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摘要：在日常设计工作中所遇到规范与实际情况有出入的问题，现提出供大家一起讨论分析。
关键词：金属外壳设备、直击雷、雷电流、电涌电流、电涌保护器。
0.引言
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010（以下简称《雷规》）第4.5.4条要求，屋面用电设备1.无金属外壳或保护网罩的用电设备应处在接闪器的保护范围内。2.从配电箱引出的配电线路应穿钢管。钢管的一端应与配电箱和PE线相连，另一端应与用电设备外壳保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连。当钢管因连接设备而中间断开时应跨接线。3.在配电箱内应在开关的电源侧装设Ⅱ级试验的电涌保护器，其电压保护水平不应大于2．5kV，标称放电电流值应根据具体情况确定。
《雷规》中表明了无金属外壳或保护网罩的用电设备要求设于LPZ0B区，则接闪器的保护范围内；但带金属外壳或金属保护罩的用电设备没有作明确规定，也就是说带金属外壳的用电设备可设于接闪器保护范围之外，利用金属外壳作接闪器，通过配电钢套管、防雷网格形成避雷带的一部分。
疑问1：金属外壳设备可能会直接遭到直击雷，外壳是否可抵御？
疑问2：直击雷所释放的雷电流
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有一部分经设备金属外壳、钢管、PE线分流到建筑物配电系统中，是否有安全隐患？
直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达到几十KA乃至几百KA，其之所破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短时间就释放出来，从瞬间功率来讲，产生巨大的电磁效应、热效应和机械效应。
1.设备的金属外壳能抵御雷击？
1.1在日常的设计工作中，安装于露天屋面的常见设备有消防水池稳压泵、制冷空调室外机、排烟风机、泛光照明灯、光伏设备等。特别是消防稳压水泵一般设置于梯间天面，是单体建筑最高点，也是最易受雷击点。根据《雷规》5.2.7条要求“a.不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，铜板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm。”根据以往工程现场经验，通常这些设备的金属外壳厚度在0.8～1.5mm，另设备厂家也缺少这部分的冲击试验和说明，因而当金属外壳设备遭受直击雷时，其外壳是无法抵御强大雷击的热效应和机械效应。
1.2 在配电系统中主要电磁损害源是雷电流
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和磁场
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，引用《雷规》6.2.2下图（1），但按上述分析理解，便出现图（2），强大的雷电流必然通过PE线、钢管等连接侵入整个配电系统。
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图（3）
带着疑问查阅IEC国标电工标准GB/T 21714-2015/IEC 62305-4：2010《雷电防护第四部分》B.12.2 外部设备的防护“只要有可能，就应将设备置于雷电防护区域（LPZ0B）的保护范围内，例如，采用局部接闪器，防止其遭受直接雷击”如图（3）的光伏设备。《雷电防护第三部分：建筑物的物理损坏和生命危险》E.5.2.4.2.5 “无论是绝缘材料还是导电材料的屋顶固定装置，如果装有电气设备或信息处理设备，应处于接闪器保护范围内。” “直击雷不仅损坏屋顶设备，还可能损坏与之相连的屋顶装置内的电气电子设备及建筑物内的电气电子设备。” 上述俩点足以让我们深思考虑应如何根据天面的建筑形态和设备布置来综合设计天面避雷带。另，也表明了《雷规》与IEC国标电工标准的差异。
2.雷电流
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的分流分析
2.1按下图（4）雷电流
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可简单理解为
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之和。大部分雷电流通过引下线、PE线、等电位端子等流入大地。根据能量守恒定律，还有部分电流转化为热能、机械能以及电涌电流。实际工程情况可能复杂得多，例如，引下线的实际数量、配电箱处实施等电位连接的效果，引下线是否直接的通路，各引下线（外围引下线和内部引下线）的阻抗是否统一，以及屋面设备配电电路和线芯数量等诸多不确定因素。
按《雷规》的要求：设备的金属外壳、钢管、配电箱及PE线作等电位连接，并与就近屋顶防雷装置相连。也就是说配电箱AP有部分雷电流及电涌电流经过，此处也就要设
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SPD（Ⅰ级 10/350us和Ⅱ级8/20us）。但《雷规》4.5.4条 第3款“要求在配电箱内应在开关的电源侧装设Ⅱ级试验的电涌保护器，其电压保护水平不应大于 2.5 kV，标称放电电流值应根据具体情况确定。”
条文说明对雷电流的估算基于雷电流的两次分流：
a.第一次分流：钢筋混凝土建筑物内所有柱筋作为引下线，且柱子钢筋与屋顶钢筋网连接在一起的前提下，屋顶处配电线路钢管两端做等电位连接后，流经钢管的雷电流分流系数 kc1＝0．44；
b.第二次分流：配电箱与地面钢筋及其他管线做等电位连接，流经SPD的雷电流分流按 kc2=（1/n）+ 0.1考虑（n为建筑物周边和内部引下线的根数且不少于4根）。
给出的示例：建筑物为第二类防雷建筑物，雷电流为150kA，令n＝20。
流经钢管的雷电流为 Iimp1＝ kc1×150＝0．44×150＝66kA，流经SPD的分流为 Iimp2 ＝ kc2×66＝［（1/n+ 0．1］×66＝9．9kA。
以上分析的第二次分流只考虑流经钢管的雷电流被引下线分流，然而，根据《雷规》E.0.2 的分流模型， 引下线是对全部雷电流的分流和均衡， 即由20根引下线分流全部雷电流，而不仅仅分流钢管上的雷电流，与接闪器连接的屋顶金属设备及引下线分流图示于图（4）。按此思路，流经SPD的雷电流应为Iimp2 ＝ kc2×15＝ ［（1 / n）+ 0．1］×150＝22.5 kA。流经每台 SPD的电流（TN-S 系统，回路按5线考虑）为 22.5/5 = 4.5kA 10/350μs 波形。
是标准原估算值的 2.27 倍。
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2.2经上述分析，是否可以把天面金属外壳与防雷装置断开，如上图（5）。直击雷的电流
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仅经过引下线分流至大地。
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处只有电涌电流经过，这与《雷规》要求：“在配电箱内应在开关的电源侧装设第Ⅱ级试验的电涌保护器，其电压保护水平不应大于2.5KV。”相互吻合；如不能断开即需增加Ⅰ级试验的电涌保护器，才能可靠保护天面设备所遭受的雷电流和电涌电流（即10/350us和8/20us）。
3.防雷等电位连接及间隔距离
如按图（5）天面层设备与天面防雷装置断开并保持一个相对安全的距离“d”，当雷电流通过接闪带和引下线时，在导体的周围产生电磁场，并沿着各配电回路导线产生电感电压降，这时距离“d”当然越大越好，但要固定这个“d”是相当困难的。因为这里牵涉的内容不定性多，如设备的形状大小、天面的形状、接闪网的位置等。因此只能让用电设备尽可能离开最易受雷击点，如果不能保证间距，由于电阻耦合和电感耦合的影响，配电箱则采用
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SPD保护器。
4.结论
按现版《雷规》中的描述，本人认为以下几点有必要加强表述。
1.天面用电设备应尽可能设置于雷电防护区域（LPZ0B）范围内。
2.尽可能避免屋顶金属外壳用电设备受直击雷。
3.如按《雷规》要求：天面设备金属外壳及钢管的一端应与配电箱和PE线相连，另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连。哪不仅首层进线总配电箱处设Ⅰ级电涌保护器，天面层设备配电箱也需要增加。
参考文献：
[1]中国机械工业联合会 主编.GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范.中国计划出版社出版.（2011年8月版）
[2]四川省住房和城乡建设厅 主编.GB 50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范.中国建筑工业出版社出版.（2012年11月版）
[3]孙相海，林建民.雷电电磁脉冲对输电线的影响及防护[J].中国电力企业管理，2011，（04）.
[4]中国航空工业规划设计研究院 任元会 主编.工业与民用配电设计手册.中国电力出版社出版.