避雷装置的原理及安装规范

避雷装置的工作原理及安装规范

目录

一、工作原理 (1)

二、避雷装置的组成 (2)

1.接闪器 (2)

2.引下线 (2)

3.接地装置 (2)

三、避雷装置的安装 (3)

1.接闪器的安装 (3)

2.引下线的安装 (4)

3.接地装置的安装 (8)

四、接地电阻 (10)

1.接地电阻的概念及要求 (10)

2.接地电阻的测试 (11)

避雷装置的工作原理及安装规范

避雷装置，是用来保护建筑物或构筑物等避免雷击的装置，它的作用是将雷击电荷或建筑物的感应电荷迅速引入大地，以保护建筑物、电器设备及人身不受损害。一套完整的避雷装置是由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器有避雷针、避雷线、避雷带和避雷网等，是安装在需要被保护的建筑物或构筑物的顶部，用于接受雷电电荷的装置。引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体，是将雷电流引入大地的通道。接地装置包括接地线和接地体，是防雷装置的重要组成部分。

一、工作原理

依据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），避雷装置的基本原理是让由地球大气层中雷云感应的电荷及时地通过接闪器、引下线和接地装置引入地球表面，将电荷减低或者中和，避免其过分的积累而引发巨大的雷电击中事故，从而保护可能被雷电击中的建筑物或构筑物等。

同时，在雷电发生时，接闪器还能吸引雷电的放电通道，主动地将雷电电荷通过引下线和接地装置导入地球大地中，避免因雷电产生的巨大电流对建筑、设备、人及其它构筑物造成破坏或伤害。

避雷针是避雷装置中接闪器所最常见的一种方式，其工作原理是利用尖端放电现象，在雷雨天气，高楼或者较高的构筑物上空出现带电云层时，避雷针以及建筑物等上空会被感应上大量电荷，由于避雷针的针头是尖的，所以静电感应时，导体尖端总是会聚集最多的电荷，这样，避雷针的尖端就会聚集大部分的电荷。避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器，由于它较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，所以电容就很小，也就是说他能容纳的电荷很少。但是它又聚集了大部分的电荷，所以，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体。这样，带电云层与避雷针就会形成通路，从而是带电云层通过避雷针、引下线、接地装置与地球表面形成闭合回路，这样，带电云层上的电荷就可以通过避雷装置导入大地中和，使其不对建筑物或构筑物等构成危险。

二、避雷装置的组成

完整的避雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。

1．接闪器

接闪器是用来接受雷击电流的装置。根据被保护物的形状不同，接闪器的形状有针、网、带、线、环等不同形状。

（1）避雷针

适用于保护细高建筑物或构筑物，如孤立的建筑物、水塔等。一般用镀锌圆钢或镀锌钢管制成，在尖端砸尖，以利于尖端放电。

（2）避雷线

适用于长距离高压供电线路的防雷保护。一般采用截面积不小于352

mm的镀锌钢绞线，架设在架空线路上方。

（3）避雷带和避雷网

在建筑物顶部及其边缘装设避雷带、网是为了保护建筑物表层不被雷击。适用于宽大的需要设置防雷的工业和民用建筑。一般采用镀锌圆钢或扁钢。其中，圆钢直径不小于8mm，扁钢厚度不小于4mm。

（4）放射式避雷针

也称为海胆式避雷针，是一种新型成型的产品。

2．引下线

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体。是将雷电流引入大地的通道。引下线按照材料可分为：镀锌接地引下线和镀铜接地引下线、铜材引下线（由于成本较高，一般不采用）、超绝缘引下线。镀锌引下线常用的有镀锌圆钢（直径8mm以上）、镀锌扁钢（3×30mm或4×40mm），超绝缘引下线区别于传统采用的圆钢和扁钢作为避雷引下线的方式，它的内部采用了具有非常强的雷电传导功能的特殊铜芯，外部采用了具有超强绝缘性能的特殊材料，保证了其强大的绝缘性能，满足了产品设计要求的相当于0.75m空气的绝缘距离（此产品适用于安全要求比较高的场所，成本比铜材贵）。引下线的材料多为圆钢和扁钢，对于钢筋混凝土建筑，可利用柱内主筋作为引下线。引下线的敷设方式分为明敷和暗敷两种。

3．接地装置

接地装置包括接地线和接地体，是防雷装置的重要组成部分。接地装置向大地均匀泄放雷电流，使防雷装置对地电压不至于过高。接地装置可用扁钢、圆钢、角钢、钢管等钢材制成。

接闪器、引下线与接地装置是各类需要防雷的建筑物、构筑物都应装设的防雷装置，但是由于对防雷的要求不同，各类防雷建筑物、构筑物在使用这些防雷装置时技术要求就有所差异。工程上的建筑物大部分属于第三类防雷建筑物，但是其中“凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者”属于第一类防雷建筑物；“制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，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”和“工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐”属于第二类防雷建筑物。具体参见《建筑物防雷设计规范》。

三、避雷装置的安装

避雷装置的安装分为接闪器的安装、引下线的安装和接地装置的安装。

1．接闪器的安装

1.1接闪器的安装要求

（1）建筑物顶部的避雷针、避雷带等必须与顶部外露的其他金属物件练成一个整体，形成电气通路，且须与避雷引下线连接可靠。

（2）避雷针、避雷带应位置正确，焊接固定的焊缝饱满无遗漏，螺栓固定的应连牢固，放松零件齐全，焊接部分补刷的防腐油漆完整。

（3）避雷带应平正顺直，固定点支持件间距均匀、固定可靠，每个支持件应能承受大于49N（5Kg）的垂直拉力。当设计无要求时，水平直线部分支持间距为0.5～1.5m；转弯转角部分为0.3～0.5m。

1.2比较常用的屋顶避雷针的安装

避雷针一般采用镀锌圆钢或者焊接光管制作，焊接处应涂防腐漆。其直径不应小于表1数值

针长1～2m圆钢?16，钢管25mm

烟囱顶上的避雷针圆钢?20，钢管40mm

避雷针在屋面安装时，先组装好避雷针，在避雷针支座地板上相应的位置，焊上一块肋板，将避雷针竖立在支座上，利用支座和肋板找直、找正后进行点焊、校正，焊上其它三块肋板，并与引下线焊接牢固，屋面上若有避雷带，还要与其焊接成一个整体，如图1所示。图中所示避雷针针体各节尺寸见表2。

图1屋面避雷针的安装

避雷针全

高

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

避雷针各

节尺寸

A(SC25) 1.00 2.00 1.50 1.00 1.50

B(SC40) —— 1.50 1.50 1.50

C(SC50) ——— 1.50 2.00

表中：A、B、C代表图1中的三段，SC代表焊接钢管，25、40、50代表的是钢管的直径（单位为mm）

避雷针安装后应垂直，其允许偏差不应大于尖端针杆直径。设有标志灯的避雷针，灯具应完整，显示清晰。

（机械设备安装的避雷针在其根部与底座之间有绝缘体，引下线是与避雷针连接，而避雷针与机械设备的机身之间是绝缘的。）

2．引下线的安装

2.1一般要求

引下线的安装方式有明敷和暗敷两种。明敷时一般采用直径8mm的圆钢或者界面为304mm

?的扁钢。在易受腐蚀部位，界面应适当加大。引下线应沿建筑物外墙敷设，距墙面15cm，固定支点间距不应大于2m。敷设是应保持一定松

紧度。从接闪器到接地装置，引下线的敷设应尽量短而直。引下线应敷设于人们不易触及之处。地上1.7m以下的一段引下线应就加保护设施。以避免机械损坏引下线应镀锌，焊接处应涂防锈漆，但利用混凝土中钢筋做引下线除外。

一级防雷建筑物专设地下线时，其根数不少于两根，沿建筑物周围均匀或对称布置，间距不应大于12m，防雷电感应的引下线间距应介于18～24m之间；二级防雷建筑物引下线数量不应少于2根，沿建筑物周围均匀或对称布置，平均间距不应大于18m；三级防雷建筑物引下线数量不宜少于两根，平均间距不应大于25m，但周长不超过25m，高度不超过40m的建筑物可只设一根引下线。

当引下线长度不足，需要在中间接头时，引下线应进行搭接焊接。

避雷引下线敷设的有关规范规定：

（1）建筑物抹灰层内的引下线应有卡钉分段固定；明敷的引下线应平直、无急弯，与支架焊接处，尤其防腐且无遗漏。

（2）用金属构件、金属管道做接地线时，应在构件或管道与接地干线间焊接金属跨接线。

（3）接地线的焊接应符合接地装置一样的焊接要求，材料采用的最小允许规格、尺寸和接地装置所要求相同。

（4）明敷引下线及室内接地干线的支持件间距应均匀，水平直线部分0.3～0.5m。

（5）接地线在穿越墙壁、楼板和地坪处应加套钢管或其它坚固的保护套管，钢套管应与接地线做电气连通。

2.2明敷引下线

明敷引下线应预埋支持卡子（如图2所示），支持卡子应突出外墙装饰面

15cm以上，露出长度应一致，将圆钢或扁钢固定在支持卡子上。一般第一个支持卡子在距室外地面2m高出预埋，距第一个卡子正上方1.5～2m处预埋第二个卡子，依此向上逐个埋设，间距均匀相等，并保证横平竖直。

明敷引下线调直后，从建筑物最高点由上而下，逐点与预埋在墙体内的支持卡子套环卡固，用螺栓或焊接固定，直至断接卡子为止。

图2 支持卡子

2.3暗敷引下线

沿墙或混凝土构造柱暗敷设的引下线，一般使用直径不小于φ12的镀锌圆钢或截面为254mm mm ?的镀锌扁铁。钢筋调直后先与接地体（或断接卡子）用卡钉固定好，垂直固定距离为1.5～2m ，由下至上展放或一段一段连接钢筋，直接通过挑檐板或女儿墙与避雷带焊接。

利用建筑物钢筋做引下线时，钢筋直径为16mm 及以上时，应利用两根钢筋（绑扎或焊接）作为一组引下线；当钢筋直径为10～16mm 时，应利用四根钢筋（绑扎或焊接）作为一组引下线。

引下线上部（屋顶上）应与接闪器焊接，中间与每层结构钢筋需进行绑扎或焊接连接，下部在室外距地面0.8～1m 处将暗敷引下线用一根φ12mm 的圆钢或截面为404mm mm ?的扁钢焊出，伸向室外距外墙面的距离不小于1m 。

2.4断接卡子

为了便于测试接地电阻值，接地装置中自然接地体和人工接地体连接处和每根引下线应有断接卡子。断接卡子应有保护措施。引下线断接卡子应在距地面

1.5～1.8m 高的位置设置。

断接卡子的安装形式有明装和暗装两种，分别如图3和图4所示。可利用不小于40mm ?4mm 或254mm mm ?的镀锌扁钢制作，用两根镀锌螺栓拧紧。引下线圆钢或扁钢与断接卡子的扁钢应采用搭接焊。

明装引下线在断接卡子下部，应外套竹管、硬塑料管等非金属管保护。保护管深入地下部分不应小于300mm 。明装引下线不应套钢管，必须外套钢管保护时，必须在保护钢管的上、下侧焊跨接线与引下线连接成以整体。

用建筑物钢筋做引下线，由于建筑物从上而下钢筋连成一整体，因此不能设置断接卡子，需在柱（或剪力墙）内作为引下线的钢筋上，另焊一根圆钢引至柱（或墙）外侧的墙体上，在距地面1.8m 处，设置接地电阻测试箱；也可在距地面1.8m 处的柱（或墙）的外侧，将用角钢或扁钢制作的预埋连接板与柱（或墙）的主筋进行焊接，再用引出连接板与预埋连接板相焊接，引至墙体外表面。

图3 明装引下线断接卡子的安装

图中：a)-用于圆钢连接线 b ）用于扁钢连接线 D-圆钢直径 B-扁钢厚度

1-圆钢引下线 2-254mm mm ?长度为906D ?的连接板

3-830M mm ?镀锌螺栓 4-圆钢接地线 5-扁钢接地线

图4 暗装引下线断接卡子的安装

图中：a ）-专用暗装引下线 b ）-利用柱筋作引下线

下左-连接板 下右-垫板 1-专用引下线 2-至柱筋引下线 3-断接卡子

4-1030M mm ?镀锌螺栓 5-断接卡子箱 6-接地线

3．接地装置的安装

接地装置是接地体与接地线的总称，埋入土壤内并与大地直接接触的金属导体或导体组，称为接地体，又称为接地极。接地装置分为人工接地装置和自然接地装置，人工接地装置分垂直接地体和水平接地体。下面主要介绍垂直接地体和水平接地体。并且对利用钢筋混凝土中的钢筋作为接地装置时，也作了介绍。

3.1人工垂直接地体安装要求

（1）不应埋设在垃圾、炉渣、有强烈腐蚀性土壤处，遇有上述情况并不可避免时应换土。

（2）接地体与建筑物及人行道的最小距离一般不小于1.5m 。

（3）垂直接地体应按设计要求敷设，但最少不得少于两根。

（4）接地体应采用镀锌钢材，垂直接地体应选用如下钢材：

（5）垂直接地体之间的水平连接导线，其规格如下：

（6）垂直接地体安装要求：埋设深度不应小于0.6m ，长度不应小于2.5m ，间距不应小于5m 。

（7）焊接时应采用搭接法。扁钢搭接长度不小于其宽度的2倍，应三面施焊。圆钢搭接长度不小于直径的6倍，应两面施焊。

3.2人工水平接地体安装要求

敷设在建筑物四周闭合环状的水平接地体，可埋设在建筑物散水（在建筑周围铺的用以防止两水（雨水及生产、生活用水）渗入的保护层）在建筑周围铺的用以防止两水（雨水及生产、生活用水）渗入的保护层及灰土基础以外的基础槽边，常用404mm mm ?镀锌扁钢，最小截面积不应小于1002mm ，厚度不应小于4mm 。将扁钢侧面垂直敷设在地沟内，顶部埋设深度距地面不应小于0.6m ，多根平行敷设时，水平间距不小于5m 。如图5所示。

图5 水平接地体安装

图中：1-接地体 2-接地线

3.3建筑物基础接地装置的安装

利用钢筋混凝土基础内的钢筋作为接地装置时，敷设在钢筋混凝土中的单根钢筋或圆钢，其直径不应小于10mm 。被利用作为防雷装置的混凝土构件的钢筋，其截面面积总和不应小于一根直径10mm 钢筋的截面积。

利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋作为接地装置时，应在与防雷引下线相对应的室外埋深0.8～1m ，有被利用作为引下线的钢筋上焊出一根12mm φ的圆钢或404mm mm ?的镀锌扁钢，伸向室外距外墙的距离不宜小于1m ，一边补装人工接地体。

以下给出了钢筋混凝土桩基础的接地体的安装事例，如图6和图7所示。

图6 钢筋混凝土桩基础接地体安装

图中：左-独立式桩基中-方桩基础右-挖孔桩基础

1-承台架钢筋2-柱钢筋3-独立引下线

图7 桩基础钢筋与承台钢筋的连接

图中：1-桩基钢筋2-承台下层钢筋3-承台上层钢筋4-连接导体5-承台钢筋

四、接地电阻

1．接地电阻的概念及要求

接地装置的接地电阻是接地体的对地电阻和接地线电阻的总和。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。

对于接地电阻的规定值，有关规程对部分电器设备的接地电阻做了规定，如表3所示。

接地类型接地电阻（Ω）

TN、TT系统中变压器中

性点接地

单台容量小于100KV·A 10 单台容量在100KV·A以上 4

0.4KV、PE线重复接地单台设备接地电阻要求为10Ω时30 电力设备接地电阻要求为4Ω时10

IT系统中，钢筋混凝土杆、铁杆接地50 柴油发电机组接地中性点接地

100KV·A以下10

100KV·A及以上 4

2．接地电阻的测试

2.1接地电阻测试仪的结构

接地电阻测试仪有ZC-8型和ZC-9型两种。ZC-8型接地电阻测试仪主要由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及零位指示器等组成。全部机构都装在铝合金铸造的携带式外壳内。外形与普通摇表差不多，所以称接地摇表。测量仪带有一个附件袋，装有接地探针两根，导线三条：其中5m长一条用于接地极，20m长一条用于接电位探测针，40m长一条用于接电流探测针。

2.2接地电阻测试仪的使用

（1）按图8所示接好线。沿被侧接地极E/，是电位探针P/和电流探针C/依直线彼此相距20m，插入地中，且电位探针P/要插于接地极E/和电流探针C/之间。

（2）用导线将E/、P/和C/分别接到仪表上对应的端钮E、P、C上。

（3）将仪表放置水平位置，检查零位调整器将其调整指于中心线。

（4）将“倍率标度”置于最大倍数，慢慢转动发动机的手柄，同时旋动“测量标度盘”，是零指示器的指针指于中心线。当零指示器指针接近平衡时，加快发动机手柄的转速，使其达到120r/min以上，调整“测量标度盘”，使指于中心线上。

（5）如果“测量标度盘”的读数小于1时，应将“倍率标度”置于较小的倍数，再重新调整“测量标度盘”，以得到正确读数。

（6）当指针完全平衡在中心线上以后，用“测量标度盘”的读数乘以倍率标度，即为所测的接地电阻值。

2.3使用接地电阻测量仪时，应注意一下几个问题：

（1）测量时，接地线路要与被保护的设备断开，以便得到准确的数据。

（2）接地极E/和电流探测针C/之间的距离大于20m时，电位探针P/插在E/、C/之间距E/几米的直线上时，其测量误差可以不计。单当接地极E/和电流探测针C/之间的距离小于20m时，则应将电位探针P/插于E/和C/连线的中间。当用0～1/10/100规格的接地电阻测量仪测量小于1Ω接地电阻时，应将E的连接片打开，分别用导线连接到被测接地体上，已消除测量时连接导线电阻附加的误差，如图9所示。

图8 接地电阻测量接线图9测量小于1Ω的接地电阻的接线

2.4降低接地电阻的措施

一般利用长效降阻剂来降低接地电阻。长效降阻剂是由集中物质配置而成的化学降阻剂，具有掉电性能良好的强电解质和水分，这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水流失，因而能长期保持良好的导电作用。

使用长效降阻剂时，接地体通常采用板状和棒状两种。

（1）棒状接地体的坑内充填降阻剂施工方法见图10。用钻机或洞铲挖出直径为0.1～0.15m、深约3m的圆柱形孔，将接地体放在空的中央，压紧放直，然后将搅拌好的降阻剂倒入洞内，待降阻剂硬化后填土夯实。

图10在敷设棒状接地体的坑内充填降阻剂

??铜板，坑内充填降阻剂施工方法（2）板状接地体为5005001

mm mm mm

见图11。首先在坑底平敷50mm厚降阻剂，放入铜板，再敷50mm厚降阻剂，最后回填土夯实。若长效降阻剂为中性降阻剂，可用圆钢作为水平接地体，沟内充填降阻剂施工方法见图12。

图11在敷设板状接地体的坑内充填降阻剂图12在敷设是水平接地体的坑内充填降阻剂