笔者于 2010 年开始设计某知名德企在华工程，雷电防护系统 (Lightning Protection System，LPS，国内称为防雷装置) 的设计按照德国标准进行。当时国内执行的标准是 GB 50057—1994 《建筑物防雷设计规范》 (2000 年版)，两国的设计差异较大。随着 GB 50057—2010 《建筑物防雷设计规范》的正式发布，国内的防雷设计靠近了 IEC 62305:2010 标准第 2 版，且德国的设计标准 VDE 0185 305－1/2/3/4 (2006 年版) 等同于 IEC 62305: 2006 标准第1 版，故对此进行介绍，希望该工程的设计能对国内相关单位和人员起到借鉴和指导意义。
LPS 通常由外部雷电防护系统和内部雷电防护系统构成。下面结合该工程的 LPS 设计，从接闪器、引下线、接地装置、跨步电压和接触电压、等电位连接、防雷电电磁脉冲等方面对两国设计的不同之处进行比较。
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雷电防护等级及主要设计参数
国内雷电防护等级及主要设计参数见表 1 －1。
表 1 －1 国内雷电防护等级及主要设计参数
注:1)粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，当其年预计雷电次数大于或等于 0.05 时，应采用独立接闪杆或架空接闪线防直击雷。独立接闪杆和架空接闪线保护范围的滚球半径可取 100 m，见 GB50057—2010 第4.5.5条。
2)本表第1 ～3 列摘自 GB 50057—2010 表 5.2.12;第 4 列，引下线间距12 m 引自第 4.2.4条第 2 款，18 m 和 25 m 是在不能采用第5.3.8条的情况下，专设引下线的间距，见第4.3.3 条和第4.4.3 条
根据 2009 年德国 DEHN (德和盛) 公司出版的 《防雷指南》介绍，德国雷电防护等级及主要设计参数和 IEC 62305: 2006 标准相同，具体参数见表 1-2。
表 1-2 德国雷电防护等级及主要设计参数
注:本表数据依据 IEC 62305 －3 中表 2 和表 4
从表 1、表 2 中可以明显看出参数的不同。对于笔者所负责的工程，全厂除油化库、供油站等划分为国内第二类防雷建筑物外，其他子项均划分为国内的第三类防雷建筑物，但实际的设计措施按照德方的要求，远远高于国内所规定的标准。实际设计措施为: 该工程所有建筑，即使被划分为第三类防雷建筑物，其屋面接闪网格仍按不大于 15 m ×15 m，引下线间距不大于 18 m 设计，大部分建筑实际引下线间距为 6 ～18 m。
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接闪器
该工程绝大多数使用了非隔离接闪系统，隔离接闪系统使用较少，故这里结合工程对非隔离接闪系统进行介绍。
2.1 接闪杆
德国的接闪杆种类很多，依据德国标准，用的材质主要有铝镁硅合金、热镀锌钢、不锈钢和铜等，针尖外径一般为 10 mm ～16 mm，针杆外径一般为 16 mm ～100 mm，高度一般不超过 14 m。执行的标准是 DIN EN 50164 －2: Lightning ProtectionComponents (LPC) 的 Part 2: Ｒequirements for con-ductors and earth electrodes。产品均在工厂内制造，并已标准化、系列化。
国内虽然执行了 GB 50057—2010，但新规范规定的铝、铝合金、不锈钢等材质的接闪杆国内几乎不生产。目前国内 12 m 以下的接闪杆一般采用圆钢或焊接钢管制成，针尖一般用外径 12 mm ～20 mm镀锌圆钢，针杆部分是镀锌钢管。
该工程使用了国外常用的一种4 m 高的接闪杆［见图 1 －1 (a)］，用于保护屋顶上非金属设备及装置。
图 1-1 接闪杆
国外接闪杆常用在以下非爆炸性危险场所：
(1) 女儿墙外为金属结构，但其厚度不满足要求的场所。常见做法如图 1-1 (b) 所示，接闪杆的高度应能保护所有女儿墙及外缘。这种做法国内很少见。
(2) 屋顶上为与屋面齐平或突出的非金属建筑物、构筑物。该场所做法和国内类似。
(3) 不满足以下条件的金属屋顶构筑物，而且无其他接闪装置可以防护的场所: 屋顶水平之上的高度 大于0．3 m，上层结构的总面积大于 1 m 2 ，上层结构的长度大于 2 m。GB 50057—1994 对这种情况未作要求，GB 50057—2010 已经增加了上述内容。
(4) 不在接闪装置保护范围内，且高出接闪装置形成的表面超过0．5 m 的非导电性屋顶固定物。从图 1 中可以看出，国外的接闪杆基础是工厂标准化生产的，安装非常方便。而国内接闪杆一般安装在土建设计的基础、侧壁或混凝土支持器上。
2.2 接闪带
根据德国规范 VDE 0185 305-3，可使用的圆形接闪带 (网) 材质较多，常见的有铝镁硅合金、热镀锌钢、不锈钢和铜等。对于接闪带的截面，圆形导体最小截面积要求为50mm² ; 带状导体除铝材最小截面积为70 mm² 外，其他材质最小截面积均为50mm² 。德国常见的圆形接闪带规格有直径8 mm及直径10mm，常见的带状接闪带规格有 20 mm ×2.5 mm、30 mm × 2.5 mm、30 mm × 3.5 mm、30 × 4mm、40 mm × 4 mm、40 mm × 5 mm。虽 然 GB50057—2010 规范已更改为和 IEC 62305: 2010 一致，但目前国内接闪带一般不采用铝镁硅合金材质。
该工程在屋面采用直径 10 mm 的热镀锌圆钢作为接闪带。女儿墙利用外面的彩钢板作为接闪器，板厚不小于 1 mm。
德国接闪带的固定方式做法一般为: 使用防雷产品制造商提供的标准固定工具 (见图 1－2) 进行固定，对于铝及铝合金接闪带直线段固定间距为1 m，热镀锌钢及不锈钢接闪带固定间距为1.2 m。
图 1-2 接闪带的固定
国内接闪带的固定方式做法一般为: 对于女儿墙上的接闪带，一般由土建专业预留支架，支架高出女儿墙约 100 mm，屋面接闪带一般采用混凝土支持器，固定间距 0.5 ～1 m。
国内对于接闪带长度因温度变化而引起的变化经常低估，应引起设计人员的注意。德国建议膨胀装置的距离见表 1-3。国外常见的做法是用桥接带进行补偿，该工程也采用了此种做法，见图1-2。
表 1-3 雷电防护推荐使用的膨胀装置间距
注:√表示适用
国内接闪带的交叉与连接常见的做法是焊接与绑扎，而国外常用 MV 夹、连接夹等防雷标准部件进行连接。图 1-3 是该工程所使用的几种连接夹。
图 1-3 接闪带连接夹
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引下线
该工程 LPS 的引下线与受保护建筑物是不分离的。对于混凝土柱内引下线，中德两国基本一致。该工程的不同点在于，因业主担心利用柱子内主筋连接不够可靠，采用了在混凝土柱 (现浇)内设置专用引下线的做法，即 GB 50057—2010 所指的 “专设引下线”，引下线采用一根直径 10 mm的热镀锌圆钢。另外，除建筑物中部的中庭混凝土柱外，其他中柱不作引下线。对于钢结构建筑物，中德两国做法相同，均利用钢柱作引下线。该工程部分建筑物利用了车间内部钢柱作为引下线。
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接地装置
接地装置是接闪装置和引下线的后续装置，用来引导雷电流流入大地。接地装置的其他功能包括: 在引下线之间建立等电位连接，并在建筑设施的外墙附近控制地表的电势。控制电势的目的是控制接触电压和跨步电压。
接地装置通常使用铜、钢和不锈钢三种材质，德国广泛使用的是钢和不锈钢，特别是接地装置在土壤中时。国内除降压站接地装置经常使用铜外，其他情况下一般使用钢，但 GB 50057—2010 第5.4.5中已对铜及不锈钢的使用作了规定: “在敷设于土壤中的接地体连接到混凝土基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下，土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。”采用该标准中规定的材质能够有效降低电化学腐蚀 (常称为阴极腐蚀)，延长接地体的使用寿命，应引起关注。
德国要求用作土壤中接头的材料应与接地终端导体有相同的耐腐蚀特性。因此，除非在连接后对这些连接体进行了有效的防腐保护，否则夹具连接通常是不允许的。国内要求用作土壤中接头连接宜采用放热焊接。当采用通常的焊接方法时，要在焊接处作防腐处理。
国内对于接地装置没有特殊的分类，而按照VDE 0185 305 －3 (等同 IEC 62305 －3) 标准，接地装置分为 A 型和 B 型。
A型接地装置
A 型接地装置包括安装在受保护建筑物外，且与引下线相连的水平接地极和垂直接地极。接地极也称接地体，是接地装置的一部分，通过它与大地直接相连，并将雷电流分散入地。A 型接地装置的最小数量为两个。对于保护等级为Ⅲ、Ⅳ的接地装置，要求它们接地体的最小长度不低于 5 m，其他等级接地装置接地体的长度按当地的土壤电阻率来确定。倘若接地终端装置的接地阻抗小于10 Ω，则接地体的最小长度不作要求。德国常用的垂直接地体长度为 9 m。这是考虑到较深的土壤电阻率普遍低于地面表层的土壤电阻率。国内目前常用的垂直接地体长度为 2． 5 m。另外，A 型接地装置不能实现对建筑设施外墙附近的电势控制，故该工程未使用此种接地装置。
B型接地装置
B 型接地装置是围绕被保护建筑物布置的环形接地体或基础接地体。环形接地体是指在位于地表或地下的建筑物周围形成一个封闭环形的接地体，一般用于原有建筑物的改造。基础接地体是指作为接地体的嵌入建筑物混凝土地基的钢筋或附加导体。德国新建建筑必须有基础接地体，并应满足DIN 18014 中的要求。
B 型接地装置接地体的最小长度与保护等级有关，保护等级为Ⅰ级和Ⅱ级的接地体还要参考当地相应的土壤电阻率。被该接地体包围的封闭区域的平均半径要不小于德国规范要求的最小长度。若不满足要求，须增加附加的水平或垂直接地体，且这些附加的接地体应均匀分布在建筑物四周，并不少于 2 个。
基础接地体必须封闭在环状的带状基础或地板中，从而也从根本上满足了等电位连接的要求，同时，基础内额外附加的连接导线应组成不大于 20m ×20 m 的网。该网格与防雷的保护等级无关，而国内设计一般不考虑此接地网格。
德国对于敷设在基础外土壤中的接地体，习惯使用 V4A 不锈钢 (相当于国内 316 不锈钢)。笔者分析，这主要是绝大部分建筑均设置了基础接地体，用不锈钢以减弱基础接地体与基础外导体形成的阴极腐蚀反应。
从混凝土中出来的钢接地终端装置，在进入土壤或空气的交叉点处的0． 3 m 长度也要进行防腐保护。德国此处也习惯于用不锈钢。图 1 － 4 为该工程一作为引下线的柱子与接地装置的连接做法。
图 1 －4 作为引下线的柱子与接地装置的连接做法该工程除利用基础内的钢筋网作为接地装置的一部分外，在混凝土地坪内还设置了直径 10 mm热镀锌圆钢组成的接地网，网格尺寸为 9 m ×9 m。混凝土覆盖圆钢的厚度最少为 50 mm。这样，理论上它们就受到了防腐保护。
对于该工程的办公楼等建筑物接地体的设计，由于与土壤相接触的墙和地面部分采用了保温防水层 (材料为聚氨酯硬质泡沫，作电气绝缘)，绝缘层处电阻率很大。为消除这种影响，在电气绝缘层下方的土壤内又设置了一层接地网。该接地网采用直径 10 mm 不锈钢 (V4A) 组成，网格尺寸也为 9m ×9 m。图 1 －5 为该工程办公楼中庭作为引下线的柱子与接地装置的连接做法。国内对这种情况也有类似做法，在图集 3D501 －3 《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》中，就有在橡胶或塑料类防水层下方设置人工基础接地体做法的介绍。
图 1 －5 办公楼中庭作为引下线的柱子与接地装置的连接做法
图 1 －6 接地端子
图 1 －6 中的接地端子在德国是非常重要的一个专用接地部件，可在多种场合使用，能可靠地与其他部件连接，国内目前无此类专用部件。
对于接地装置内导体的连接，国内一般采用焊接、土建施工的绑扎法及卡夹器。德国的常见做法是:
(1) 空气中或混凝土内的导体连接一般采用防雷专用夹具，也可采用焊接方式。
(2) 土壤等其他场所可采用防雷专用夹具或焊接方式，但均需要进行防腐蚀处理。如夹具安装完成后，在连接处绑扎缠绕防腐蚀带并进行加热处理。
孙文华 ，中国汽车工业工程有限公技术部副部长，教授级高工。中国建筑学会建筑电气分会理事，中汽工程公司电气专业技术委员会主任。
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