3 建筑物的防雷分类

3 建筑物的防雷分类

3.0.1 建筑物应根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类。
3.0.2 在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第一类防雷建筑物:
    1 凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物,因电火花而引起爆炸、爆轰,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
    2 具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
    3 具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
3.0.3 在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第二类防雷建筑物:
    1 国家级重点文物保护的建筑物。
    2 国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆,国家级档案馆、大型城市的重要给水泵房等特别重要的建筑物。
    注:飞机场不含停放飞机的露天场所和跑道。
    3 国家级计算中心、国际通信枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物。
    4 国家特级和甲级大型体育馆。
    5 制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
    6 具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
    7 具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物。
    8 有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
    9 预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。
    10 预计雷击次数大于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。
3.0.4 在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第三类防雷建筑物:
    1 省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。
    2 预计雷击次数大于或等于0.01次/a,且小于或等于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物,以及火灾危险场所。
    3 预计雷击次数大于或等于0.05次/a,且小于或等于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。
    4 在平均雷暴日大于15d/a的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区,高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

 

条文说明
 

3 建筑物的防雷分类
3.0.1 将工业和民用建筑物合并分类,分为三类。
    本规范对第一类防雷建筑物和第二、三类的一部分(如爆炸危险场所、文物)仍沿用以往的做法,不考虑以风险作为分类的基础。IEC 62305—2:2010 Ed.2.0(Protection against lightning—Part2:Risk management.防雷—第2部分:风险管理)在其Introduction(序言)最后均有这样的一段话:The decision to provide lightning protection may be taken regardless of the outcome of any risk assessment where there is a desire that there be no avoidable risk。译文:当预期风险是不可避免时,可以不管风险评估的结果如何而决定提供防雷。
    规范中列入第一类防雷建筑物和部分第二类防雷建筑物的建筑物就是这样。此外,按IEC 62305—2:2010的做法很复杂,要有结合我国情况以前的损失数据(特别是间接损失,我们缺少这些资料),而且要制作出应用软件,在目前这是很难做到的。
    对于第二、三类中一些难于确定的建筑物则根据风险这一基础来划分。对风险的分析见本章第3.0.3条的条文说明。
3.0.2 本条为强制性条文。增加了“在可能发生对地闪击的地区”。
    1 火炸药及其制品包括火药(含发射药和推进剂)、炸药、弹药、引信和火工品等。
    爆轰—— 爆炸物中一小部分受到引发或激励后爆炸物整体瞬时爆炸。
    2、3 爆炸性粉尘环境区域的划分和代号采用现行国家标准《可燃性粉尘环境用电气设备 第3部分:存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》GB 12476.3—2007/IEC 61241—10:2004中的规定。
    0区:连续出现或长期出现或频繁出现爆炸性气体混合物的场所。
    1区:在正常运行时可能偶然出现爆炸性气体混合物的场所。
    2区:在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的场所,或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的场所。
    20区:以空气中可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地短时存在于爆炸性环境中的场所。
    21区:正常运行时,很可能偶然地以空气中可燃性粉尘云形式存在于爆炸性环境中的场所。
    22区:正常运行时,不太可能以空气中可燃性粉尘云形式存在于爆炸性环境中的场所,如果存在仅是短暂的。
    1区、21区的建筑物可能划为第一类防雷建筑物,也可能划为第二类防雷建筑物。其区分在于是否会造成巨大破坏和人身伤亡。例如,易燃液体泵房,当布置在地面上时,其爆炸危险场所一般为2区,则该泵房可划为第二类防雷建筑物。但当工艺要求布置在地下或半地下时,在易燃液体的蒸气与空气混合物的密度大于空气,又无可靠的机械通风设施的情况下,爆炸性混合物就不易扩散,该泵房就要划为1区危险场所。如该泵房系大型石油化工联合企业的原油泵房,当泵房遭雷击就可能会使工厂停产,造成巨大经济损失和人员伤亡,那么这类泵房应划为第一类防雷建筑物;如该泵房系石油库的卸油泵房,平时间断操作,虽可能因雷电火花引发爆炸造成经济损失和人身伤亡,但相对而言其概率要小得多,则这类泵房可划为第二类防雷建筑物。
3.0.3 本条为强制性条文。增加了“在可能发生对地闪击的地区”。增加了第4款:“国家特级和甲级大型体育馆”。
    5 有些爆炸物质不易因电火花而引起爆炸,但爆炸后破坏力较大,如小型炮弹库、枪弹库以及硝化棉脱水和包装等均属第二类防雷建筑物。
    9 增加了“以及火灾危险场所”。
    选择防雷装置的目的在于将需要防直击雷的建筑物的年损坏风险R值(需要防雷的建筑物每年可能遭雷击而损坏的概率)减到小于或等于可接受的最大损坏风险RT值(即R≤RT)。
    本章中对于需计算年雷击次数的条文采用每年10-5的RT值,即每年十万分之一的损坏概率。
    基于建筑物年预计雷击次数(N)和基于防雷装置或建筑物遭雷击一次发生损坏的综合概率(P),对于时间周期t=1年,在NPt<<1的条件下(所有真实情况都满足这一条件),下面的关系式是适用的:

综合概率

式中:Pi——防雷装置截收雷击的概率,或防雷装置的截收效率(也用Ei表示),其值与接闪器的布置有关;
          Pf——闪电穿过防雷装置击到需要保护的建筑物的概率,也即防雷装置截收雷击失败的概率,等于(1-Pi)或(1-Ei);
        Pid——防雷装置所选用的各种尺寸和规格,当其截收雷击后保护失败而发生损坏的概率;
        Pfd——防雷装置没有截到雷击而发生损坏的概率。

    一次雷击后可能同时在不同地点发生n处损坏,每处损坏的分概率为Pk,这些分概率是并联组成,因此,一次雷击的总损坏概率为:

式(3)

    分损坏概率包含这样一些事件,如爆炸、火灾、生命触电、机械性损坏、敏感电子或电气设备损坏或受到干扰等。
    在确定分损坏概率时,应考虑到同时发生两类事件,即引发损坏的事件(如金属熔化、导体炽热、侧向跳击、不容许的接触电压或跨步电压等)和被损坏物体的出现(即人、可燃物、爆炸性混合物等的存在)这两类事件同时发生。
    出现引发损坏事件的概率直接或间接与闪击参量的分布概率有关,在设计防雷装置和选用其规格尺寸时是依据闪击参量的。
    在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率取决于建筑物的特点、存放物和用途。
    为简化起见,假定:
    1)在引发事件的地方出现可能被损坏的周围物体的概率对每一类损坏采用相同的值,用共同概率Pr代替;
    2)没有被截到的雷击(直击雷)所引发的损坏是肯定的,损坏的出现与可能被损坏的周围物体的出现是同时发生的,因此,Pfd=Pr
    3)被截到的雷击引发损坏的总概率只与防雷装置的尺寸效率Es有关,并假定等于(1—Es)。Es规定为这样一个综合概率,即被截收的雷击在此概率下不应对被保护空间造成损害。Es与用来确定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关。
    将上述假定代入式(2),即将以下各项代入:Pi用Ei代入,Pf用(1—Ei)代入,Pfd用Pr代入,Pid用Pr(1—Es)代入;此外,引入一个附加系数Wr,它是考虑雷击后果的一个系数,后果越严重,Wr值越大。
因此,式(2)转化为:

式(4)

    概率Pr应看作是一个系数,它表示建筑物自身保护的程度或表示考虑这样的真实情况的一个系数,即不是每一个打到需要防雷的建筑物的雷击和不是每一个使防雷装置所选用的规格和尺寸失败的雷击均造成损坏。Pr值主要取决于建筑物的特点,即它的结构、用途、存放物或设备。

式(5)

    η或EiEs为防雷装置的效率。
    由式(1)、(4)、(5)得:

由式(1)、(4)、(5)得

    如果R值采用可接受的年最大损坏风险RT=10-5a-1并使

式(6)

式中:NT——建筑物可接受的年允许遭雷击次数(次/a)
    因此,防雷装置所需要的效率应符合下式:

式(7)

    根据IEC 62305—1:2010 Ed.2.0(Protection against lightning—Part1:General Principles.防雷 — 第1部分:总则第22、23页的表4和表5,第三类防雷建筑物所装设的防雷装置的有关值见表1。

表1  Ei和Es值

注:1 Ei为防雷装置截收雷击的概率,或防雷装置的截收效率,其值与接闪器的布置有关,第三类防雷建筑物采用60m的滚球半径,其对应的最小雷电流幅值为16kA,雷电流大于16kA的概率为0.84;
       2 Es与用来确定接闪器、引下线、接地装置的尺寸和规格的闪击参量值有关,小于第三类防雷建筑物所规定的各雷电流参量最大值(见本规范附录F)的概率为0.97。

    根据验算和对比(见本条第10款和本章第3.0.4条第2、3款的条文说明),本规范对一般建筑物和公共建筑物所采用的PrWr值见表2(由于校正系数k的改变,见本规范附录A及其说明,PrWr值有所改小)。

表2  PrWr 值

    从表1可以看出,保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率η值为0.81,从表2查得,公共建筑物的NT值为1× 10-2。将这两个数值代入式(7),得0.81≥1-1×10-2/N,所以N≤1× 10-2/0.19=0.053≈0.05。这表明对这类建筑物如采用第三类防雷建筑物的防雷措施,只对N≤0.05的建筑物保证RT值不大于10-5 。当N>0.05时,RT值达不到(即大于)10-5,因此,当N>0.05时,升级采用第二类防雷建筑物的防雷措施。
将部、省级办公建筑物列入,是考虑其所存放的文件和资料的重要性。人员密集的公共建筑物,是指如集会、展览、博览、体育、商业、影剧院、医院、学校等建筑物。
    10 增加了“或一般性工业建筑物”。从表1可以看出,保护第三类防雷建筑物的防雷装置的效率η值为0.81。从表2查得,一般建筑物的NT值为5× 10-2。将这两个数值代入式(7),得0.81≥1-5× 10-2/N,所以N≤5× 10-2/0.19=0.26≈0.25。这表明:对这类建筑物如采用第三类防雷建筑物的防雷措施,只对N≤0.25的建筑物保证RT值不大于10-5。当N>0.25时,RT值达不到(即大于)10-5,因此,当N>0.25时,升级采用第二类防雷建筑物的防雷措施。

3.0.4 本条为强制性条文。增加了“在可能发生对地闪击的地区”’并删去原第4、5款。
    2 增加了“以及火灾危险场所”。当没有防雷装置时η=0,从表2查得,公共建筑物的NT值为1× 10-2。将这两个数值代入式(7),得0≥1-1× 10-2/N,所以N≤0.01。这表明对这类建筑物当N<0.01时,可以不设防雷装置;当N≥0.01时,要设防雷装置。
    3 增加了“或一般性工业建筑物”。当没有防雷装置时η=0,从表2查得,一般建筑物的NT值为5× 10-2。将这两个数值代入式(7),得0≥1-5× 10-2/N,所以N≤0.05。这表明对这类建筑物当N<0.05时,可以不设防雷装置;当N≥0.05时,要设防雷装置。
下面用长60m、宽13m(即四个单元住宅)的一般建筑物作为例子进行验算对比,其结果列于表3。原规范的建筑物年预计雷击次数计算式为N=kNgAe=k×0.024Td1.3×Ae,修改后,本规范的建筑物年预计雷击次数计算式为N=kNgAe=k×0.1Td×Ae。k值均取1。 表3  计算结果的比较表

    注:表中的年平均雷暴日取自气象系统提供的资料,其统计时段除贵阳为1971—1999年和上海为1991—2000年外,其他均为1971—2000年。

    要精确计及周围物体对建筑物等效面积的影响,计算起来很繁杂,因此,略去这类影响的精确计算;而改用较简单的计算方法,见本规范附录A的第A.0.3条的第2、3、4、5、6款及其相应说明。

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