第5章 建筑物防雷设计

第五章建筑物防雷设计 5 1雷电特性及建筑物防雷 一 雷电的形成 这是下行雷电放电的图片 直击雷 直击雷 雷直接击于被击物上 被击物可能是建筑物 树木或人等 雷电流 雷流过低接地电阻 小于30欧 被击物时的电流 我国测得的最大雷电流幅值为300KA 传导雷 传导雷 又称入侵波 是雷击于导线后 雷电流沿导线传播 并入侵被保护设备 传导雷是造成低压电器设备损坏的主要雷害之一 感应雷 感应雷 由于电磁感应形成的电压升高 感应雷幅值一般不超过500KV 对110KV及以上的线路不能构成威胁 感应雷也是造成低压电器设备损坏的主要雷害之一 二高层建筑雷击的特点 三建筑物高度与落雷频率的关系 雷电的危害 1 机械性破坏由两种力产生 一种是强大的雷电流通过物体时产生的巨大电动力 另一种是强大的雷电流通过物体时产生的巨大热量 使物体内的水份急剧蒸发而造成劈裂的物体内压力 2 热力性破坏产生的巨大热量使物体燃烧和金属材料熔化 3 绝缘击穿性破坏极高的电压使电气系统中的绝缘材料击穿 造成相间短路 使破坏的范围和程度迅速扩大和增长 这是电气系统中最危险的一种破坏形式 5 2防雷击原理与防雷装置 一 防直接雷采用避雷针 避雷带成避雷网 一般优先考虑采用避雷针 当建筑上不允许装设高出屋顶的避雷针 同时屋顶面积不大时 可采用避雷带 若屋顶面积较大时 采用避雷网 二 防间接 感应 雷雷云通过静电感应效应在建筑物上产生的很高的感应电压 可通过将建筑物的金属屋顶 房屋中的大型金属物品 全部加以良好的接地处理来消除 三 防高电位侵入雷电波可能沿着各种金属导体 管路 特别是沿着天线或架空线引入室内 对人身和设备造成严重危害 对这些高电位的侵入 特别是对沿架空线引入雷电波的防护问题比较复杂 通常采用以下几种方法 1 配电线路全部采用地下电缆 2 进户线采用50 100m长的一段电缆 3 在架空线进户之处 加装避雷器或放电保护间隙 第 1 种方法最安全可靠 但费用高 故只适用于特殊重要的民用建筑和易燃易爆的大型工业建筑 后两种方法不能完全避免雷电波的引入 但可将引入的高电位限制在安全范围之内 在实际中得到广泛采用 四 建筑物防雷的主要装置建筑物防雷主要采用接闪器系统 由接闪器 引下线和接地装置三大部份组成 1 接闪器避雷针 避雷带 避雷网 暗装时引下线的截面应加大一级 而且应注意与墙内其它金属构件的距离 若利用钢筋混凝土中的钢筋作引下线时 最少应利用四根柱子 每柱中至少用到两根主筋 2 引下线 明装和暗装 明装时一般采用直径8mm的圆钢或截面12 4mm2的扁钢 在易受腐蚀部位 截面应适当加大 引下线应沿建筑物外墙敷设 距墙面15mm 固定支点间距不应大于2m 敷设时应保持一定的松紧度 从接闪器到接地装置 引下线的敷设应尽量短而直 若必需弯曲时 弯角应大于90 3 接地装置自然接地体利用埋于地下的 有其它功能的金属物体 作为防雷保护的接地装置 直埋铠装电缆金属外皮直埋金属水管钢筋混凝土电杆 基础接地体为节约有色金属 降低造价 应尽量利用建筑物中的结构钢筋作为接地装置 人工接地体专门用于防雷保护的接地装置 分垂直接地体和水平接地体两类 垂直接地体可采用直径20 50mm的钢管 壁厚3 5mm 直径l9mm的圆钢或厚3mm宽20mm到厚5mm宽20mm的角钢做成 长度均为2 3m一段 间隔5m埋地 顶端埋深为0 5 0 8m 用接地连接条或水平接地体将其连成一体 水平接地体和接地连接条可采用截面为25 4 40 4mm2的扁钢 截面10 10rnm2的方钢或直径8 14mm的圆钢做成 埋深一律为05 0 8m 埋接地体时 应将周围填土夯实 不得回填砖石 灰渣之类杂土 通常接地体均应采用镀锌钢材 土壤有腐蚀性时 应适当加大接地体和连接条截面 并加厚镀锌层 各焊点必须刷樟丹油或沥青油 以加强防腐 接地电阻的数值应符合规范要求 第三节雷电反击和安全距离 二 防雷设备及其保护范围1 避雷针的结构避雷针由接闪器 支持构架 引下线和接地体4部分组成 1 接闪器 接闪器是指避雷针顶端的镀锌圆钢或镀锌钢管 是专门用来接受雷云闪络放电的装置 避雷针采用长1m 2m的直径大于20mm的圆钢或直径大于25mm的钢管 2 支持构架 支持构架是将接闪器装设于一定高度上的支持物 在变电所或易爆的厂房 应采用独立支持构架 对一般厂房 烟囱等 避雷针可直接装设于保护物上 h 避雷针的高度hx 被保护物高度ha 避雷针本身的有效高度rx 避雷针在hx高度水平面上的保护半径图5 13单支避雷针的保护范围 a 两避雷针间的距离h0 两针间保护范围上限的最低点的高度或称假想避雷针高度2bx 在hx水平面上 xx 连线平面 的保护范围最小宽度rx 单支避雷针在hx水平面上的保护半径R 通过两支避雷针顶点 A A 及保护范围上部边缘最低点O点的圆弧的半径 O点位于的水平面上图5 15两支等高避雷针的联合保护范围 2 管式避雷器 由产气管 内部间隙和外部间隙3部分组成 如图5 86所示 图避雷器的连接 a 装在铁横担上 b 装在木横担上1 羊角电极2 支持绝缘子图5 85角型间隙 3 阀式避雷器 由火花间隙和阀片组成 装在密封的磁套管内 如图5 87所示 火花间隙由铜片冲制而成 每对间隙用云母垫圈隔开 正常情况下 火花间隙阻止线路工频电流通过 但在过电压作用下 火花间隙被击穿放电 阀片是用陶瓷材料黏固起来的电工用金刚砂 碳化硅 颗粒组成的 它具有非线性特性 当电压正常时 阀片电阻很大 当过电压作用时 阀片则呈现很小的电阻 因此在线路上出现过电压时 阀式避雷器的火花间隙击穿 阀片使雷电畅通地泄入大地 当过电压消失后 线路又恢复工频电压时 阀片呈现很大的电阻 使火花间隙绝缘迅速恢复 并切断工频续流 从而线路恢复正常工作 保护了电气设备的绝缘 1 上接线端2 磁套管3 火花间隙4 阀电阻片5 下接线端图5 87阀式避雷器 对于一般线路来说 无须装设管式避雷器F2 当线路的耐冲击绝缘水平特别高 致使变电所中阀式避雷器通过的雷电流可能超过5kA时 才装设管式避雷器F2 并使F2处的接地电阻尽量降低到10 以下 2 对于35kV进线且容量较小用户变电所 还可根据其重要性和雷暴日数采取简化的进线保护 对容量3150kV A 5600kV A的变电所 可以考虑采用避雷线长仅为500m 600m的进线段保护 容量在3150kV A以下者 可不装设进线段保护 图5 8935kV全线无避雷线线路变电所进线段防雷保护方式接线图 5 装设避雷器和保护间隙 对架空线路上个