建筑物防雷设计.doc
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1、目 录第一章 绪论.31.1 概述.3第二章 建筑物的防雷分类.102.1第一类建筑物102.2第二类建筑物102.3 第三类建筑物.10第三章 建筑物的防雷措施.163.1一般规定.163.2第一类防雷建筑物的防雷措施163.3第二类防雷建筑物的防雷措施163.4第三类防雷建筑物的防雷措施163.5 其他防雷措施16第四章 建筑物的防雷系统.164.1建筑物的外部防雷系统164.2建筑物的内部防雷系统16总结.31参考文献32致谢.33摘要随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其内各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年
2、因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。本文就设计中建筑物防雷防雷分类、建筑物的防雷措施、防雷装置、接闪器的选择和布置等做了一些分析。关键词:建筑物 防雷保护 防雷系统 第一章 绪论1.1概述雷电,一门古老而有神秘色彩的科学。雷电创造了生命,但也带来了灾难。人类在各个历史时期都与雷电做斗争,尽管付出巨大的代价,但人们也在防雷工作中取得了巨大的成就。自从有人类历史以来,各个时期都记录着人们和雷电斗争的历史。自从富兰克林(Benjamin Franklin,17061790)研究大气物理建立雷电理论并发明了避雷针以来,人类同雷电的斗争进入
3、了新的领域。富兰克林以后,现代工业化开始发展,尤其是在俄国工程师多勃罗奥里斯基(18621919)发明了三相感应电机和变压器实现电能远距离传输;美国发明家贝尔(18471922)发明了电话以后,人类很快进入了电气化时代。这个时候雷电的危害从过去的以直击雷击毁地上的人和物为主发展成为以通过导线传播的雷电波为主。经过长期的研究,人们建立起了感应雷和高电压反击的理论,弄清了高电压雷电波在金属导线上的传播规律,并于1890年发明了带串联间隙和熔断器的避雷器。1922年美国西屋电气公司研制成功了炭化硅避雷器,1972年日本日立公司研制成功了配电用无间隙避雷器,防雷科学得到了大的发展,高电压雷电保护技术基
4、本成熟。 事物总是这样:一种矛盾得到解决,另一种隐含在原来矛盾内部的不被重视的矛盾回跃升成为主要矛盾。20世纪70年代以后,随着世界半导体集成技术的不断发展和完善,新的矛盾产生了。由于半导体集成电路十分脆弱无法耐受过电压和过电流的冲击,使得智能化弱电设备的雷击灾害显著增加。电子计算机网络系统、有线传输通信系统、微波传输通信系统、工业自动化控制系统等等与人类生活关系密切的行业受到了严重的雷害威胁。弱电的雷电保护成为雷电防护行业新的研究领域。 工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起,这也为雷电防护提出了大量新的问题。“静电抵抗”、“电磁干扰”、“热岛效应”等等的问题
5、都有待进一步区研究和解决。近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力,提出了许多新的防雷理论,研制出一大批新的防雷器件、设备和材料,开发出许多全新的雷电防护技术,但这些理论、技术和设备并为得到很好的推广。因此,增强防雷意识成为全社会关注的问题。我国于1994年颁布了新的建筑物防雷设计规范GB 50057-1994,该规范参考了大量国际标准,对原有的规范做了大量的修改,无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位,这也标志着我们国家对雷害的重视。这是一组触目惊心的数字1992年8月刚刚敷设的福建德化永春二级埋地光缆在距永春10KM处距光缆10M的大树遭雷击。雷电流沿树根泄入大地,因
6、无排流线等降低电位措施,将光缆的金属护层与塑料处护层击穿成许多小孔,雷电电弧将钢带击穿成孔洞,烧断光缆数根。1993年5月17日,6月3日,某自治区证券中心两次受到雷击,击坏计算机16台。1994年5月7日,南方某报社一次雷击损坏计算机近百台。1995年6月,南方某省银行结算中心,33层高的大楼遭到雷击,计算机网络系统停止工作3天,几亿元资金不能正常结清,仅利息就损失200万元人民币。1999年8月9日,吉林省蛟河发生雷灾,天岗地区某单位的通讯设备被雷击毁。当地1000余台电视机和300余部电话出现故障,雷害发生后的36小时之内,远离百里的蛟河市区,市话手机全停。银行专线无法正常进行,损失严重
7、。相当多的公安机关的专网和军事机关的雷达也受到雷击。被雷击上的部门就如同得了感冒一样,难受的不仅是他们自己,而且还会传染开来,给相关的部门和人们带来损失,甚至引发社会问题。一般而言,雷电活动以季节上看,夏季最活跃,冬季较少,从地区分布上看,赤道最活跃,随纬度升高而减少。以雷电日计算,我国根据多年统计得出的平均雷电日,西北15日以下,长江以北包括东北在15-40日之间,长江以南地区达40日以上,雷州半岛和海南岛是雷电活动最剧列的地区,达120-130日,总体上讲我国的雷活动很强。随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其内各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越
8、多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。第二章 建筑物的防雷分类建筑物应根据其重要性、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。2.1第一类建筑物:1、凡制造、使用和储存炸药、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;2、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物;3、具有1区爆炸危险环境的建筑物,因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏和人身伤亡者。2.2第二类建筑物: 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
9、览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别主要的建筑物;3、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物;4、制造使用或储存爆炸物质的建筑物,且火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者;5、具有1区爆炸危险环境的建筑物,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;6、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物;7、工业企业内有爆炸危险的露天钢制封闭气罐;8、预计雷击次数大于0.06次/a的部省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物;9、预计雷击次数大于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。注:建筑物年预计雷击
10、次数应按下式确定: N k Ng Ae 式中:1. N 建筑物预计雷击次数(次a); k 校正系数,在一般情况下取1,在下列情况下取相应数值:位于旷野孤立的建筑物取2;金属屋面的砖木结构建筑物取1.7;位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取1.5; Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次(km2a); Ae与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。2. 雷击大地的年平均密度应按下式确定: Ng 0.024T d 1.3 式中:T d年平均雷暴日,根据当地气象台、站资料确定(da)。3建筑物等效面积Ae应为其实
11、际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定:(1)当建筑物的高H小于100m时,其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定(附图11): 式中:D建筑物每边的扩大宽度(m);L、W、H分别为建筑物的长、宽、高(m)。(2)当建筑物的高H等于或大于100m时,其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算;建筑物的等效面积应按下式确定。 Ae LW2 H(LW)H2 10-6(3)当建筑物各部位的高不同时,应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度,其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。建筑物平面积扩大后的面积Ae如附图11中周边虚线所包围的面积。3.3第三类建筑物:1、
12、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0.012次/a,且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物;3、预计雷击次数大于或等于0.06次/a,且小于或等于0.3次/a的住宅、办公搂等一般性民用建筑物;4、预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物;5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果,并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素,确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境;6、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
13、及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。 第三章 建筑物的防雷措施3.1一般规定1.各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。第一类防雷建筑物和四、五、六款所规定的第二类防雷建筑物尚应采取防雷电感应的措施。2.装有防雷装置的建筑物,在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下,应采取等电位连接。3.2第一类防雷建筑物的防雷措施3.2.1独立避雷针(网)1.防直击雷的措施,应符合下列要求:一、应装设独立避雷针或架空避雷线(网),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。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m5m或6m4m。二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散
14、管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内:当有管帽时应按表1确定;当无管帽时,应为管口上方半径5m的半球体。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。表1有管帽的管口外处于接闪器保护范围内的空间装置内的压力与周围空气压力的压力差(kPa)排放物的比重管帽以上的垂直高度(m)距管口处的水平距离(m)5重于空气12525重于空气2.5525轻于空气2.5525重或轻于空气55三、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等,当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧时,及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀,接闪器的保护范围可仅保护到管帽,无管
15、帽时可仅保护到管口。四、独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱,宜利用其作为引下线。五、独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离(图1)应符合下列表达式的要求,但不得小于3m:(1)地上部分:当hx5Ri时,Sa10.4(Ri+0.1hx)当hx5Ri时,Sa10.1(Ri+hx)(2)地下部分:Se10.4Ri式中Sa1-空气中距离,m ;Se1-地中距离,m ;Ri -独立避雷针或架空避雷线(网)支柱处接地装置的冲击接地电阻, ;hx -被保护
16、物或计算点的高度,m。图1防雷装置至被保护物的距离六、架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离(图1),应符合下列表达式的要求,但不应小于3m:当(h+l/2)5Ri时,Sa20.2Ri+0.03(h+l/2)当(h+l/2) 5Ri时,Sa20.05Ri+0.06(h+l/2)式中Sa2-中避雷线(网)至被保护物的空气中距离,m ;h-避雷线(网)的支柱高度,m ;l-避雷线的水平长度,m 。七、架空避雷网至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离,应符合下列表达式的要求,但不应小于3m:当(h+l1)5Ri时,Sa21/n?0.4Ri+0.06(h+l1)当(h
17、+l1) 5Ri时,Sa21/n?0.1Ri+0.12(h+l1)式中l1-从避雷网中间最低点沿导体至最近支柱的距离,m ;n-从避雷中间最低点导体至最近支柱并有同一距离l1的个数。八、独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置,每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10。在土壤电阻率高的地区,可适当增大冲击接地电阻。2.防雷电感应的措施,应符合下列要求:一、建筑内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物,均应接到防雷电感应的接地装置上。金属屋面周边每隔1824m应采用引下线接地一次。现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面,其钢筋宜绑扎
18、或焊接成闭合回路,并应每隔1824m采用引下线接地一次。二、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物,其净距小于100mm时应采用金属线跨接,跨接点的间距不应大于30m;交叉净距小于100mm时,其交叉处亦应跨接。当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03时,连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺检连接的法兰盘,在非腐蚀环境下,可不跨接。三、防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用,其工频接地电阻不应大于10。防雷电感应的接地装置与独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网的接地装置之间的距离应符合1. 中的五款的要求。屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应少于两处。3
19、.防雷电波浸入的措施,应符合下列要求:一、低压线路宜全线采用电缆直接地敷设,在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时,可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线,并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入,其埋地长度应符合下列表达式的要求,但不应小于15m:式中l金属铠装电缆或护套电缆穿钢管埋于地中的长度,m ;埋电缆处的土壤电阻率,m 。在电缆与架空线连接处,尚应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地,其冲击接地电阻不应大于10。二、架空金属管道,在进出建筑物处,应与防雷电感应的接地装置相连。距离建筑物100m内的
20、管道,应每隔25m左右接地一次,其冲击接地电不应大于20,并宜利用金支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋网作为引下线,其钢筋混凝土基础宜作为接地装置。埋地或地沟内的金属管道,在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。3.2.2避雷针(网)安装在建筑物上避雷针或网格不大于5m5m或6m4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上,避雷网应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。并必须符合下列要求:1.所有避雷针应采用避雷带互相连接。2.引下线不应少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于12m。3.排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的管道符合独立避雷针(网)防直击雷措
21、施的二、三款的要求。4.建筑物应装设均压环,环间垂直距离不应大于12m,所有引下线、建筑物的金结构和金设备均应连到环上。均压环可利用电气设备的接地干线环路。5.防直击雷的接地装置应建筑物敷设成环形接地体,每根引下线的冲击接地电阻不应大于10,并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连,此接地装置可兼作防雷电感应之用。6.防直击雷的环形接地体尚宜按以下方法敷设:(1)当土壤电阻率小于或等于500m时,对环形接地体所包围的面积的等效圆半径大于或等于5m的情况,环形接地体不需补加接地体;对等效圆半径小于5m的情况,每一引下线处应补加水平接地体或垂直接地体.当补加水平接体时,其长度应按下式确
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