【电气工程及其自动化】某一类高层防雷保护工程设计

本科生毕业设计（论文）某一类高层防雷保护工程设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1前言12确定防雷分类121年预计雷击次数计算书13防雷措施231确定外部防雷措施2311接闪器3312引下线3313接地装置332预防接触电压和跨步电压的措施是4321防接触电压措施4322防跨步电压措施433防侧击雷措施44防雷装置441接闪器的选择4411接闪器的选择应满足下列要求；542引下线的选择5421引下线的选择应满足下列要求；543接地装置6431接地装置的选择应满足下列要求；65结束语6参考文献7附录8附录A建筑物易受雷击的部位8附录B分流系数KC8致谢11某一类高层防雷保护工程设计摘要本设计主要根据电气设计的原则、方法以及国家的各种规范对一类高层建筑进行防雷设计。一类高层建筑高度高，内部电子设备多，遭受雷击的概率大，雷击的影响也大大增加，因此其防雷设计采用综合防雷的概念，整体考虑外部防雷和内部防雷措施，并结合高层建筑的特点，合理运用接闪、分流、屏蔽、等电位连接、电涌保护等防雷技术为一类高层建筑提供防雷保护。关键词防雷措施；接闪器；引下线；接地装置ACLASSOFHIGHRISELIGHTNINGPROTECTIONENGINEERINGDESIGNABSTRACTTHISDESIGNMAINLYACCORDINGTOTHEPRINCIPLES,METHODSANDSTANDARDSOFTHESTATEOFELECTRICALDESIGNFORACLASSOFLIGHTNINGPROTECTIONDESIGNOFHIGHRISEBUILDINGACLASSOFHIGHRISEBUILDINGHEIGHT,INTERNALELECTRONICEQUIPMENT,THEPROBABILITYOFLIGHTNING,LIGHTNINGEFFECTSALSOINCREASEDGREATLY,SOTHECONCEPTOFLIGHTNINGPROTECTIONDESIGNOFINTEGRATEDLIGHTNINGPROTECTION,INTERIORANDEXTERIORLIGHTNINGPROTECTIONLIGHTNINGPROTECTIONMEASURESCONSIDERINGTHEOVERALL,COMBINEDWITHTHECHARACTERISTICSOFHIGHRISEBUILDING,THEREASONABLEUSEOFLIGHTNING,SHUNT,SHIELDING,ETCTOPROVIDEMINELIGHTNINGPROTECTIONTECHNOLOGYPOTENTIALCONNECTION,SURGEPROTECTIONFORACLASSOFHIGHRISEBUILDINGSKEYWORDSLIGHTNINGPROTECTIONLIGHTNINGARRESTERLEADEARTHINGDEVICE1前言随着我国社会经济的发展，各地的高层建筑不断增加，以中山市为例，十年前，25层以上的建筑物不到十栋，最近十年，25层以上的建筑如雨后春笋般冒了出来，如今已超过100多栋。普通的住宅、办公楼已逐渐向高层建筑发展，可以预见，今后的高层建筑将越来越多。高层建筑高度高，遭受雷击的概率也随高度的增加而增大，高层建筑内往往有大量的电子设备，这些设备抗干扰能力弱，容易受到雷电流的影响。本设计就是通过防雷措施，避免雷电对一类高层产生严重的影响。2确定防雷分类本工程为湛江某一类高层，建筑高度为28M。由计算书得该高层年预计雷击次数N02895。根据建筑物防雷设计规范3年预计雷击次数N025的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑为二类防雷建筑。则该高层属于第二类防雷建筑。21年预计雷击次数计算书工程名某一类高层防雷保护工程设计计算者褚敬培计算时间2014年5月16日参考规范建筑物防雷设计规范GB5005720101已知条件建筑物的长度L516M建筑物的宽度W436M建筑物的高度H28M当地的年平均雷暴日天数TD946天/年校正系数K10不考虑周边建筑影响。2计算公式年预计雷击次数02895AENGK其中建筑物的雷击大地的年平均密度946001TDG等效面积AE为H005省部级办公建筑和其他重要场所、人员密集场所。N025住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑。三类省部级办公建筑和其他重要场所、人员密集场所。05N1住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑。23防雷措施雷击的主要形式有两种2一种称为直击雷，是指雷雨云直接对建筑放电，击毁建筑物并损害其内部的电子设备。二是雷电放电过程中强大的脉冲电流在放电通道周围形成瞬变的电磁场，使邻近的导体产生电磁感应而形成高电压。高电压沿金属管线入侵建筑物以至发生闪击现象，通常称为“感应雷”。根据雷电对建筑物的破坏途径，一般把建筑物的雷电防护分为外部防雷和内部防雷两部分。本次设计主要负责外部防雷设计。建筑物的外部防雷措施对建筑物起到防直接雷击作用外，也是整个综合防雷系统的基础，外部防雷措施布设的接闪器应尽可能捕获击向建筑物的雷电闪击，然后通过分布在建筑物四周的引下线把雷电流引向接地装置，并迅速泄放进入大地，为建筑物内部电子设备的雷电防护提供良好的基础1。31确定外部防雷措施外部防雷措施是防止雷电直接袭击建筑物，一般在建筑物顶部设置接闪器拦截雷电，实际工程中往往出现建筑装饰与防雷效果的矛盾，防雷设计规范中有利用屋顶女儿墙压顶钢筋作为接闪器（暗敷），这种做法不适合于高层建筑。近年的雷击调查表明，雷击时暗敷接闪器外的水泥块会被击毁坠落造成危险。某一高层建筑天面四周女儿墙用大理石敷面，宽近80CM，而接闪带紧贴女儿墙中央敷设，外沿不能受到保护，一旦发生雷击，碎石可从200多米高空坠落，危及周围的行人和车辆的安全，这样的设计显然是不合理的，高层建筑的防雷接闪器应能保护建筑物外沿，易受雷击部位可结合使用接闪杆，不可采用暗敷接闪器。本次设计的外部防雷措施主要有；避雷带沿女儿墙敷设，利用天面内钢筋12做暗敷避雷带；在距离女儿墙顶150MM,每隔08米设置一支接闪器；在转弯处,每隔03米设置一支接闪器；引下线就利用楼层柱内的两根钢筋做引下线。在使用专设引下线时，在引下线上于距地面03M至18M之间装设断接卡；接地装置与引下线相连接，连接线用扁钢，此扁钢一端与柱子内作为接闪带引下线的二根主筋焊接，40另一端与桩台板外圈环形接地连接地线焊接。311接闪器接闪器包括接闪杆、接闪带和接闪网等。根据建筑物防雷设计规范3接闪网、接闪带按附录A的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，本次设计接闪带在距离女儿墙顶150MM,每隔08米设置一支接闪器；在转弯处,每隔03米设置一支接闪器，本次设计需要54根接闪器。312引下线建筑物的防雷引下线的作用是把接闪器拦截到的雷电流引导至接地装置。高层建筑一般利用结构柱内的钢筋作防雷引下线，沿建筑物四周均匀或对称分布。合理设置防雷引下线，能把雷电流均匀地分布在建筑物的外围向大地泄放，本次设计沿外墙每隔18M设置一根引下线，一共需要14组，并将楼层柱内对角钢筋2条做引下线。本高层利用基础内钢筋网作为接地体，在周围地面以下距地面不小于05M，每根引下线所连接的钢筋表面积总和按下式计算。（124CKS）式中S钢筋表面积总和M2；KC分流系数，其值按本规范附录E的规定取值。根据附录E得本高层采用网格型接闪器、引下线用多根环形导体互相连接、接地体采用环形接地体和利用建筑物钢筋或作为防雷装置，且高度H1为28M，引下线根数N为14根，引下线之间的距离C为18M。则；（230820131HCKC）代入公式（1）可得每根引下线所连接的钢筋表面积总和S为（32240384MS）所以，本高层每根引下线所连接的钢筋表面积总和为0402M2。313接地装置接地装置用于泄放雷电流进入大地，并在引下线之间起等电位的作用，是埋入土壤或混凝土基础中作散流的金属体，现代建筑的接地装置通常采用自然接地体，利用建筑结构中的基础钢筋，包括桩钢筋、承台钢筋、地梁钢筋等焊接连通成一个整体作为接地装置2。本次设计接地装置与作为引下线的柱内钢筋通过连接线相连结，共有14组接地装置。32在建筑物外引下线附近保护人身安全而要防接触电压和跨步电压的措施是321防接触电压措施1利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋相连接，并且用10根柱子组成自然引下线。2引下线3M范围内用5CM厚沥青层铺在地面。3外露引下线，其距地面27M以下的导体用3MM厚的交联聚乙烯层缘层隔离。4在引下线附近设置护栏、警告牌等告示。322防跨步电压措施1利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋相连接，并且用10根柱子组成自然引下线。2引下线3M范围内采用5CM厚沥青层铺在地面。3用网状接地装置对地面作均衡电位处理。4在引下线附近设置护栏、警告牌等告示。33防侧击雷措施本高层采用建筑外墙金属门窗、栏杆接地的方法，对突出墙体不受保护的物体，设置接闪器进行保护，具体做法可利用建筑物外围圈梁内钢筋焊接连通，并与所有防雷引下线连通构成均压环，在建筑物外围金属门窗、护栏等地方预留接地端与之连接，均压环每层设计一道，方便金属门窗、护栏接地。4防雷装置41接闪器的选择适当良好的接闪器，可以积聚雷电感应电荷，在其顶端形成局部强场区，产生自下而上的迎面先导，将雷击下行先导放电的发展方向引向自身，从而大大减少雷电入侵建筑物的概率。411接闪器的选择应满足下列要求；1接闪杆采用热镀锌圆钢制成，其圆钢直径为16MM,高度为600MM，并且16端头磨尖镀锌。2接闪杆的接闪端做成半球状，其弯曲半径为88MM3当独立烟囱上采用热镀锌接闪环时，其圆钢直径为12MM；扁钢截面为100MM2，其厚度为4MM。4架空接闪线和接闪网采用截面为50MM2热镀锌钢绞线。5接闪带采用热镀锌圆钢，支架采用热镀锌扁铁。10406避雷带是利用天面内钢筋做暗敷。242引下线的选择引下线是外部防雷装置的一部分，它能将接闪器雷电流传导至接地装置，能减少由于雷电流通过外部防雷装置引起损坏的概率。421引下线的选择应满足下列要求；1引下线采用热镀锌圆钢。其直径为12MM。并且是利用楼层柱内对角钢筋2条做引下线。楼层的钢筋是相连接的。2专设引下线沿建筑物外墙外表面明敷，并经最短路径接地。3建筑物的钢梁、钢柱、消防梯等金属构件以及幕墙的金属立柱作为引下线，但其各部件之间均应连成电气贯通,采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接；各金属构件可被覆有绝缘材料。4在专设引下线各引下线上于距离地面03M至18M之间装设断接卡。当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡，但利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板，这些连接板可供测量、接人工接地体和作等电位连接用。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时，应在每根引下线上于距地面不低于03M处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡，其上端应与连接板或钢柱焊接。连接板处设置明显标志。5在易受机械损伤之处，地面上17M至地面下03M的一段接地线采用镀锌角钢加以保护。43接地装置防雷接地装置是外部防雷装置的组成部分，用于把雷电流引导并散入大地。将具有高频特性的雷电流分散入大地时，为使任何潜在的电压降到最少，接地装置为单一、整体结构，并采用较少的接地电阻。431接地装置的选择应满足下列要求；1埋于土壤中的人工垂直接地体采用热镀锌圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体采用热镀锌扁钢。2人工钢质垂直接地体的长度为25M。其间距以及人工水平接地体的间距均为5M。3人工接地体在土壤中的埋设深度为05M，并宜敷设在地冻土层以下，其距墙或基础为1M。4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，土壤中的接地体采用不锈钢导体。5防直击雷的专设引下线距离出入口边沿3M。6接地装置埋在土壤中的部分，其连接宜采用放热焊接；当采用通常的焊接方法时，在焊接处做防腐处理4。本次设计接地装置与引下线直接相连，连接线采用扁钢，此扁钢一端与柱40子内作为接闪带引下线的二根主筋焊接，另一端与桩台板外圈环形接地连接地线焊接。其中接地装置是桩钢筋、承台钢筋、地梁钢筋等焊接连通成的一个整体。5结束语本设计完成了对一类高层防雷保护工程设计，根据该高层的要求，结合国家规范，对该楼层的防雷措施进行选择，主要有露面布置接闪带和接闪器，并沿柱子均匀布置引下线，地基主要是接地装置与引下线相接。本次设计接闪器有54根，接地装置与引下线是14组。本设计根据规范对防雷装置材料进行选择，接闪带用热10镀锌圆钢，支架用热镀锌扁铁。引下线采用不小于热镀锌圆钢。接地装置42016包括桩钢筋、承台钢筋、地梁钢筋等焊接连通成一个整体。根据所选择的设备对该楼层进行防雷设计。参考文献1虞浩现代防雷技术基础（第二版）M北京清华大学出版社，20052梅卫群江燕如建筑防雷工程与设计M北京气象出版社，20033中华人民共和国建设部GB500572010建筑物防雷设计规范M北京中国计划出版社，20104IEC6102412建筑物防雷第一部分，通则，第二分部分，指南B防雷装置的设计、安装、维护及检查附录附录A建筑物易受雷击的部位（1）平屋面或坡度不大于1/10的屋面，其易受雷击的部位是檐角、女儿墙、屋檐，见图BA、图BB。（2）坡度大于1/10且小于1/2的屋面，其易受雷击的部位是屋角、屋脊、檐角、屋檐，见图BC。（3）坡度不小于1/2的屋面，其易受雷击的部位是屋角、屋脊、檐角，见图BD。（4）对图BC和图BD，在屋脊有接闪带的情况下，当屋檐处于屋脊接闪带的保护范围内时屋檐上可不设接闪带。附录B分流系数KC（1）分流系数KC，单根引下线时应为1；两根引下线及接闪器不成闭合环的多根引下线时可为066或按本附录图B04计算确定；图B01C适用于引下线根数N不少于3根,当接闪器成闭合环或网状的多根