防雷引下线截面积的确定方法 徐泽芳 （江西信息应用职业技术学院 江西南昌 ３３００４３） 学术论坛 摘要：本文根据热力学第一定律，计算首次雷击时单位长度钢筋里一次雷电所产生的总热量及其内能变量，分别得出各类防雷建筑物ｉＩ 下线截面积和雷电流峰值的关系式，为防雷引下线截面积的设计、检测和验收提供了方使快捷的计算公式。 关键词：接冈器 引下线 藏面积 确定方法 中图分类号：ＴＵ８９ 文献标识码：Ａ 文章编号；Ｉ６７２—３７９１（２００８）Ｉｌ（ｃ）一０２４８—０２ １建筑物防雷设计规范ＧＢ ５∞５７—９４对引 圆钢直径不应小于１０ｒａｍ，扁钢截面不应小于 的，一次雷电平均包括３～４次放电。因此，在 ８０ｍｍ 。 下线的要求 单位长度的钢筋里由一次雷电所产生的总热 直击雷的避雷装置由三部分组成，即接闪 器、引下线和接地装置三部分。引下线是连接 ２首次雷击情况下，引下线截面积和雷电流 接闪器与接地装置的金属导体。关于引下线， 峰值的关系 “规范ＧＢ ５００５７—９４”作如下规定：引下线 ２．’引下线截面积和雷电流峰值的关系式的推 一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不小于下列数值： 导 圆钢直径应不小于８ｒａｍ ｌ扁钢截面不应小于 雷电通道的温度可达６０００。Ｃ～ｌ００００。Ｃ ４８ｒａｍ ，其厚度不应小于４ｍｍ。当烟囱上的 （太阳表面的温度为６０００。Ｃ），甚至更高，雷电 引下线采用圆钢时，其直径不应小于１２ｍｍ；采 流通过金属导体，当导体截面不够大时，甚至 用扁钢时，其截面不应小于１００ｒａｍ２，厚度不应 可使其熔化，遇到易燃物质，可能引起火灾，雷 小于４ｍｍ。建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、 击点产生的热能足以熔化直径４ｍｍ－６ｍｍ的 梁、柱、基础内的钢筋作为引下线。敷设在混 钢球，可以击穿厚度小于４ｒａｍ的钢板。参考 凝土中作为引下线的钢筋或圆钢，当仅一根时， ＩＥＣ—ＴＣ８１的有关文件，规范中各类防雷建 其直径不应小于ｌＯｍｍ（Ｓ＝７８．５ｍｍ ）。被利 筑物所采用的首次雷击的雷电流参量，参见表 用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的 ｌ。因为首次雷击以后的负雷击的雷电流峰值 钢筋，其截面积总和不应小于一根直径为 Ｉｍ（ｋＡ）均小于首次雷击的，安全泄流首次雷 ｌＯｍｍ钢筋的截面积（８＝７８．５ｒａｍ ）。 击电流的截面积对首次雷击后的负雷击电流 引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路 自然也能安全泄流，所以只需确定首次雷击情 径接地，明敷引下线应热镀锌或涂漆。在腐蚀 况下，引下线的截面积。 性较强的场所，应加大其截面积或采取其他防 为了安全起见，假定雷电流以同样的波形 腐措施。建筑艺术要求较高者可暗敷，但其 重复放电５次，因为雷电放电大多数是重复性 表１首次雷击参量 首次雷击 防雷建筑物的类 第一类 第二类 第三类 峰值 （ｋＡ） ２ＯＯ １５０ ｌ０Ｏ 渡头 （ｕ ｓ） ｌ０ １０ １０ 半峰值时间乃ｆ ｕ ｓ） ３５Ｏ ３５０ ３５０ 电荷 （Ａｓ） １００ ７５ ５０ 单位能量ｗ／Ｒ ５／ ） １０ ５．６ ２．５ １ Ｉ● （千安） ０ １０ ３５０ ｔ（ｐｓ） Ⅱ 图’计算用的雷电流波形（∞ ） ２４８科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 量为： ￡Ｑ（焦耳）＝５』 ０ｌｏ６ｉ Ｐ Ｓ一 ｄｔ＝５ ｐ Ｓ一 ， ０１０６Ｆｄｔ （Ｉ） 式中ｉ为随时间而变化的雷电流（千安），在 本计算中，采用的雷电流波形如图ｌ所示，其波 头为半余弦波，波头时间Ｔｌ为ｌＯ ｕ ｓ（１０ Ｘ １ 秒），波长时间Ｔ２为３５０ ｓ（３５ｏ×１０ 秒）； ｔ为雷电流流过的时间（秒）取波长时间 Ｔ２ｔ ｐ为钢筋的平均电阻率（欧・毫米）， ｓ为钢筋的截面积（ａｒｍ ）； Ｉｍ为雷电流的峰值（千安）。 钢升高到某温度时的电阻率ｐ ｌ可按下 式计算： ｐ ｌ＝０ ００＋４．５×ｔＯ △Ｔ＋５．８ Ｘ ｔ０－６ △Ｔ２） （２） 式中ｐ０：钢在正常温度（设为４０＂１２）时的电 阻率，为ｔ２×１０。欧・毫米～１６×１０。欧－ 毫米ｌ △Ｔ为从正常温度升高的温升（℃）。 根据（２）式，可以求出从４０＂（２升至１００￣Ｃ时 （即Ａ Ｔ＝６０＊Ｃ），钢的平均电阻率为（ｐ ０取ｌ６ Ｘ １０ 欧・毫米）Ｐ １ ８．３×１０ 欧・毫 米，而温度从４０Ｃ升至８０Ｃ时钢的平均电阻率 为Ｐ：１ ７．５ Ｘ ｌ０ 欧・毫米。 将（１）式右面的积分式分为两部分进行积 分，得： ｆ。 。 １０６ ｆ ｄｔ＝ｆ。 。 １ｏ ×［１－￣ｏ ｓｗｔ１．］ ｘ ３９３０ ４ ２ ｄｆ — ｍ 和 ： －ｏ‘ｆ ｄｆ＝ ： － ｘ ‘ 竺 ‘因比∑Ｑ ＝５ ：５ ｐＳ （（３ｉｉ ＋０ ２＋３９３１０．４１ 一）Ｉ） ＝６５６９．４２ ｐＳ一 Ｉｍ 单位长度（１毫米）钢筋里的内能变量是： Ｑ （焦耳）＝ｃｇｓ△Ｔ 式中ｃ：钢筋的平均比热容（焦耳／克・℃）， 当钢筋的温度为取０．４５８（焦耳／克‘。Ｃ） ｇ为钢筋的密度７．８５ Ｘ ｔＯ 克／ｒａｍ ｛ Ｓ为钢筋的截面（ａｒｍ ）， △Ｔ为温升（。ｃ）。 学术论坛 根据热力学第一定律：∑Ｑ＝Ｑ ＋△Ｗ，令 △Ｗ－Ｏ，则有ＥＱ＝Ｑ ，得： ６５６９．４２ ｐＳ Ｉｍ ＝ＣｇＳ Ａ Ｔ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ 在上述情况下，接闪器或单根引下线截面 ＝２６．８４ｍｍ；第三类防雷建筑物，当钢筋允许 积、直径与雷电流峰值的关系如表２。以上未 的温升为６Ｏ℃时，钢筋截面积为２３６ｍｍ 是较 考虑分流作用。设接闪器成闭合环或网状的 小值，对应钢筋直径为ｄ３＝ｌ７．３３ｍｍ。 ２．２引下线截面积的确定 ｓ＿ＩｍＪ （３） Ｉｍ用１０＝ｋＣｌｍ＝０．４４Ｉｍ代入，可得引下线截 面积和雷电流峰值的关系如表３所示。 多根引下线，此时分流系数ｋＣ＝０．４４，计算中 （３）两根以上引下线截面积应依据防雷类 另Ｕ、钢筋允许的温升、分流系数ＫＣ而确定。 （４）供电线路ＳＰＤ的接地线截面积应依据 通流容量、保护级别、ＳＰＤ性能要求而确定。 当Ａ Ｔ＝６０＂Ｃ单根引下线时，把Ｐ １８．３ Ｘ １０ 欧・毫米，Ｃ＝０．４５８（焦耳／克‘℃）， ｇ＝７．８５×１０ 克／ｒａｍ 代人（３）式，得： Ｓ＝２．３６Ｉｍ ３供电线路ＳＰＤ的技术性能参数与接地线 截面积、直径对照表（Ａ Ｔ＝４０。Ｃ） 参考文献 （４） 把供电线路ＳＰＤ的第一级通流容量最大 【ｌ】关象石，等．防雷技术标准规范汇编ＩＳ］．２００１： 值代入公式（５），结果如表４所示。 ２７５～３４１． 当Ａ Ｔ－４０℃单根引下线时同理可得： Ｓ＝２．８３Ｉｍ （５） 当Ａ Ｔ－６０℃单根引下线时，由（４）式计算 可得： 【２】林维勇．基础接地体及其应用【Ｍ】．中国建 ４结语 为了安全泄流，接闪器或引下线截面积除 筑工业出版社，１９８０（１）：３８－６３． 第一类防雷建筑物Ｉｍ＝２００Ｋａ，Ｓ１＝２．３６× ２００＝４７２ｍｍ２，对应钢筋直径ｄ１为２４．５１ｒａｍＩ 第二类防雷建筑物Ｉｍ－１５０ｋＡ，Ｓ２＝２．３６ Ｘ １５０＝３５４ｒａｔａ２，对应的钢筋直径ｄ２为２１．２３ｍｍ； 了要满足建筑物防雷设计规范ＧＢ ５００５７—９４ 以外，建议还必须按照下面的计算要求而确 定： （１）钢筋允许的温升为６Ｏ℃时，截面积和 第三类防雷建筑物Ｉｍ－１００ｋＡ，Ｓ３：２．３６ Ｘ １００＝２３６ｍｍ ，对应钢筋直径ｄ３为１７．３３ｒａｍ。 雷电流峰值的关系式是ｓ≥２．３６Ｉｍ ｌ钢筋允 许的温升为４０Ｃ时，截面积和雷电流峰值的关 Ａ Ｔ＝４００Ｃ单根引下线，由（５）式ｉｔｌｇ可得 第一类防雷建筑物Ｉｍ＝２００ｋＡ，ＳＩ ＝２．８３ Ｘ 系式是ｓ≥２．８３Ｉｍ。在腐蚀性较强的场所， ２００＝５６６ｍｍ２，对应钢筋直径为ｄｌ ＝２６．８４ｍｍ｝ 第二类防雷建筑物Ｉｍ＝１５０ｋＡ，ｓ２ ＝２．８３ Ｘ ｌ５０＝４２４．５ｒａｍ２，对应钢筋直径为ｄ２ ＝２４ｒａｍ｝ 第三类防雷建筑物Ｉｍ＝１００ｋＡ，ｓ３，＿２．８３× １００－２８３ｍｍ ，对应钢筋直径为ｄ３ ＝１８．９８ｍｍ。 应加大其截面积或采取热镀锌等防腐措施。 （２）接闪器或单根引下线截面积应依据防 雷类别、钢筋允许的温升而确定。第一类防雷 建筑物，当钢筋允许的温升为４Ｏ℃时，钢筋截 面积为５６６ｍｍ 是较大值，对应钢筋直径为ｄｌ 表２接闪器或单根引下线截面积 直径与雷电流峰值的关系（ｋｃ：１） 首次雷击 温升 峰值Ｌ（１ｃＡ） △ ＝８０－Ｃ 截面积（ｎｌｒｆｌ２） 钢筋直径（ＩＴＩｒｆＩ） 防雷建筑物的类别 第一类 ２０１３ ４７２ ２４。５ｉ 第二类 １５０ ３５４ ２１。２３ 第三类 １Ｏ０ ２３６ １７．３３ ０ ７－－４０ 截面积ｆｏｒｍ＇） 钢筋直径（ｍ） ５６６ ２６．８４ ４２４．５ ２４ ２８３ １８．９８ 表３弓ｌ下线截面积．直径与雷电流峰值的关系（ｋｃ＝Ｏ．４４） 首次雷击 ｌ 温丹 第一类 防雷建筑物的类别 第二类 第三类 峰值Ｌ（１（Ａ） △Ｔ＝６０ ’ 截面积ｆ ） 钢筋直径（ｒａｍ） △Ｔ：４。℃ 截面积（ ） 羽筋直径（ｍ） ２００ ２０７。６８ １６．２６ ２４９．０４ ｌ７．８ｌ １５Ｏ １５５．７６ １４。０８ １８６．７８ １５．４２ ｌｏ０ ｌ０３．８４ ｌ１．５Ｏ １２４．５２ １２．５９ 表４ 供电线路ＳＰＤ的技术性能参数与接地线截面积．直径对照表（Ａ Ｔ：４０。Ｃ） ＳＰＤ性能受求 保｛户级别 第一级通流容量（１（Ａ） 绥地线截面积 接地线直径 架空进线 （ⅡｌＩ【Ｉ２） （Ｉ Ｌ） 防护等级Ａ级 防护等级Ｂ级 四级 三级 ２０～４０（１０／３５０ ｕ ｓ） １５～３Ｏ ｆ１０１３５０ ｕ ｓ） ｌ１３．２ ８４．９ ｌ２．０ｏ １０．４Ｏ 防护等级Ｃ级 防护等级Ｄ级 二级 一级 １５～２Ｏ（１０１３５０ ｕ ｓ） １０～１５（１０／３５０ ｕ ｓ） ５ ６．６ ４２．４５ ８．４９ ７．３５ 干 括乐驽讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯ０Ｙ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２４９