建筑物防雷设计规范 GB50057-2010

5.2.1 接闪器的材料、结构和最小截面应符合表5.2.1的规定。

表5.2.1  接闪线（带）、接闪杆和引下线的材料、结构与最小截面

续表5.2.1

注：①热浸或电镀锡的锡层最小厚度为1μm；
②镀锌层宜光滑连贯、无焊剂斑点，
镀锌层圆钢至少22.7g/m²、扁钢至少32.4g/m²；
③仅应用于接闪杆。当应用于机械应力没达到临界值之处，
可采用直径10mm、最长1m的接闪杆，并增加固定；
④仅应用于入地之处；
⑤不锈钢中，铬的含量等于或大于16%，
镍的含量等于或大于8%，碳的含量等于或小于0.08%；
⑥对埋于混凝土中以及与可燃材料直接接触的不锈钢，
其最小尺寸宜增大至直径10mm的78mm²（单根圆钢）
和最小厚度3mm的75mm²（单根扁钢）；
⑦在机械强度没有重要要求之处，50mm²（直径8mm）
可减为28mm²（直径6mm）。并应减小固定支架间的间距；
⑧当温升和机械受力是重点考虑之处，50mm²加大至75mm²；
⑨避免在单位能量10MJ/Ω下熔化的最小截面是铜为16mm²、
铝为25mm²、钢为50mm²、不锈钢为50mm²；
⑩截面积允许误差为-3%。

5.2.2 接闪杆采用热镀锌圆钢或钢管制成时，其直径应符合下列规定：
      1 杆长1m以下时，圆钢不应小于12mm，钢管不应小于20mm。
      2 杆长1m～2m时，圆钢不应小于16mm，钢管不应小于25mm。
      3 独立烟囱顶上的杆，圆钢不应小于20mm，钢管不应小于40mm。
5.2.3 接闪杆的接闪端宜做成半球状，其最小弯曲半径宜为4.8mm，最大宜为12.7mm。
5.2.4 当独立烟囱上采用热镀锌接闪环时，其圆钢直径不应小于12mm；扁钢截面不应小于100mm²，其厚度不应小于4mm。
5.2.5 架空接闪线和接闪网宜采用截面不小于50mm²热镀锌钢绞线或铜绞线。
5.2.6 明敷接闪导体固定支架的间距不宜大于表5.2.6的规定。固定支架的高度不宜小于150mm。

表5.2.6  明敷接闪导体和引下线固定支架的间距

5.2.7 除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列规定：
      1 板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接。
      2 金属板下面无易燃物品时，铅板的厚度不应小于2mm，不锈钢、热镀锌钢、钛和铜板的厚度不应小于0.5mm，铝板的厚度不应小于0.65mm，锌板的厚度不应小于0.7mm。
      3 金属板下面有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，铜板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm。
      4 金属板应无绝缘被覆层。
注：薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0.5mm厚聚氯乙烯层均不应属于绝缘被覆层。
5.2.8 除第一类防雷建筑物和本规范第4.3.2条第1款的规定外，屋顶上永久性金属物宜作为接闪器，但其各部件之间均应连成电气贯通，并应符合下列规定：
      1 旗杆、栏杆、装饰物、女儿墙上的盖板等，其截面应符合本规范表5.2.1的规定，其壁厚应符合本规范第5.2.7条的规定。
      2 输送和储存物体的钢管和钢罐的壁厚不应小于2.5mm；当钢管、钢罐一旦被雷击穿，其内的介质对周围环境造成危险时，其壁厚不应小于4mm。
      3 利用屋顶建筑构件内钢筋作接闪器应符合本规范第4.3.5条和第4.4.5条的规定。
5.2.9 除利用混凝土构件钢筋或在混凝土内专设钢材作接闪器外，钢质接闪器应热镀锌。在腐蚀性较强的场所，尚应采取加大截面或其他防腐措施。
5.2.10 不得利用安装在接收无线电视广播天线杆顶上的接闪器保护建筑物。
5.2.11 专门敷设的接闪器应由下列的一种或多种方式组成：
        1 独立接闪杆。
        2 架空接闪线或架空接闪网。
        3 直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网。
5.2.12 专门敷设的接闪器，其布置应符合表5.2.12的规定。布置接闪器时，可单独或任意组合采用接闪杆、接闪带、接闪网。

表5.2.12  接闪器布置

条文说明
 

5.2 接闪器
5.2.1 表5.2.1是根据IEC 62305—3: 2010第30页的表6及其2006年第1版标准的表6制定的。
5.2.2 本条接闪杆所采用的尺寸沿用习惯采用的数值。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1／50，则各尺寸的允许风压可达表9所示的数值。

表9  接闪杆允许的风压

5.2.3 本条是根据美国防雷装置标准NFPA 780—2004：Standard for the installation of lightning protection systems的第A.4.6.2条和IEC 62305—3: 2010第98页E.5.2.4.1的注而制定的。前者是根据以下文献C．B．Moore，William Rison，James Mathis，and Gravdon Aulich，“Lightning Rod lmprovement Studies”，Journal of Applied Meteorology，V01.39(2000)，May(No.5)，593～609制定的；后者的注是“研究表明，接闪杆的接闪端做成钝形是有益处的”(Research has shown that it is advantageous for air-termination rods to have a blunt tip)。
5.2.5 截面从不小于35mm² 改为不小于50mm² 是根据本规范表5.2.1的规定制定的。
5.2.6 表5.2.6是根据IEC 62305—3: 2010第99页的表E.1制定的。
5.2.7 本条是参照IEC 62305—3: 2010第20页的5.2.5制定的。
已证实，铁板遭雷击时，仅当其厚度小于4mm时才有可能与闪击通道接触处由于熔化而烧穿。
雷击电流的电荷，对直接在闪电雷击点的能量转换W，以及对雷电流继续以电弧的形式越过所有绝缘间隙之处的能量转换W起着决定性的作用。例如，接闪杆顶端接闪处的熔化，或者引起飞机铝外壳的熔化，以及保护间隙电极的熔化就是这电荷引起的。
金属体与闪击通道接触处的能量转换过程极为复杂，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，接触处即电弧根部的能量转换由电荷与发生于微米级范围内的阳极或阴极电压降的乘积产生，即 ，在所要考虑的雷电流范围内几乎是个常数，其值为数十伏(在以下的计算中取其值为30V)。考虑全部能量用于加热金属体，这样的计算偏于安全侧，可按下式计算：

式中：V——被熔化金属的体积（m³）；
     ——阳极或阴极表面的电压降（V），采用30V；
          Q——雷电流的电荷（C）；
       ——被熔化金属的密度（kg/m³）；
        c_w——热容量[J/（kg·K）]；
       ——熔化温度（℃）；
       ——环境温度（℃）；
         c_s——熔化潜热（J/kg）。
几种金属物的相关参数见表10。

表10  四种金属物的物理特性参数

注：不锈钢为非磁性的奥氏体不锈钢。

将表10的相关数值代入式(21)得，雷击每库仑(C)能熔化以下的金属体积：铝，V／Q≈11.6mm³／C；软钢，V／Q≈4mm³／C；铜，V／Q≈5.5mm³／C。
在原西德慕尼黑联邦国防军大学的高压实验室，做过分析研究得出，对金属板穿孔起决定性作用的不是短时雷击电荷Q_s(见本规范表F.0.1-1)，而是长时间雷击电荷Q₁(见本规范表F.0.1-4)。其研究结果是：当Q₁＝100C(第三类防雷建筑物的雷击参量)时，对1.5mm厚的钢板、黄铜板、铜板以及2mm厚的铝板，在各种情况下均穿孔，穿孔的直径约为4mm～8mm。当Q₁＝200C(第一类防雷建筑物的雷击参量)时，对2mm厚的钢板、黄铜板、铜板以及2.5mm厚的铝板，在各种情况下均穿孔，穿孔的直径对钢板、黄铜板、铜板约为4mm～12mm，对铝板的穿孔直径约为7mm～13mm(对铝板，约有25％的情况，甚至3mm也熔化穿孔)。
近年来，经常采用一种夹有非易燃物保温层的双金属板做成的屋面板(彩板)。在这种情况下，只要上层金属板的厚度满足本条第2款的要求就可以，因为雷击只会将上层金属板熔化穿孔，不会击到下层金属板，而且上层金属板的熔化物受到下层金属板的阻挡，不会滴落到下层金属板的下方。要强调的是，夹层的物质必须是非易燃物且选用高级别的阻燃类别。
5.2.9 敷设在混凝土内的金属体，由于受到混凝土的保护，不需要采取防腐措施。但金属体从混凝土内向外引出处要适当采取防腐措施。
5.2.10 由于这类共用天线可能改变位置、改型、取消，故作本条规定。
5.2.12 滚球法是以h_r为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器，包括被利用作为接闪器的金属体，或只触及接闪器和地面包括与大地接触并能承受雷击的金属物，而不触及需要保护的部位时，则该部位就得到接闪器的保护。滚球法确定接闪器保护范围应符合本规范附录D的规定。
表5.2.12是参考IEC 62305—3:2010第18页5.2.2的规定及其表2，并结合我国具体情况和以往的习惯做法而制定的。
“5.2.2布置：安装在建筑物上的接闪器，应按照以下方法之一或多种方法组合将其布置在各个角上、各突出点上和各边沿上(特别是各立面的上水平线上)。在确定接闪器的布置位置时所采用的可接受的方法包括保护角法、滚球法、网格法。滚球法适合于所有情况。······网格法适合于保护平的表面。表2对每一防雷级别给出这三种方法的相应值。”
上述引文中的“表2”即下面的表11。

表11  与防雷装置级别对应的滚球半径、网格尺寸和保护角的最小值

保护角是以滚球法为基础，以等效面积计算而得，使保护角保护的空间等于滚球法保护的空间；但在具体位置上它们的保护范围有明显的矛盾。为避免以后在应用上的争议，故本规范不采用保护角法。
用防雷网格形导体以给定的网格宽度和给定的引下线间距盖住需要防雷的空间。这种方法也是一种老方法，通常被称为法拉第保护形式。
用许多防雷导体(通常是垂直和水平导体)以下列方法盖住需要防雷的空间，即用一给定半径的球体滚过上述防雷导体时不会触及需要防雷的空间。这种方法通常被称为滚球法。它是基于雷闪数学模型(电气-几何模型)，其关系式如下式，引自IEC 62305—1:2010第36页的式(A.1)。

式中：h_r——雷闪的最后闪络距离（击距），也即本章所规定的滚球半径（m）；
            I——与h_r相对应的得到保护的最小雷电流幅值（kA），即比该电流小的雷电流可能击到被保护的空间。

在电气-几何模型中，雷击闪电先导的发展起初是不确定的，直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到地面影响而开始定向。
与h_r相对应的雷电流按式(22)整理后为I＝(h_r／10)^1.54，以本条表5.2.12的h_r值代入得：对第一类防雷建筑物(h_r＝30m)，I＝5.4≈5kA；对第二类防雷建筑物(h_r＝45m)，I＝10.1≈10kA；对第三类防雷建筑物(h_r＝60m)，I＝15.8≈16kA。即雷电流小于上述数值时，闪电有可能穿过接闪器击于被保护物上，而等于和大于上述数值时，闪电将击于接闪器。
本规范所提出的接闪器保护范围是以滚球法为基础的，其优点是：
      1 除独立接闪杆、接闪线受相应的滚球半径限制其高度外，凡安装在建筑物上的接闪杆、接闪线、接闪带，不管建筑物的高度如何，都可采用滚球法来确定保护范围。如对第二、三类防雷建筑物，除防侧击按本规范第4.3.9条和第4.4.8条处理外，只要在建筑物屋顶，采用滚球法可以任意组合接闪杆、接闪线、接闪带。例如，首先在屋顶周边敷设一圈接闪带，然后在屋顶中部根据其形状任意组合接闪杆、接闪带，取相应的滚球半径的一个球体在屋顶滚动，只要球体只接触到接闪杆或接闪带而没有接触到要保护的部位，就达到目的。这是以前接闪杆、线确定保护范围的方法(折线法)无法比较的优点。
      2 根据不同类别的建筑物选用不同的滚球半径，区别对待。它比以前的折线法只有一种保护范围更合理。
      3 对接闪杆、接闪线、接闪带采用同一种保护范围(即同一种滚球半径)，这给设计工作带来种种方便之处，使两种接闪器形式任意组合成为可能。
本条表5.2.12并列两种方法。它们是各自独立的，不管这两种方法所限定的被保护空间可能出现的差别。在同一场合下，可以同时出现两种形式的保护方法。例如，在建筑物屋顶上首先采用接闪网保护方法布置完成后，有一突出物高出接闪网，保护该突出物的方法之一是采用接闪杆，并用滚球法确定其是否处于接闪杆的保护范围内，但此时可以将屋面作为地面看待，因为前面已指出，屋面已用接闪网方法保护了；反之也一样。又如，同前例，屋顶已用接闪网保护，为保护低于建筑物的物体，可用上述接闪网处于四周的导体作为接闪线，用滚球法确定其保护范围是否保护到低处的物体。再如，在矩形平屋面的周边有女儿墙，其上安装有接闪带，在这种情况下屋面上是否需要敷设接闪网?当女儿墙上接闪带距屋面的垂直距离S(m)满足下式时，屋面上可不敷设接闪网。

式中：h_r——按本条表5.2.12选用的滚球半径（m）；
           d——女儿墙上接闪带间的距离（沿屋面宽度方向的距离）（m）。

若屋面中央高于女儿墙根部的屋面，则式(23)的S为女儿墙上接闪带至屋面中央高处水平面的垂直距离。