防雷安全距离的分类探讨
防雷安全距离的分类探讨
摘要对防雷安全距离进行了分类,并对各类防雷安全距离的要求和计算方法进行了讨论,以期为防雷安全距离的判定提供参考。
关键词防雷安全距离;击穿反击;跨步电压;雷击电磁脉冲;屏蔽
DiscussiononClassificationofLightningProtectionSafetyDistance
GAO JIAN-wen 1YANG Dong-liang2LI Quan-jing 3WU Feng-li 1
(1 Meteorological Bureau of Linyi City in shandong province,Linyi Shandong 276004; 2 Meteorological Bureau of Pizhou City; 3 Meteorological Bureau of Zaozhuang City)
AbstractSafe distances of the lightning protection were classified,and all kinds of lightning protection safety distance requirements and calculation methods were discussed in the paper,inorder to provide references for determination of safe distance of the lightning protection in the complex case.
Key wordssafe distance of the lightning protection;breakdown counter;step voltage;lightning electromagnetic impuse;shielding
由于安全距离直接关系到人员、设备的安全,在防雷技术规范中要求尤为严格,不同的环境、目的、要求、途径、防护对象对防雷安全距离的要求各不相同,很容易引起混淆,判断错误,对防雷安全距离进行合理划分,既能在面对复杂情况和不同要求时迅速判定正确的安全距离,又能灵活运用规范,对规范中没有明确安全距离的情况能够综合考虑,做出合理判断。防雷安全距离根据危险源、防护对象和危害方式主要可以分为防击穿反击安全距离,防跨步电压安全距离、防雷击电磁脉冲耦合安全距离、屏蔽安全距离等4类。
1防击穿反击安全距离
防击穿反击安全距离主要是为防止雷电流流经接闪器、引下线、接地装置或与之连接的金属物时产生的高电位对附近人员、设备、金属物或线路的闪络和反击,根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)[1](下称规范)的计算方法,安全距离Sal应大于电阻电压与电感电压与之相对应的击穿强度的比值之和。其计算公式如下:
Sal>+(1)
式中:Ri为接地装置的冲击接地电阻(Ω);为雷电流陡度(kA/μs);I为雷电流幅值(kA);L0为引下线的单位长度电感(μH/m),取其等于1.5μH/m;ER为电阻电压降的空气击穿强度(kV/m),取其等于500kV/m;EL为电感电压降的空气击穿强度,取EL=600(1+)T1为(雷电流脉冲)波头时间(kV/m)。
带入相关数值即可得规范3.2.1条第五款一类防雷安全距离要求和计算公式,假设Ri=10 Ω,则人与防雷装置的安全距离不应小于4 m,身高对安全距离的影响甚微。
地中安全距离(Sel)的计算公式简化为:
Sel≥0.4Ri(2)
该公式是用土壤的冲击击穿强度为500 kV/m(等于空气击穿强度)的平均值计算的结果,实际中土壤的冲击击穿强度因土质的不同而差异很大,主要分布在200～1 000 kV/m的大区间内,总体来说击穿强度与土壤电阻率成正比,因此在土壤电阻率很小的地方对地下安全距离的要求要远大于规范的要求值,假设Ri=10Ω,公式(1)在地中可简化为
Sel >(3)
当土壤的冲击击穿强度为200 kV/m时,Sel>10 m,当土壤的冲击击穿强度为1 000 kV/m时,Sel>2 m,根据最低不得小于3 m的要求,只要达到3 m的安全距离即可,因此在具体的设计中要充分考虑土壤对地中安全距离的影响。
高压线辐射安全距离
一类建筑物的直击雷防护是一个独立系统,必须与被保护建筑物或物体保持一定的安全距离,二、三类防雷建筑物可以通过等电位连接、共用接地有效地防止雷电反击,然而即便有等电位连接或采取共用接地的金属物之间同样可能产生反击,2条并行敷设的长金属物,在其端部通过等电位连接端子相连,当1条金属物上流过雷电流时,在两长金属距端子Lxm距离处的电位差为:
ULX=L0•Lx•(4)
因此,当金属物或电气线路与防雷的接地装置有等电位连接时,还需要满足规范中公式3.3.8-3、3.4.8-3的距离要求。
2防跨步电压安全距离
跨步电压是指雷电流入地点周围电位分布区行走的人,两脚间(80 cm)的电压,离落地点越远,
电流越分散,地面的电势也越低,为了降低跨步电压而需要人与雷电流入地点之间保持一定的安全距离,即防跨步电压安全距离。
土壤干态下,10 kV变压器站或高压线意外漏电跨步电压安全距离为8 m,湿态下安全距离15 m,远大于规范中防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3 m的安全距离,主要原因是变压器站或高压线意外漏电的故障点在地表面,电流主要通过地表面流散,使得地表面的跨步电压高,而接地电阻符合要求的防直击雷人工接地体:(下转第29页)
(上接第22页)
一是有良好的泄流能力,单位体积的平均电流密度小;二是根据规范要求,人工接地体埋深最少需要50 cm,使得地表面的跨步电压大大减小。
3防雷击电磁脉冲耦合安全距离
雷电流产生的暂态脉冲磁场在导体回路中感应出过电压和过电流是通过阻性耦合、感性耦合和容性耦合实现的。其中,阻性耦合是指通过线路两端绝缘依次击穿来转移暂态高电位的一种耦合形式,阻性耦合的条件是有绝缘击穿,一般是由于等电位连接措施不当或等电位不系
统而造成击穿反击。因此,防止阻性耦合,一是等电位连接措施得当,并在一个区域内等电位连接必须彻底全面;二是有良好的绝缘措施和安全距离,安全距离的计算可参考防击穿反击安全距离,但由于一个系统其线路与金属物、各线路之间很难保持足够的安全距离,因此防止阻性耦合以合理有效的等电位连接为主。感性耦合是指金属回路通过雷电流通道的感应场而感应过电压的耦合方式,容性耦合是指雷电流通道通过电容效应在附近线路或金属物上产生过电压的耦合方式,感性耦合和容 性耦合一般同时存在,在不同的情况下影响有主次之分,防止感性耦合和容性耦合的方法主要是合理布线,并保持一定安全距离,以尽量减少由线缆自身形成的感应环路面积。《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004[2]第5.3.3条对线路敷设距离的规定就是为了防止感性耦合和容性耦合。楼顶太阳能热水器与避雷针的安全距离在《建筑物防雷装置施工与验收规范》DB37/1228-2009[3]中仅要求50 cm,而楼顶天线与避雷针的安全距离却需要3 m,主要原因是2种情况安全距离的种类不相同,要求也就不同,太阳能热水器与避雷针之间只需要考虑防反击安全距离,在有等电位连接措施的情况下50 cm的安全距离已经足够,而天线与避雷针之间不仅要考虑防反击安全距离,还要考虑防雷击电磁脉冲的耦合干扰安全距离[4]。
4屏蔽安全距离
屏蔽安全距离可分为屏蔽保护安全距离和屏蔽有效安全距离。屏蔽保护安全距离是指预计闪电通道(如直击雷防护装置)在格栅形屏蔽体以外附近的情况下,当格栅形屏蔽体内磁场强度要求不大于H1时,屏蔽体须与雷击通道间保持的安全距离Sal,Sal应按下式计算:
Sa l≥ i0/(2•л•H1•10SF/20)(m)(5)
式中,i0为雷电流(A);SF为屏蔽系数(dB)。
屏蔽有效安全距离是指为了达到屏蔽的效果,需屏蔽的设备应与屏蔽格栅保持一定安全距离ds。雷击通道在屏蔽体以外时,屏蔽有效安全距离ds/1应按下式计算:
dS/1=w•SF/10(m)(6)
式中,W为格栅形屏蔽的网格宽(m)。
闪电直接击在格栅形屏蔽体上时,屏蔽有效安全距离ds/2应按下式计算:
ds/2=w(m)(7)
很多情况下,防雷安全距离需要考虑以上2种或2种以上的安全距离,这就要求采取逐类分析,综合考虑,以4类安全距离的最大值作为安全距离的允许值。
5结语
防雷安全距离的确定首先要分清类别,才能根据不同类别安全距离的要求和计算方法准确判定安全距离的允许值,涉及到2种或2种以上类别的应采取先分类分析,再综合考虑,多值选高的原则。运用防雷安全距离分类的方法,能够有效地避免误判,提高防雷安全距离判别的准确性和灵活性。
6参考文献
[1] 中华人民共和国机械工业部.GB50057-94建筑物防雷设计规范(2000年版)[S].北京:中国标准计划出版社,2001.
[2] 中华人民共和国建设部.GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[3] 山东省质量技术监督局.DB37/1228-2009建筑物防雷装置施工与验收规范[S].济南:山东省技术监督信息研究所印刷部,2009.
[4] 郑江,林苗.避雷带(短针)接闪点与防雷建筑的安全距离[J].建筑电气,2004,23(2):16-18.

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