建筑防雷设计的有关问题

雷电与防护技技术肖稳安安南京信息工程程大学电子工工程系2005年8月18日杨仲江江南京信息工程程大学雷电科学与技技术筑防雷设计计的有关问题题南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江主要内容1关于建筑物防防雷分类2接闪器的设计计及使用误区区3关于提前预放放电避雷针4关于接地5等电位连接的的设计6SPD的选择与使用用南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江1建筑物的防雷雷分类建筑物应根据其重要性、使用用性质、发生生雷电事故的的可能性和后后果，按需要将工工业和民用建建筑物分为三三类。大型、复杂项项目应该进行行雷电灾害风风险评估来确确定。一个项目的不不同组成部分分，甚至一个个建筑物的不不同部位可能能有不同的分分类。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江防雷装置南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江图4.1对阿特拉斯5号运载火箭的的防雷保护。。由四座铁塔塔支撑的四根根绝缘棒，其其顶部有架空空的金属线（（为了让读者者看得更清楚楚而用电脑将将金属线加粗粗）相连。并并且这些金属属线一直向下下延伸到发射射场外很很远的接地极极上。2006年南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江2010.9.5搭载着“鑫诺诺六号”通信信广播卫星的的“长征三号号乙”运载火火箭在西昌卫卫星发射中心心点火升空。。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江图4.2航天飞机的防防雷保护。一一张由电脑生生成的航天飞飞机照片，及及其架空线（（悬吊线）防防雷系统每个个方向的悬吊吊线均约300m长南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江图房顶边缘的一一根末端较钝钝的避雷针。。这跟避雷针针连接了两根根引下线，每每根引下线与与房子周围不不同转角处预预埋的接地体体相连。NFPA780：2004中规定，避雷雷针应被安装装在距离屋顶顶边缘不超过过0.6m的地方。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江在弗罗里达大大学工程大楼楼楼顶安装的的一列尖端型型避雷针南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江一根19世纪的避雷针针。该针的长长度大约为2m,有一个非常奇奇特的尖端和和装饰用的玻玻璃球并且在在红色玻璃内内插入了一根根装饰用的箭箭矢。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江2．接闪器的设计计及使用误区区防雷装置：接接闪器，引下下线，接地装装置，过电压压保护器及其它连接导导体的总和。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江接闪器的设计计原理：避雷针和避雷雷线均为金属属体，安装在在比被保护物物体高的位置置上，从工作作原理来看，，两者具有相相同的保护功功能，即吸引引雷电。一．避雷针与避雷雷线1、避雷针避雷针接闪器器顶端处的电电场畸变条南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江钢管类避雷针或避雷雷带的设计关关键是壁厚，，50mm2薄壁装饰用不不锈钢管常常常不符合要求求。直径针型圆钢(mm）钢管(mm）针长1m以下1220针长1—2m1625烟囱顶上的针2040南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江避雷带（a）屋顶突出物物加设避雷针针（b）平屋面上设设避雷带（c）女儿墙上设设避雷带避雷带的设置置abc南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江立体金属笼网网建筑物的笼式式避雷网笼式避雷网通通常是利用建建筑物钢筋混混凝土结构中中的钢筋来构构成的，即将将建筑物屋面面内原有的钢钢筋网格作接接闪器使用，，如右上图所所示。将梁、、柱、楼板中中的横向和纵纵向钢筋按防防雷设计规范范要求进行电电气上的相互互连接，这样样就将整个建建筑物构件中中的所有钢筋筋连接成一个个统一的导电电系统，构成成一个大的立立体法拉第笼笼。其中的纵纵向钢筋兼作作引下线试用用，建筑物基基础中的接地地钢筋兼作接接地体使用。。南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江2、避雷网明装避雷网南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江关于暗装避雷雷网建筑物顶部突突出物体的保保护南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江四.避雷针、带、、网保护范围围的确定南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江1、确定避雷针针、线、带、、网保护范围围方法的分类类Positioningofair-terminationsystemsGeneralmeshmethodprotectiveanglemethodrrollingspheremethod南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江2、滚球法确定避雷针、、线、带、网网保护范围的的方法（1）滚球法的保保护原理下行先导头部部达到地面上上某物体的雷雷击距范围时时，他才会定定向的击向该该物体，雷击距范围南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江。用滚球法确定定雷击点滚球法在建筑筑物面上的连连续滚动南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江保护区随滚球球半径的变化化南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江建筑物的空间间受雷曲面复杂形状建筑筑物上易受雷雷击的部位的的确定南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江protectedvolumeinterceptiontipexample②双支避雷针的的保护范围Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江rrrrprotectedvolumerrrrrrrPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodConstructionofvolumetobeprotected,graphicinterceptiontip南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江rPositioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthph1h2h1-h2>pr rollingsphereradiush1heightoftheinterceptionrodsh2heightofthestructuretobeprotectedp penetrationdepthd distancebetweentheinterceptionrodsFangstangendp南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江Positioningofair-terminationsystemsbyusingtherollingspheremethodPenetrationdepthp南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江A2A1A1=A2ahhxtanaprotectedvolume3、Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodGeneral南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江AC0Bah1hprotectedvolumeAttention!单根避雷针examplePositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京信息工程程大学雷电科科学与技术系系杨仲江江Attention!Positioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江h1双根根避避雷雷针针example00aaaaBBprotectedvolumeCCAAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江3.exampleaah10aBBa0CCAprotectedvolumeAPositioningofair-terminationsystemsbyusingtheprotectiveanglemethodConstructionofvolumetobeprotected南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江五．．滚滚球球法法与与其其它它确确定定防防雷雷保保护护范范围围方方法法的比比较较过去去许许多多年年、、世世界界各各国国在在防防雷雷设设计计中中、、多多使使用用折折线线法法、、网网格格法法、、圆圆锥锥法法等等来来确确定定避避雷雷针针和和避避雷雷线线的的保保护护范范围围。。南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江502,9––200101001502005,4–15010,1–

10015,7–10097%pot*99%pot*91%pot*84%pot**pot:probabilityoftrappingPl:IPl:IIPl:IIIPl:IV0î/[kA]保护护方方法法Protectionlevel(Pl)南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江Positioningofair-terminationsystemsGeneral南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江避雷雷针针不不能能防防护护由由雷雷击击电电磁磁脉脉冲冲产产生生的的经经金金属属导导体体传传导导入入室室内内和和由由辐辐射射方方式式进进入入电电子子设设备备内内部部的的电电磁磁脉脉冲冲干干扰扰。。避雷雷针针不不是是万万能能的的南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江图载有有雷雷电电流流的的弯弯曲曲导导图图引引下下线线的的走走线线方方式式体受受力力示示意意（（a）正正确确（（b）不不正正确确南京京信信息息工工程程大大学学雷雷电电科科学学与与技技术术系系杨杨仲仲江江尽量不要使使用避雷针针增加年预预计雷击次次数南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江避雷针设置置不一定合合理的例子子南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江关于提前预预放电避雷雷针“提前放电电避雷针””等特殊的的接闪器，，声称能在在相同的情情况下，比比普通避雷雷针更早的的产生上行行先导，而而且先导的的步长要更更长。根据据它们的广广告宣传，，要保护一一座典型的的建筑物，，往往只需需要安装一一根提前放放电避雷针针即可。提前放电接接闪装置的的拥护者们们声称：（（1）相对于传传统的避雷雷针，提前前放电针的的优势在于于它的触发发时间仅为为100μs。并且（2）其产生的的上行先导导的速度为为1mμs-1。如果这些些都是真的的，那么提提前放电针针产生的先先导在100μs内要比传统统避雷针产产生的先导导多传播至至少100m；从而提高高了针的保保护范围。。疑点：（1）在连接过过程中，当当先导速度度达到约0.1mμμs-1这个典型值值时，就已已经达到了了测量手段段的极限，，速度更快快的上行先先导已无法法测量其速速度；（2）没有任何何数据可以以证实这个个被提及的的100μs先导触发时时间的优越越性。就算算触发时间间短就有优优势的事情情是真的，，提前放电电针产生的的先导能在在低电场值值的的情况况下有效的的发展，传传播，但由由于先导速速度测量手手段的局限限性，提前前放电针的的优势（在在所有能收收集到的资资料中）也也只有10m而已。上行行先导的典典型平均步步长为50m增加10m并不会有太太大的优势势。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江关于接地共用接地系系统的优点点越来越为为人们所认认识，它的的最显著的作作用在于易易实现建筑筑物内各个个系统的等等电位，防防止地电位位反击。尤其在城市市环境里若若设多个分分设接地不不容易做到到真正彼此此独立。《雷击电磁脉脉冲的防护护》指出：从防防雷的观点点来看，建筑物采用用单一的共共用接地装装置较好，，它适合于于所有接地地之用（如如，防雷、、低压电力力系统、电电信系统））。（IEC61312-1）也指出：如果在互相相邻近的建建筑物之间间有电力线线和通讯电电缆通过，，应将其接接地系统互互相连接，，并且这样样有利于采采用多条并并行路径以以减少电缆缆中的电流流，一个网网状接地系系统可满足足这种要求求南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江接地注意事事项请将框架结结构中的钢钢筋龙骨看看做接地主主干线加以以利用！不要从地下下拉一根长长铜缆或扁扁钢到高层层机房！（若为等电位位连接方便便而拉，该该线缆请与与每层结构构钢筋等电电位连接）共地不共线线（并联接接地）。现代建筑基基础是最好好的接地。。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江等电位连接等电位也是最基本本最重要的的防雷技术术措施之一一，在接地系统统的接地电电阻不易做做得较小时时尤为重要要。它的主要作作用是南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江地电位反击击南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江电源线信号号线进线等等电位示意意图南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江等电位接地地施工方案案图南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江通过SPD进行等电位位联结南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江等电位连接接器南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江等电位连接接网络接地基准点点earthingreferencepoint，ERP一个系统的的等电位连连接网络与与共用接地地系统之间间唯一的那那一连接点点。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江等电位连接接网络电气安全的的等电位连连接网络和和信息系统统从直流至至高频的功功能等电位位连接网络络有区分，，但这两个个网络又要要互相连接接在一起。。上图是信息息系统功能能等电位连连接的基本本方法。电气安全的的等电位连连接网络，，主要是通通过与配电电线路敷设设在一起的的保护地线线(PE)构成，保护护地线又必必须根据配配电系统的的大小在多多处（如每每层楼或有有配电箱处处)与共用接地地系统以及及信息系统统的功能等等电位连接接网络做等等电位连接接。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江当采用Ss或Ms等电位连接接网络时，，信息系统统的所有金金属组件，，除等电位位连接点ERP(即接地基准准点)外，应与共共用接地系系统各组件件有大于10kV、1．2／50µs的绝缘，如如铺以橡胶胶垫。南京信息工工程大学雷雷电科学与与技术系杨杨仲江江3---地面内焊焊接钢筋筋网，利用其作作为高频频信号基基准网，，除固有有的绑扎扎点外，，宜在约约500～600mm网格交叉叉点上加加以焊接接。地面面内钢筋筋网应与与其周围