少。
答：接地装置有效长度为：
Le=2=2×=2×33.3=66.6米
查图表得：该接地体冲击系数 A=1.65
由 R—=A R～ 得
R～= R—/A=13.0/1.62≈8.0欧
该接地装置的冲击接地电阻8.0欧。

7. 考虑进入建筑物的外来导电物为电力线路（TN-S制）、信号线路、闭路电视线路、金属管道时，设击在建筑物上的雷电流为150KA，问电力线路上可能分配到的雷电流为每相多少KA？
答：根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
建筑物遭受150KA直击雷击电流时，外来导体上可能遭受的雷击电流约为：
150KA÷2=75 KA
电力线路上每相可能分配到的雷电流幅值为：
75 KA÷3÷4=6.25 KA

8. 平顶库房长12米、宽5米、高5米，设为二类防雷建筑，计划采用独立避雷针保护，避雷针设在距库房中心轴线上，距离库房边3米（如图），避雷针的高度为10米，问避雷针是否能对库房提供完全直击雷击保护。
A
5m
3m
12m
答：如图所示为库房在5米高度上的平面示意图
在直角三角形ABC中
C
B
AC=√（AB2＋BC2）
=√（82＋62）=10（米）

库房为二类防雷建筑，
滚球半径hr=45米
10米高的避雷针在5米高度上，避雷针A的保护半径为
r5 =√h0（2hr－h0）－√h5（2hr－h5）
=√10（2×45－10）－√5（2×45－5）
=10√8—5√17≈28.3—20.6=7.7（米）＜AC=10米
避雷针不能对库房提供完全直击雷击保护

9. 如图所示为某平顶炸药库房，长20米、宽8米、高5米，A、B为15米等高避雷针，问A、B避雷针是否能完全保护炸药库？
答：炸药库为一类防雷建筑，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
20m
A
B
3m
3m
5m
滚球半径hr=30米
A、B避雷针针间距为
D=6+20+6=26米,应符合D<2r0
两针相关距离为：
2r0=2-2
=2
≈52（米）,满足D<2r0
所以两针相关有共同保护区域。
计算高度为hx的避雷针在5米高度上的保护半径：
r5 =-
=-
=26-16.6=9.4(米)
库房短边长度一半为：8/2=4米< r5
A、 B避雷针能完全保护炸药库。
A
B
3m
3m

10. 11.
政券公司的天面上有避雷带保护和网络保护，但有四个卫星收发天线，不在保护范围以内，需加独立针行保护。已知避雷针位置距最远的接受天线为10m，并且卫星天线高4m，问需架设多高的避雷针，能够使卫星天线在其保护范围之内。
解：因为证券公司属于第三类建筑物，因此h=60m,又h=4m ,rx =10m
由公式rx=-得
10=-
h2-120h+994.77=0,解二次方程得：h=60-51.04=8.96»9.0m
所以应架设9m高的避雷针。
有一栋高15层高的二类防雷综合楼（长30米、宽9米），该楼设有10根引下线，当在楼顶雷击点的雷电流为10KA（10/350ms），计算第十四层和第十一层的磁感应强度为2.4GS时的安全距离.
解:i0=10KA,引下线n=10,第14层分流系数kc2=(1/10)+0.1=0.2,
则14层:i=i0× kc2=10KA´0.2=2KA
第11层分流系数为数kc2=(1/10) =0.1
第11层: :i=i0× kc2=10KA´0.1=1KA
根据雷电流在引下线上产生安全距离
Sa = m0
式中m0=4p´10-7(Wb/mA),B为磁感应强度,为特斯拉T(Wb/m2),
1T=104GS \1GS=10-4T,2.4GS=2.4´10-4T
Sa =4p´10-7´
故第14层时的Sa =4p´10-7´==1.67(m)
第11层时的Sa =4p´10-7´==0.83(m)
第14层2.4 GS时的安全距离为1.67m,第11层2.4 GS时安全距离为0.83m.
14. 某平屋面建筑物长96.00m，宽32.00m、高28.00m，按GB50057-1994第三类防雷建筑物的设计要求用避雷网进行防直击雷保护时，请计算钢材最小用少量。（10分）
答：引下线钢材最小用φ8 避雷网钢材最小用φ8
避雷网为8个24m x 16m的网格 用材为8x(24+16)x2=640m
引下线8根48m的，用材为：8x48m=384m
总用量为1024m φ8 的钢材

15. 第二类防雷建筑物长×宽=60m×24m，用示意图表示屋顶面应有多少个避雷网格？（吉林）
答：长60米,宽24米,二类防雷建筑,组成不大于8m´12m避雷网格
12
12
12
12
12

8

注意共计15个网格。
16．第一类防雷建筑物防雷接地工频接地电阻为10欧，换算系数A=1.4,问:建筑物的地中金属物与防雷地的安全距离是多少?
答：建筑物的地中金属物与防雷地的安全距离Sel≧0.4Ri≧3米
Ri=R～/A
Sel≧0.4Ri=0.4×10÷1.4=2.86米
所以此建筑物的地中金属物与防雷地的安全距离应大于或等于3米。

17. 一建筑物楼内有相当重要的计算机信息设备，建筑面积是30m×12m，现在楼顶安装一单支避雷针，试计算所需避雷针高度？（楼高10m）
答：根据题意天面无直击雷防护措施,天面中间设一支避雷针,hx=10m。
o
a

rx=oa=(62+152)=2612=16.2m
r1=〔hx（2hr﹣hx）〕1/2 = [10(90-10)] 1/2=800 1/2=28.31m
r0= rx + r1=16.2+28.3=44.5m
从地面算起,避雷针高度
h=hr-=45-=45-=45-6.69=38.31m
则安装在天面上的避雷针高度为38.31-10=28.31m
答天面的避雷针高度为28.31m.

18,有一座第二类防雷建筑物面积为40×12m2，其天面有两个高2米、相距16米的非金属排风管对称分布，现设计使用一支避雷针对其进行保护，问针高多少米合适？(提示:天面已有避雷带)
答：已知 rx=8m、hr=45m、hx=2m
r1====13.3m 保护半径rx=8m
r0= r1+ rx=8+13.3=21.3m
根据公式针高
h=hr-=45-=45-=45-39.64=5.36m
根据计算结果，选择针高5.36米合适。

19. 有一高7米的建筑物，楼顶有环形避雷带，在一侧地面有一个卫星天线，天线为园形距地面高4米，直径3米，中心距建筑物5米，见下图。问天线能否被保护，如不能，请提出最经济的保护方案。（提示：二类防雷建筑物）
避雷带相当于避雷线，带上任意一点相当于一支针的作用，故取针高h=7m,hx=4m,hr=4.5m
rx≥5+1.5=6.5m,才能保护卫星天线。
rx=-=-=-=24.1-18.55=5.55m
故该楼高7m，不能保护卫星天线。
rx=-18.5
化简得:h2-90h+625=0
h===
取负号h==7.6m
说明h≥7.6m才能保护卫星天线,现建筑物高7m,所以建筑物上安装针的高度≥0.6m,取安装针高1m.

20. 一枝独立避雷针高度10米，为炸药库提供直击雷保护时，请计算该针在5米高度上的保护半径。（保留小数一位） （6分）
答：炸药库为一类防雷建筑，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
滚球半径hr=30米
10米高的避雷针在5米高度上，避雷针A的保护半径为
r5=√[h0（2hr—h0）]—√[h5（2hr—h5）]
=√[10（2×30—10）]—√[5（2×30—5）]
=10√5—5√11
≈22.4—16.6=5.8（米）

21.
22. 某平顶库房为二类防雷建筑长12米、宽5米、高5米，设，计划在库房长边中心距离库房3米处（如图）设高度为10米的避雷针，计算避雷针是否能对库房实施保护。
5m
3m
12m
答：

最远点距离:L=(8×8+6×6)1/2=10m
rx=-=28.3-20.6=7.7m
rx=7.6m
rx＜L,不能保护.

23.有一栋二类框架建筑物，网格宽度W=5m，钢筋直径Φ=20mm， 100m处发生首次云地闪。求LPZ1区的H1和安全距离ds/1。
H0=I/(2π·S)=150KA/(2×3.14×100)=0.239KA=293A/m
H1=H0/10SF/20
SF=20·㏒[8.5/W/(1+18×10-6/r2)1/2]
SF=20·㏒[8.5/5/(1+18×10-6/10-4)1/2]
SF=20·㏒[1.7/1.086]
SF=20·㏒[1.5654]=20×0.1946=3.89≈3.9dB

H1=239/10S3.9/20
H1=239/1.57
H1=152A/m
ds/1=W·SF/10=5×3.9/10=1.95m

设计题部分
25、请画出单相TN—S系统中电涌保护器SPD电气连接图和三相TN—S系统中电涌保护器SPD电气连接图。
答案
图:单相TN—S系统中SPD连接图
设

备
L
N
PE

图:三相TN—S系统中SPD连接图

设 备
L1
L2
L3

N

PE
机壳
机壳

26、有一个储存硝化棉的一类防雷仓库，高4米，长21米，宽7.5米，要求设计独立避雷针保护，请设计绘制该仓库的hx高度的平面保护图，并求出避雷针高度（注：要求独立针离仓库为3米，比例1：300，见下图）（20分）
已知：hx=4m， L=21m, W=7.5m
解：由题可知该仓库属第一类防雷建筑hr=30m,则有：OA==14.85m
rx=√h(2hr-h)-√hx(2hr-hx)
=√h(60-h)-√4(60-4)
=-
=-15.0
设r1====14.97 r0=rx+r1=14.85+14.97=29.82
H=hr-=30-=30-=26.54m
答hx=4m高度上保护半径为14.85m,避雷针高度为26.54m.
RX=15.0m
14.85m
21m3m
7.5m
硝化棉仓库
标高4m时的保
护半径平面图
侧视图
4m

27、由国家档案馆，高30米，长60米，宽30米，防雷接地已利用框架主钢筋结构作为暗装引下线。经检测，接地电阻为0.9Ω，但由面无避雷设施，要整改。请设计绘制一天面防雷设施平面图（提示：所有基础已从基础到天面图有一条主筋焊接，可作为暗装引下线）。
6m
21m

（2）防雷电感应设计
18m
设 备
SPD
SPD
SPD1
SPD2
·
O
O
信号
电源

（3）地网设计图

比例：1：300
设计说明：
1、省气象台业务楼按二类防雷设计；
2、二类防雷天面网格应为10m´10m或8m´12m；
3、二类防雷引下线间距为18m；
4、避雷带采用f8mm以上热镀锌圆钢或采用4´12mm以上热镀锌扁钢，引下线采用的规格同上。
设计说明：
1、将地桩内主筋连接起来组成3m´3m网格；
2、将承台内主筋闭合接通；
3、引下线与承台内主筋电气连通。

29、有一座100米高的通讯铁塔，顶端架设一通讯天线及一只有源航空障碍灯，电缆线及天馈线由铁塔引下进入室内机房（机房距塔20米左右），应采取哪些措施进行雷电防护？请提出一设计方案（图略）。
答：通讯天线通轴电缆在LPZO和LPZI交界面处或发射机柜入口处安装电涌保护器。电涌保护器（SPD）的接地线应采用截面积补小于6mm2的多股绝缘铜导线就近解至等电位接地线或发射到发射机柜上。通信基站的信号电缆应穿钢管埋地进入机房，并应在入户配线架处安装信号电涌保护器，电缆内空线对应做保护接地。通信天线应从铁塔中心部位引下，同轴电缆在其上部、中部、下部接地和经走线架进入机房前，屏蔽层应就近接地，室外走线架（20m）始末端均应作接地处理，有源航空障碍灯机座应雨天线塔等电位连接，其低压电源处应安装电涌保护器。

30、某烟花爆竹仓库，长7.5米、宽6米、高4米，计划在离建筑物3米的地方安装一单支避雷针，请用滚球法计算该单支避雷针的设计有效高度。（答案：大于等于17.2米）
答：（1）该烟花爆竹仓库属第一类防雷建筑物；
（2）AB2=AC2+BC2 AB2=62+3.752 AB=9.75m

A
B
6m
6m
7.5m
3m
Ñ4m
C
C
经计算h³13.2m

31、设避雷针高度为h，滚球半径为hr，请分别给出当h>hr和hr>h时的保护范围计算方法。
答：当hr>h时
则
当hr5
AD=AC-DC=10.85-3=7.85m
架设在距建筑物中轴线约7.85处以内范围中。

33、某烟花爆竹仓库，长7.5米、宽6米、高4米，计划在离建筑物3米的地方安装一单支避雷针，请用滚球法计算该单支避雷针的设计有效高度。（答案：大于等于17.2米）
依题意:烟花爆竹仓库为二类建筑物防雷，hr=45m,hx=4m
设求A全针高为h
则rx=√h(2hr-h)- √hx(2hr-hx)
=√h(90-h)- √4(90-4)
=√h(90-h)- √344=√h(90-h)-18.5①
而图中可求出rx=√(10.52+32)=10.9m
将rx=10.9m代入①式
得√h(90-h)=29.42
化简得:h2-90h+29.42=0 （2）
解②式,h=(90-√902-4×29.42)/2
=(90-√(8100-3457.44))/2
=10.93m
如用求根公式快的多.h=hr-√hr2-(rx+r1)2
或h=hr-√hr2-r02) ，其中ro=,r1=
ro=r1+rx=18.5+10.9=29.4m
代入得.h=45-=45-=45-34.04=10.93m

34、设避雷针高度为h，滚球半径为hr，请分别给出当h>hr和hr>h时的保护范围计算方法。
答:当hr≥h时,可运用公式rx=√h(2hr-h)- √hx(2hr-hx) 来计算保护范围.
当h>hr时,应取h=hr时来计算保护范围. rx=hr- √hx(2hr-hx) 来计算保护范围.

35、（10分）某检测机构对一幢第三类防雷建筑物的避雷设施进行检测，测得其建筑物高5米、宽3米、长7.4米，避雷针安装在建筑物屋面的几何中心（如图）高度（距屋面）为1米，请说明此避雷针是否能够保护该建筑物不受直击雷的袭击。

Rx=√(6.(120-6))-√(5.(120-5)
=26.1-23.98=2.2m
屋面距避雷针的最远点:OL= =4.0
故不能保护.
36、（15分）某一一类防雷建筑物的避雷装置（如图），其冲击接地电阻Ri为10Ω，被保护物高度hx为8m,避雷装置与被保护物之间的地上部分的安全距离为3.5m，请问其避雷装置与被保护物间的安全距离是否符合GB50057—94的要求？若不符合，请给出合适的安全距离。

3.5m
8m

Hx=8,5Ri=50
Hx<5Ri
Se1=0.4(Ri-0.1Hx)
=0.4(10+.1=8)
=4.3m
安全距离4.3米。

37、对雷电流波形前沿用正旋波模拟时，为何首次雷击10/350ms波形用25kHz，后续雷击0.25/100ms波形用1MHz？
解：首次雷击10/350ms，现用其前沿T1作正弦波模拟时，前沿T1正好时一个正弦波周期T的1/4，即T1=T/4=10ms
所以周期
而频率
同理，后续雷击波形0.25/100ms，周期T=4´ T1=4´0.25=1(ms)
而

I(KA)

T1 t(μs)

T=4T1
解：求AB间最大电涌电压UAB：
SPD的残压为≤1.3kV，取最大值1.3kV，
SPD两端引线的电涌平均陡度为0.75 kA/ms，
SPD两端引线长度之和L1+ L2=1.5 m，引线的单位长度L0=1.6mH/m。
UAB=SPD的最大残压+引线产生的感应电压UL

故
存在问题：由于UAB=1.3Kv,大于被保护设备的耐压(2.5kV)，设备的绝缘右可能被击穿，导致右损坏的可能。
改进：为了使SPD能器到保护设备的作用，要求UAB<设备的耐压水平。即满足UAB<2.5kV。UAB由两项组成，SPD残压使不变的，只有减小两端的引线，才能减小感应电压UL，按照规范要求SPD两端引线之和不超过0.5m，现为1.5m，应予缩短。
要求UAB<2.5kV，现为3.1kV，超过0.6kV，
则减小引线长度=0.6kV/（1.6mH/0.75 kA/ms）=0. 5 m
机SPD两端引线之和必须小于1m ，才能满足UAB<2.5kV
解：已知雷电流在导线上传播速度V=30万公里/秒´2/3=0.2M/NS
已知第一级SPD响应时间为100NS；第二级SPD响应时间为50NS
则两个SPD响应时间差DT=100-50=50NS
根据S=V×DT=0.2M/NS×50NS=10M
答为消除盲电，两个SPD导线距离应为10M.
解：设手接触点堆第的电位差为U，由于树干右电阻
和电感，因此对地的电位差，也即接触电压由两
部分组成，电阻压降UR、UL
U=UR+UL= i R+L0×H×（d i /dt）
根据题意已知: I=40kA, R=500W, L0=20mH/m, h=1.5m
d i /dt=40kA/20ms=4 kA/ms 带入上式
所以 U=40kA´500W+2mH/m´1.5m´4 kA/ms
=20000 kV +12kV
=20012 kV
答接触电压U为20012 kV41、有一座长20米，宽10米，高12米的混合结构建筑物（二类防雷），天面设避雷带，距建筑物轴扁2.5米设环形接地体。环形接地体由水平接地体和垂直接地体组成复合接地体。假设土壤电阻率r为，试用简易法计算环形接地体的工频电阻值。（1：500）
解：已知r=
复合接地网的环形面
环形接地体平面示意图

答环形接地体的工频电阻为6.4W。
或W
答环形接地体的工频电阻为6.4W。

42、有一栋高20层的框架结构建筑物，建筑物设20条引下线，计算机主机房安放在第6层，要求主机房内磁场干扰场强H1部大于800A/ m。该答楼发生首次雷击，计算雷击电流为150KA情况下的安全距离。（提示：1A/m在数值上相当于0.001256GS，IT(特斯拉)=104GS(高斯)
解: 已知引下线N=20, 20层答厦第6层分流系数KC=1/N=1/20=0.05
已知i0=150KA , i= i0KC=150KA´0.05=7.5KA
已知H1=800A/m, 由于1A/m在数值上相当于0.01256GS
所以800在数值上相当于(800A/m´0.01256)=10.048»10GS
根据 (由于it=104GS, 1GS=104t)
得
答安全距离为1.5m。

43、某单位拟建一个栅格形屏蔽式的计算机防（机房面积>140m2），机房内计算机O位置的防止如右图。请设计：当机房内磁场干扰场强不大于800A/m的条件下，格栅形屏蔽体网格的宽度应取多少？（提示：屏蔽体为二类防雷，应考虑首次雷击）
解：已知二类防雷首次雷击的幅值电流为150KA，即为设计的最答雷击电流。
已知机房内磁场干扰场强不大于800A/m，即不大于H1=800A/m,即设计值取800A/m，
已知DR=2m，DW=2m
由LPZ1区磁场强度H1的计算公式知：
（A/m）
答网格的宽度取£1.5m.

44.有一座一类防雷的建筑物，由于各种原因不能安装独立避雷针，只能在屋面安装避雷带，按规定围绕建筑物敷设了环形接地体，接地体长25米，宽10米，实测该地土壤电阻率为850Ω•m，问该环形接地体要不要补加接地体？如要补加，水平接地体应补加多长？如要补加，垂直接地体应补加多长？
500Ω.m <ρ≤3000Ω.m
√(A/Л)是否大于(11ρ-3600)/380
A=25×10=250
√(A/Л)=8.9
(11ρ-3600)/380=(11×850-3600)/380=15.1
需补做水平接地体: (11ρ-3600)/380- √(A/Л)=15.1-8.9=6.2米.
或需补做垂直接地体((11ρ-3600)/380- √(A/Л))/2=3.1米..

44.某厂区测得土壤电阻率为1000Ω•m，用摇表测得防雷装置的接地电阻为12.0Ω，引下线接点距接地体形式见附图，计算防雷装置接地冲击电阻为多少？

Le=√(ρ)=√(1000)=63.2m
L=17.5m,
L/Le=0.28,按L/Le=0.28查表A=1.9
接地冲击电阻为12.0Ω/1.9=6.3Ω

45、有一栋高15层框架结构建筑物，计算机放在第十层内，设该建筑物六面均设有用ф12圆钢组成3m×3m的网格，求在邻近80米情况下发生首次雷电流150KA的雷击时，计算LPZ1区中的磁场强度及安全距离。
已知i0=150kA,Sa=80m,网格宽度W=3m
ф12,半径r=6mm=6×10-3
×10-6 mm2
×103/(6.28×80)=298.4A/m
先求出sf=20log((8.5/w)/√1+18.10-6/r2)=20log(8.5/3)/ √1+18.10-6/6. 10-3)
=20log(1.8333/1.224)=7.286db
H1=H0/10SF/20=298.4/10 7.286/20 =129.0A/M
DS/1=W×SF/10=3×7.28/10=2.19m
答:LPZ1内的磁场强度H1为本29.0A/M,其安全距离为2.19米.

46.假定株洲年平均雷暴日为60天，试计算株洲市内一高为60m，半径15m圆柱形建筑物的年预计雷击数（步骤和公式要写明）。（5分）湖南

N=kNgAe k=1 Ng=0.024*601.3 =0.24×204.9=4.92
扩大宽度:D=√H(200-H)= √60(200-60)=91.7m
Ae=Л(15+D)2
=3.14(15+91.7) 2×10-6
=0.035767km2
N=1×54.92×0.035766=0.176次/年
答:N为0.176次/年.