2016年6期“雷电电磁脉冲防护及SPD选择”的问题

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   “削足适履”还是“顺其自然”

   从IEC 62305-4（中文版）第47页  附录C  SPD 的配合
   从IEC 62305-4（中文版）第48页 图C.1 低压配电系统 SPD 应用示例 有SPDI、SPDII、SPDIII相对位置布置。与《雷规》附录J 图J.1.2-1～J1.2-5；《建筑物电子信息系统防雷技术规范》图5.4.3-1是一致的。但要注意到，要满足上述SPD布置程式，必须“削足适履”，必须做好引下线在地面以上各楼层，与层钢筋网做好绝缘，成为“与受保护建筑物相分离的外部 LPS系统”。

   “顺其自然”，仍采用“不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”，按全楼都做等电位联接，从顶层开始楼层钢筋与引下线做等电位联接。当损害源为S1时，在顶层设置I级试验的SPD，先泄放雷电流。如果设备供电是由总配电箱放射式的，那进线总配电箱作为2级设备选II级试验的SPD，然后再向其它配电设备、电子设备放射设置相应规格的SPD。

云溪2

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   “与受保护建筑物相分离的外部 LPS”与“不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”，这是新概念，其优缺点应该议一议。

   《建筑电气）2011年6期上的“南洋酒店项目防雷设计优化方案”一文，南洋酒店采用接地井方案，属“A型接地体”。与“与受保护建筑物相分离的外部 LPS系统”相比，除接地不采用“共用接地”外，做法几乎相同。各层闪络电位差，“A型接地体”为 U=I·R+Lc·h·di/dt；“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”为Lc·h·di/dt。差了I·R项。
   
   差了I·R项，做定量计算。其最大电位差，出现在屋顶，出现在短波头的雷击。酒店高度104m取整数100m，冲击接地电阻取10Ω，短波头峰值37.5kA、T1=0.25μs，分流系数取0.44（屋顶引下线＞2根）。
   Lc·h·di/dt=1.5x100x（0.44x37.5/0.25）=9900 （kV）
   接地冲击电阻上最大反击电压，出现在长波头雷击，其值等于 0.44x150x10=660 kV
   I·R 占 I·R+Lc·h·di/dt 比例为 660/（660+9900）=0.063，即6.3%。工程上可忽略不计的，看作相同的。

   由上计算所得可知，南洋酒店采用接地井方案的最大电位差与 IEC 的“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”效果是相同的。更大优点：不必考虑危害源 S1 的雷击电涌了，只需考虑从电源线引入的雷电危害了。不失是个好方案。

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   “南洋酒店项目防雷设计优化方案”的接地方案即遭到了“雷电电磁脉冲防护及SPD选择”作者的批评。

  作者在《智能建筑电气技术》2011年6期“南洋酒店防雷设计方案的缺陷分析”一文中，用等电位联接理念否定了南洋酒店防雷设计方案，也同样否定了IEC的“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”。也否定了目前SPD未按雷电流流向的配置程式。

    作者在《智能建筑电气技术》2011年6期“南洋酒店防雷设计方案的缺陷分析”一文，等电位联接只解决了2个接地系统之间的闪络，但没有解决接地与带电体之间的闪络。更危险的缺陷是，原防雷接地与带电体之间，中间还隔了等电位层，雷电电涌不会直接击闪电源设备和电子设备，现在更危险了。

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   再补充2种不适合Iimp=0.5I/nm的下述场所。

   4. IEC62305-4 图 3b 两个 LPZ 1 的互连
   5. IEC60364-4-4-44 第443.3.1 提到的2类可不装SPD。

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   回71#楼tq02vf4：   接闪器钢筋连在一起是一个导体了，没有互感了？只有自感了，......

   这个问题隐含着一个更大的能量守恒问题，也值得探讨。本人由于学疏才浅，不一定说的对，共同探讨吧！

   接闪器钢筋连在一起是一个导体了，有自感，有电流流动，就有自感磁力线存在，其特点，越离这导体越近，磁力线密度越高，相反，越离该导线越远，磁力线越疏。

   还有一个概念，一根导线可看成一匝线圈（电压互感器、电流互感器就是这原理）。

   没有互感了？只有自感了，......这问题很好回答了。只要有电流（正弦波、脉冲波等）流过导线，就有自感电动势。在其磁力线影响的范围内的导线，也会因互感作用，有互感电动势产生，若导线能形成闭合回路，回路就有感生电流产生。要引起注意的，互感 M 大小与穿过被感应的线圈的磁力线根数有关，越靠近有电流流动的导线越近、或回路面积越大，所包含的磁力线越多，则互感M越大，感生电动势越高，闭合回路感生电流也越大，消耗的能量也越大。能量消耗，将会引起引下线电流在下泄过程中变小，是一个值得探讨的课题。

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   回71#楼tq02vf4：   ......等电位的作用是否也是如此呢？

   等电位，静态时无电流流动。当危害源S1直接击建筑物时，雷电流从屋顶接闪网进入建筑物，沿引下线下泄。由于一点受雷，受雷点电位高于接闪器其它各处的电位。“水往低处流”，同样电也是从高电位处流向低电位处，所以接闪网在雷击时，有雷电流在流动。同理顶层以下各层因钢筋组成的结点电位不相等，总有雷电流在流动，直至各结构各点电位相等时，才会无雷电流流动。这可参看《建筑电气》2005年5期“考虑直接雷击情况的建筑物等电位连接讨论”一文。

   等电位联接线，有雷电流流动。因此，有自感存在，也有互感存在。

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   《雷规》第152页，关于屋顶节日彩灯配电的。有下述论述：“......而且安装在这里的SPD还要与上游安装在分配电箱或总配电箱的SPD配合好，......”。太难理解了，上下游根据什么原则定的？根据雷电流传导途径定，还是与雷电流无关工频电流流向定？工频电流流向能改改变雷电流传导途径吗？IEC有关SPD配合的条文、图例都是按雷电流传导途径定的，一到《雷规》这里，电气原理有了新创造。

   《雷规》的论述太难理解了。

   如果真是SPD上下游由配电级别决定，那配电房永远是第1级，进线总配电箱是第2级配电设备了，永远没有必要装I级试验的SPD了。

   危害源为S1时，在空间上处于最高位置，先受雷的。采用全楼等电位联接的“不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”，屋顶配电箱在时间上先有雷电反击的，装SPD泄流、泄压。而处于地面层上的总配电箱处于末端位置，雷电流应该越来越小才对。而按《雷规》的意思，越到后级，雷电流越来越大。顶层已泄流，低层雷电流越来越大，也即雷电流能量越来越大，这比“永动机”更有创造性，但是有悖常理，违反了能量守恒定理。

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   回58#楼云溪2   雷规关于屋顶装置采用二级实验spd的条文解释计算其实也不严谨

   作者发表在《建筑电气）2011年12期上的“解读《建筑物防雷设计规范》如何选择SPD”一文可取之处，拼弃了50%-50%分配学说，应用了分流系数 kc 概念，不局限于只考虑 ke 一项。比本期文章要好。

   但正如所说，存在几点原理上错误。

   1 该文取错了电位比较的参考点（该文取雷击点为参考电位）。该文将电源相中线的电位与屋顶接闪器相等，是错误的，与其作者在《智能建筑电气技术》2011年6期“南洋酒店防雷设计方案的缺陷分析”一文所述有很大反差。

   2 20m按该文图 3 所示，指的垂直距离，小于分配电箱离地面距离。顶层层高一般不可能有20m，只有4～5m，多余长度不是在屋面敷设，就是在层内敷设在楼板内。问题出来了，在屋顶敷设，本质上是接闪网，在楼板内敷设是等电位连接，这2段长度多出部分，不能按UL=Lc·h·di/dt计算的。

   3 不能按UL=Lc·h·di/dt计算的理由，不符合基尔霍夫定理和阻抗分配原则。屋顶设备一般都设防雷装置，并与相近的防雷装置相连接的，受雷后，雷电必按阻抗大小分配的，防雷接地线越短，雷电流分配越多。20m接地线太长了，分配到的雷电流系数要大大小于0.44。根据基尔霍夫定理，2结点间电位差是一定的，在大长度接地线上电压要保持一定值，只有减小流过的雷电流才能达到。

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   怀疑，现在防雷普遍做法：“不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”是否要改变了。

   下面的图都是“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”的，没有“不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”的。
   《雷规》2000年版 图 6.3.4-1
   《建筑电气》2012年第6期，叶充“民用建筑低压配电系统I级试验SPD设置”的图 1 电涌保护器设置方案
  《建筑电气》2014年第6期，洪友白“雷击引发低压系统冲击电流研究”表1雷击点、损害源、损害类型及其关系 中左侧图，图1、图2、图3（本人注：引下雷电流为100%）
    IEC 62305-1（中文版）第23页 图 2  由雷电防护系统（LPS ）定义的雷电防护区（LPZ） （参见 IEC62305-3 ）。
   IEC 62305-1（中文版）第24页 图 3  针对 LEMP  的防护措施所定义的雷击防护区（LPZ ）（参见 IEC62305-4）
   IEC 62305-4（中文版） 第48页 图C.1 低压配电系统 SPD 应用示例，是IEC 62305-1:2010第23页 图 2（本人注：更为清晰的实际图）。
   IEC 61312-1   1995-02   第一版 图13 （本人注：与《雷规》2000年版 图 6.3.4-1 相同）
   IEC 61643-12:2002  电涌保护器 第12部分  附录D 部分雷电流计算  图 D.1-进入配电系统得部分雷电流总合的简单计算
   IEC 61643-12:2008（英文版）  第72页  Figure D.1-Simple calculation of the sum of partial   lightning currents  into the power distribution system

   以上各图及相对应条文、公式，是“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”的，是否这才是最值得 IEC 推荐的外部防雷方案。

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   《建筑电气）2011年6期上的李兴龙“南洋酒店项目防雷设计优化方案”值得引起深思，该方案比“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”更彻底，排除了S1直接雷击的危害。在当前城镇几乎电源埋地引入的现状，有可能在我国普遍推广。

   外国人为什么要用这种 A型接地体布置 方案，有什么优点？ 是偶然采用，还是普遍采用？请李兴龙等做海外工程的专家多作介绍，可能可在我国推广。

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   解读 IEC 62305-3:2010中  3 术语和定义

   3.2  外部的雷电防护系统
         LPS 的一部分，它含有一个接闪器、一个引下线和一个接地终端装置。
           注：通常这些部分都在建筑物外部。

   “一个”是单数，是典型的LPS物理模型，没有强调接闪器要连接成网，也没有强调接地终端装置要连接成网。

   《建筑电气》2011年第6期，李兴龙“南洋酒店项目防雷设计优化方案”的防雷，符合这种方式的应用之一。

入门者

   解读 IEC 62305-3:2010中  3 术语和定义

   3.3  与受保护建筑物相分离的外部 LPS
         LPS 的接闪器和引下线的位置使得雷电流路径与受保护建筑物无法接触。
          注：在被分离的 LPS 内，LPS 和建筑物间的危险火花得以避免。

   这种模型，与李兴龙“南洋酒店项目防雷设计优化方案”的防雷相比，要求接闪器成网，接地终端装置成网且在建筑物底部与内部的雷电防护系统连接，成共用接地系统。

   这种模型，就是本帖上2楼所指出的各文献和各种IEC图示及条文论述的物理（实际）模型的具体应用。

入门者

   解读 IEC 62305-3:2010中  3 术语和定义

   3.4  不与受保护建筑物相分离的外部 LPS
          LPS的接闪器和引下线的位置使得雷电流路径与受保护建筑物可以接触

   这种模型，就是我国和其他某些国家采用的防雷方式：利用建筑物内的钢筋作防雷装置。这是IEC一大技术进步，是以往的IEC从未提出过的新术语。

   虽然IEC对这种雷电防护系统，还没有完整的电路模型和论述，预见随着技术进步、不久将来会有与时俱进的结果出现。