4．2 第一类防雷建筑物的防雷措施
4．2．1 外部防雷装置完全与被保护的建筑物脱离者称为独立的外部防雷装置，其接闪器称为独立接闪器。
1 本款规定是为了使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。
2 从安全的角度考虑，作了本款规定。本款为强制性条款。
压力单位用Pa或kPa，它们是法定计量单位。标准大气为非法定计量单位。因此，表4．2．1中的压力单位采用kPa。一个标准大气压＝1．01325×105Pa＝1．01325×102kPa。
“接闪器与雷闪的接触点应设在本款第1项或第2项所规定的空间之外”，接触点处于该空间的正上方之外也属于此规定。
3 本款规定是为了保证安全。本款为强制性条款。
4 在“支柱”之前增加了“每根”。
5 为了防止雷击电流流过防雷装置时所产生的高电位对被保护的建筑物或与其有联系的金属物发生反击，应使防雷装置与这些物体之间保持一定的间隔距离。
防雷装置地上高度hx处的电位为：
由于没有更合理的方法，间隔距离仍按电阻电压降和电感电压降相应求出的距离相加而得。因此，相应的间隔距离为：
Sal＝IRi／ER＋（L0·hx·di／dt）／EL （9）
式中：UR——雷电流流过防雷装置时接地装置上的电阻电压降（kV）；
UL——雷电流流过防雷装置时引下线上的电感电压降（kV）；
Ri——接地装置的冲击接地电阻（Ω）；
di／dt——雷电流陡度（kA／μs）；
I——雷电流幅值（kA）；
L0——引下线的单位长度电感（μH／m），取1．5μH／m；
ER——电阻电压降的空气击穿强度（kV／m），取50OkV／m；
EL——电感电压降的空气击穿强度（kV／m）。
本规范各类防雷建筑物所采用的雷电流参量见本规范附录F的表F．0．1-1～表F．0．1-4。
根据对雷电所测量的参数得知，雷电流最大幅值出现于第一次正极性雷击，雷电流最大陡度出现于第一次雷击以后的负雷击。正极性雷击通常仅出现一次，无重复雷击。
IEC-TC81的81（Secretariat）19：1985-08（Progress of WG 3 of TC 81，TC 81第3工作组的进展报告）文件的附录2提出电感电压降的空气击穿强度为EL＝600×（1+1／T1）（kV／m），它是根据作者K．Ragaller的书《Surges in high-voltage networks》（1980，Plenum Press，New York）。因此，根据表F．0．1-1，当T1＝10μs时，EL＝600×（1+1／10）＝660（KV／m）；根据表F．0．1-3，当T1＝0．25μs，EL＝600×（1+1／0．25）＝3000（KV／m）。
将表F．0．1-1的有关参量和上述有关数值代入式（9），其中
考虑计算简化，取作
。因此，
上式即本规范式（4．2．1-1）。
同理，改用表F．0．1-3及其他有关数值代入式（9），其中di／dt＝50／0．25＝200（kA／μs），得Sa1＝50Ri／500+（1．5×hx×200）／3000＝0．1Ri+0．1hx。因此，
上式即本规范式（4．2．1-2）。
式（10）和式（11）相等的条件为0．4Ri+0．04hx＝0．1Ri+0．1hx，即hx＝5Ri。因此，当hx<5Ri时，式（10）的计算值大于式（11）的计算值；当hx>5Ri时，式（11）的计算值大于式（10）的计算值；当hx＝5Ri时，两值相等。
根据《雷电》一书下卷第87页（1983年，李文恩等译，水利电力出版社出版，该书译自英文版《Lightning》第2卷，R．H．Golde主编，1977年版），土壤的冲击击穿场强为200kV／m～1000kV／m，其平均值为600kV／m，取与空气击穿强度一样的数值，即500kV／m。根据表F．0．1-1，第一类防雷建筑物取I＝200kA。因此，地中的间隔距离为
上式即本规范式（4．2．1-3）。
根据计算，在接闪线立杆高度为20m、接闪线长度为50m～150m、冲击接地电阻为3Ω～10Ω的条件下，当接闪线立杆顶点受雷击时，流经该立杆的雷电流为全部雷电流的63％～90％，Sa1和Se1可相应减小，但计算起来很繁杂，为了简化计算，故本规范规定Sa1和Se1仍按照独立接闪杆的方法进行计算。
6 按雷击于架空接闪线档距中央考虑Sa2，由于两端分流，对于任一端可近似地将雷电流幅值和陡度减半计算。因此，架空接闪线档距中央的电位为：U＝UR+UL1+UL2。由此，得Sa2＝UR／ER+（UL1+UL2）／EL，因此，
Sa2＝[（I／2）·Ri]／ER＋{[（L01·h＋L02·（ｌ／2）]·（di／dt）／2}／EL （13）
式中：UL1——雷电流流经防雷装置时引下线上的电感压降（kV）；
UL2——雷电流流经防雷装置时接闪线上的电感压降（kV）；
L01——垂直敷设的引下线的单位长度电感（μH／m）。按引下线直径8mm、高20m时的平均值L01＝1．69μH／m计算；
L02——水平接闪线的单位长度电感（μH／m）。按接闪线截面50mm2、高20m时的值L02＝1．89μH／m计算。
I、UR、di／dt、ER、EL的意义及所取的数值同本条5款的说明。
与本条第5款说明类同，以表F．0．1-1和上述有关的数值代入式（l3），得
Sa2＝100Ri／500＋[1．69×h＋1．89×（ｌ／2）]×（10／660）
＝0．2Ri＋[0．0256h＋0．0286（ｌ／2）]
≈0．2Ri＋0．03（h＋ｌ／2），因此，
Sa2≥0．2Ri＋0．03（h＋ｌ／2） （14）
上式即本规范式（4．2．1-4）。
再以表F．0．1-3和上述有关的数值代入式（13），得Sa2＝0．05Ri＋[0．0563h＋0．063（ｌ／2）]≈0．05Ri＋0．06（h＋ｌ／2），因此
Sa2≥0．05Ri＋0．06（h＋ｌ／2） （15）
上式即本规范式（4．2．1-5）。
令式（14）等于式（15），得0．2Ri＋0．03（h＋ｌ／2）＝0．05Ri＋0．06（h＋ｌ／2），则（h＋ｌ／2）＝5Ri。其余的道理类同于本条第5款。
7 将式（14）和式（15）中的系数以两支路并联还原，即乘以2，并以1代替／2，再除以有同一距离1的个数，则得出本规范式（4．2．1-6）和式（4．2．1-7）。
架空接闪网的一个例子见图1。
8 一般情况下，规定冲击接地电阻不宜大于10Ω是适宜的，但在高土壤电阻率地区，要求低于10Ω可能给施工带来很大的困难。故本款规定为，在满足间隔距离的前提下，允许提高接地电阻值。此时，虽然支柱距建筑物远一点，接闪器的高度也相应增高，但可以给施工带来很大方便而仍保证安全。在高土壤电阻率地区，这是一个因地制宜而定的数值，它应综合接闪器增加的安装费用和可能做到的电阻值来考虑。30Ω的规定参考本规范第4．2．4条第6款的条文说明。
4．2．2 本条说明如下：
1 被保护建筑物内的金属物接地，是防闪电感应的主要措施。本款还规定了不同类型屋面的处理。金属屋面或钢筋混凝土屋面内的钢筋进行接地，有良好的防闪电感应和一定的屏蔽作用。对于钢筋混凝土预制构件组成的屋面，要求其钢筋接地有时会遇到困难，但希望施工时密切配合，以达到接地要求。
2 本款规定距离小于100mm的平行长金属物，每隔不大于30m互相连接一次，是考虑到电磁感应所造成的电位差只能将几厘米的空隙击穿（计算结果如下）。当管道间距超过100mm时，就不会发生危险。交叉管道也做同样处理。
两根间距300mm的平行管道，与引下线平行敷设，距引下线3m并与其处于同一个平面上。如果将引下线视作无限长，这时在管道环路内的感应电压U（kV）为U＝M·
·（di／dt），它可能击穿的空气间隙距离d为：
d＝U／EL＝[M·ｌ·（di／dt）]／EL （16）
式中：ｌ——平行管道成环路的长度（m），取30m计算；
di／dt——流经引下线的雷电流的陡度（kA／μs），根据表F．0．1-3的参量取200kA／μs计算；
M——1m长两根间距300mm平行管道与引下线之间的互感（μH／m），经计算得M＝0．0191μH／m；
EL——电感电压的空气击穿强度（kV／m），与本章第4．2．1条第5款说明相同，取3000kV／m计算。
将上述有关数值代入式（16），得
d＝U／EL＝（0．0191×30×200）／3000＝0．038（m）
即使在管道间距增大到300mm的情况下，所感应的电压仅可能击穿0．038m的空气间隙。若间距减小到100mm，所感应的电压就更小了（由于M值减小）。
连接处过渡电阻不大于0．03Ω时，以及对有不少于5根螺栓连接的法兰盘可不跨接的规定，是参考国外资料和国内的实践经验确定的。天津某单位安技科做过测试，一些记录见表4，这些实测值是在三处罐站测量的。
3 由于已设有独立接闪器，因此，流过防闪电感应接地装置的只是数值很小的感应电流。在金属物已普遍等电位连接和接地的情况下，电位分布均匀。因此，本款规定工频接地电阻不大于10Ω，根据修订意见，将“不应”改为“不宜”。在共用接地装置的场合下，工频接地电阻只要满足50Hz电气装置从人身安全，即从接触电压和跨步电压要求所确定的电阻值。（另见本章第4．2．4条的条文说明。）
4．2．3 本条说明如下：
1 为防止雷击线路时高电位侵入建筑物造成危险，低压线路应全线采用电缆直接埋地引入。本款为强制性条款。
2 当难于全线采用电缆时，不得将架空线路直接引入屋内，允许从架空线上换接一段有金属铠装（埋地部分的金属铠装要直接与周围土壤接触）的电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入。需要强调的是，电缆首端必须装设SPD并与绝缘子铁脚、金具、电缆外皮等共同接地，入户端的电缆外皮、钢管必须接到防闪电感应接地装置上。
因规定架空线距爆炸危险场所至少为杆高的1．5倍，设杆高一般为10m，1．5倍就是15m。
在电缆与架空线连接处所安装的SPD，其UP应小于或等于2．5kV是根据IEC 62305-1：2010的规定，选用Ⅰ级试验产品和选Iimp等于或大于10kA是根据IEC 62305-1：2010第64、65页表E．2和表E．3，将其转换为本规范建筑物防雷类别后见表5。本款为强制性条款。
注：① 表中所有值均指线路中每一导体的预期电涌电流；
② 所列数值属于闪电击在线路靠近用户的最后一根电杆上，并且线路为多根导体（三相+中性线）；
③ 所列数值属于架空线路，对埋地线路所列数值可减半；
④ 环状导体的路径和距起感应作用的电流的距离影响预期电涌过电流的值。表5的值参照在大型建筑物内有不同路径、无屏蔽的一短路环状导体所感应的值（环状面积约50m2，宽约5m）。距建筑物墙1m。在无屏蔽的建筑物内或装有LPS的建筑物内（kc＝0．5）；
⑤ 环路的电感和电阻影响所感应电流的波形。当略去环路电阻时，宜采用10／350μs波形。在被感应电路中安装开关型SPD就是这类情况；
⑥ 所列数值属于有多对线的无屏蔽线路。对击于无屏蔽的入户线，可取5倍所列数值；
⑦ 更多的信息参见ITU-T建议标准K．67。
3 本款规定铠装电缆或钢管埋地部分的长度不小于
（m）是考虑电缆金属外皮、铠装、钢管等起散流接地体的作用。接地体在冲击电流下，其有效长度为
（m）。关于采用的理由参见本规范第5．4．6条的条文说明。当土壤电阻率过高，电缆埋地过长时，可采用换土措施，使
值降低来缩短埋地电缆的长度。
6 金属线电子系统架空线转换电缆处所安装的SPD，选用D1类高能量试验产品和短路电流等于或大于2kA是根据本规范条文说明表5和本规范表J．2．1确定的。
4．2．4 正如本章第4．2．1条所述，第一类防雷建筑物的防直击雷措施，首先应采用独立接闪杆或架空接闪线或网。本条只适用于特殊情况，即可能由于建筑物太高或其他原因，不能或无法装设独立接闪杆或架空接闪线或网时，才允许采用附设于建筑物上的防雷装置进行保护。
2 从法拉第笼的原理看，网格尺寸和引下线间距越小，对闪电感应的屏蔽越好，可降低屏蔽空间内的磁场强度和减小引下线的分流系数。
雷电流通过引下线入地，当引下线数量较多且间距较小时，雷电流在局部区域分布也较均匀，引下线上的电压降减小，反击危险也相应减小。
对引下线间距，本规范向IEC 62305防雷标准靠拢。如果完全采用该标准，则本规范的第一类、第二类、第三类防雷建筑物的引下线间距相应应为10m、15m、25m。但考虑到我国工业建筑物的柱距一般均为6m，因此，按不小于6m的倍数考虑，故本规范对引下线间距相应定为12m、18m、25m。
4 对于较高的建筑物，引下线很长，雷电流的电感压降将达到很大的数值，需要在每隔不大于12m之处，用均压环将各条引下线在同一高度处连接起来，并接到同一高度的屋内金属物体上，以减小其间的电位差，避免发生火花放电。
由于要求将直接安装在建筑物上的防雷装置与各种金属物互相连接，并采取了若干等电位措施，故不必考虑防止反击的间隔距离。
5 关于共用接地装置，由于防雷装置直接安装在建筑物上，要保持防雷装置与各种金属物体之间的间隔距离，通常这一间隔距离在运行中很难保证不会改变，即间隔距离减小了。因此，对于第一类防雷建筑物，应将屋内各种金属物体及进出建筑物的各种金属管线进行严格的等电位连接和接地，而且所有接地装置都必须共用或直接互相连接起来，使防雷装置与邻近的金属物体之间电位相等或降低其间的电位差，防止发生火花放电。
一般来说，接地电阻越低，防雷得到的改善越多。但是，不能由于要达到某一很低的接地电阻而花费过大。出现火花放电危险可从基本计算公式U＝IR+
（di／dt）来评价，IR项对于建筑物内某一小范围中互相连接在一起的金属物（包括防雷装置）来说都是一样的，它们之间的电位差与防雷装置的接地电阻无关。此外，考虑到已采取严格的各种金属物与防雷装置之间的连接和均压措施，故不必要求很低的接地电阻。
现在IEC的有关标准和美国的国家标准都规定，一栋建筑物的所有接地体应直接等电位连接在一起。
6 为了将雷电流散入大地而不会产生危险的过电压，接地装置的布置和尺寸比接地装置的特定值更重要。然而，通常建议采用低的接地电阻。本款的规定完全采用IEC 62305-3：2010第26页5．4．2．2的规定（接地体的B型布置）。
下面的图2系根据该规定的相应图换成本规范的防雷建筑物类别的图。该规定对接地体B型布置的规定是：对于环形接地体（或基础接地体），其所包围的面积的平均几何半径r不应小于1，即r≥1，1示于图2；当1大于r时，则必须增加附加的水平放射形或垂直（或斜形）导体，其长度r（水平）为r＝1－r或其长度v（垂直）为
。
环形接地体（或基础接地体），其所包围的面积A的平均几何半径r为：πr2＝A，所以r＝。根据图2，对于第一类防雷建筑物，当＜500Ωm时，1为5m，因此，导出本款第2、3项的规定；当＝500Ωm～3000Ωm时，1与的关系是一根斜线，从该斜线上找出方便的任意两点的坐标，则可求出1与的关系式为1＝，所以，导出本款第5、6项的规定。
由于接地体通常靠近墙、基础敷设，所以补加的水平接地体一般都是从引下线与环形接地体的连接点向外延伸，可为一根，也可为多根。
由于本条采用了若干等电位措施，本款的接地电阻值不是起主要作用，因此，没有提出接地电阻值的具体要求。
本款所要求的环形接地体的工频接地电阻R，在其半径r等于
1的场合下，当
＝500Ωm～3000Ωm时，大约处于13Ω～33Ω；当
<500Ωm时，R＝0．067
（Ω）。
环形接地体的工频接地电阻的计算式为R＝2
／3d（Ω），d＝
。其中
为土壤电阻率（Ωm），A为环形接地体所包围的面积（m2）。当
＝500Ωm、d＝10m时，R＝2×500／（3×10）＝33（Ω）。
当
＝500Ωm～3000Ωm时，R＝（2×3000×380）／[3×2×（11×3000－3600）]＝（3000×380）／（3×29400）＝12．9≈13（Ω）。
关于本款的注，说明如下（以下有的资料摘自IEEE Std1100-2005：IEEE Recommended practice for powering and grounding electronic equipment。美国标准，电子设备接地和供电的推荐实用标准）：
通常，设计者对接地体的连接，其最普通的技术看法如图3中的图（b），这里仅有一电阻单元。这一观点显然得到了许多有关测试接地体接地电阻的技术文献和市场上用于这类测试而仅显示电阻欧姆值的可应用产品的支持。
然而，对一接地体的真实表示更多地应如图3中的图（c），它清楚地表示为一复数阻抗。除了提供有关接地连接的电阻值外，还示出接地体连接的无功（电抗）特性，这是重要的。
通常，设计者要求的功能性接地电阻为工频接地电阻，市场上销售的绝大多数测量仪表仅供测量直流至工频的接地电阻之用，而电子系统的功能性接地是要流过直流至高频的电流。在高频条件下，接地阻抗大大增加。例如，一个61m长的水平接地体，在小于10kHz频率下的阻抗约为6Ω～7Ω，当频率增大至1MHz时，其阻抗将加大到52Ω，见图4中的A接地体。当频率再增大，从图中曲线的走向，可推测其阻抗将大大增加。
其次，接地线的感抗为XL＝2πfL，一根25mm2铜导体和一根107mm2铜导体，其在自由空间的一些有关数值见表6和表7。从表中可以看出，在不同频率下，感抗都大大地大于电阻，因此，导体的阻抗可略去电阻，看作等于感抗；将导体的截面从25mm2加大到107mm2，即截面加大约三倍，而感抗减小的比例却很小，例如，30．5m长的导体，在100MHz下仅减小（35—31．4）／35＝3．6／35＝0．1＝10%，，因此，由于流过的电流很小，功能性接地／等电位连接线的截面无需选的很大。
现代电子系统绝大多数为数字化，其怕干扰的频率为数十乃至数百兆赫兹。因此，上述所指出的接地阻抗和接地线感抗将会增至很大。所以，功能性接地电阻要求很低的直流至工频的接地电阻（如0．5Ω～1Ω）是毫无意义的，而且浪费了人力和财力。当为共用接地装置时，工频接地电阻应取决于50Hz供电系统对人身安全的合理要求值。
一栋建筑物设有独立接地体的情况如图5所示。其与建筑物共用接地体之间在地中的土壤可以看作是一阻抗Zearth，见图6。当有一电流Iearth流过土壤阻抗Zearth时，U＝Iearth× Zearth，这一压降就是独立接地体与共用接地体之间的共模电位差。当Iearth为雷击电流或50Hz短路电流时，在电子系统与PE线或其周围共用接地系统之间将会产生跳击而损坏设备；当Iearth为干扰电流时，将对电子系统产生干扰。因此，美国的国家电气法规NEC和国际电工委员会IEC的一些标准都规定，每一建筑物（每一装置）的所有接地体都应等电位直接连接在一起，通常是在总等电位连接带处，见图7。这样就消除了上述的共模电位差U。
在一栋建筑物中设置了独立接地体，在动态条件下实际上是把人身安全和设备安全放在第二位，这是不对的；应将人身安全放在第一位来处理接地和等电位连接。
对本款的注，不能简单提出几个接地电阻的具体数值，因为它们取决于供电变压器是否设在本建筑物内，高压是采用不接地系统还是小电阻接地系统，低压是采用TN-C-S、TN-S、TT还是IT系统等因素。请参见IEC 60364-4-44：2007 Ed．2．0（Low-voltage electrical installations——Part 4-44：Protection for safety Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances。低压电气装置——第4—44部分：安全防护——防电压扰动和电磁干扰）中的第442节（低压装置防高压系统接地故障和低压系统故障引发的暂态过电压）和《工业与民用配电设计手册》（中国电力出版社出版，第三版）第877～879页（四、电气装置保护接地的接地电阻）以及其他相关资料。
7 对第一类防雷建筑物，由于滚球规定为30m（见本规范的表5．2．12）和危险性大，所以30m以上要考虑防侧击，本款1项中的“每隔不大于6m”是从本条规定屋顶接闪器采用接闪网时其网格尺寸不大于5m×5m或6m×4m考虑的。由于侧击的概率和雷击电流都很小，网格的横向距离不采用4m，而按引下线的位置（其距离不大于12m）考虑。
8 本款为强制性条款。“在电源引入的总配电箱处应装设Ⅰ级试验的电涌保护器”的规定是根据IEC-TC81和IEC-TC37A的有关标准制定的。“电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2．5kV”和“当无法确定时，冲击电流应取等于或大于12．5kA”是根据现行国家标准《建筑物电气装置 第5-53部分：电气设备的选择和安装，隔离、开关和控制设备 第534节：过电压保护电器》GB 16895．22-2004／IEC 60364-5-53：2001：A1：2002的规定制定的。
9 式（4．2．4-6）和式（4．2．4-7）系根据IEC 62305-1：2010第63页上的式（E．4）～（E．6）编成的。
11 “当电子系统的室外线路采用金属线时，在其引入的终端箱处应安装D1类高能量试验类型的电涌保护器”的规定是根据IEC 61643——22：2004 Ed．1．0（Low-voltage surge protective devices Part 22：Surge protective devices connected to telecommu-nications and signaling networks——Selection and application principles。低压电涌保护器——第22部分：电信和信号网络的电涌保护器——选择和使用导则）的表2制定的，2kA是根据本规范条文说明的表5制定的。
12 “当电子系统的室外线路采用光缆时，在其引入的终端箱处的电气线路侧，当无金属线路引出本建筑物至其他有自己接地装置的设备时，可安装B2类慢上升率试验类型的电涌保护器”的规定是根据IEC 61643-22：2004的表3制定的，100A短路电流的规定是根据本规范表J．2．1制定的。
13、14 这两款是根据IEC的有关要求制定的。
4．2．5 根据原《建筑防雷设计规范》GBJ 57-83编写组调查的几个案例，雷击树木引起的反击，其距离均未超过2m，例如，重庆某结核病医院、南宁某矿山机械厂、广东花县某学校及海南岛某中学等由于雷击树木而产生的反击，其距离均未超过2m。考虑安全系数后，现规定净距不应小于5m。
