建筑防雷設(shè)計的有關(guān)問題61頁(1)

1、 雷電與防護技術(shù)肖 穩(wěn) 安南京信息工程大學(xué)電子工程系2005年8月18日 楊 仲 江南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)筑防雷設(shè)計的有關(guān)問題南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江主要內(nèi)容1 關(guān)于建筑物防雷分類2 接閃器的設(shè)計及使用誤區(qū)3 關(guān)于提前預(yù)放電避雷針4 關(guān)于接地5 等電位連接的設(shè)計6 SPD的選擇與使用南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 1 建筑物的防雷分類 建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按需要將工業(yè)和民用建筑物分為三類。 大型、復(fù)雜項目應(yīng)該進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險評估來確定。 一個項目的不同組成部分，甚至一個建筑物的不同部位可能有不同

2、的分類。 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江防雷裝置南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江圖4.1 對阿特拉斯5號運載火箭的防雷保護。由四座鐵塔支撐的四根絕緣棒，其頂部有架空的金屬線（為了讓讀者看得更清楚而用電腦將金屬線加粗）相連。并且這些金屬線一直向下延伸到發(fā) 射場外很遠(yuǎn)的接地極上。2006年南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江2010.9.5搭載著“鑫諾六號”通信廣播衛(wèi)星的“長征三號乙”運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江圖4.2 航天飛機的防雷保護。一張由電腦生成的航天飛機照片，及其架空線（懸吊線

3、）防雷系統(tǒng)每個方向的懸吊線均約300m長 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江圖 房頂邊緣的一根末端較鈍的避雷針。這跟避雷針連接了兩根引下線，每根引下線與房子周圍不同轉(zhuǎn)角處預(yù)埋的接地體相連。NFPA 780：2004中規(guī)定，避雷針應(yīng)被安裝在距離屋頂邊緣不超過0.6m的地方。 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江在弗羅里達(dá)大學(xué)工程大樓樓頂安裝的一列尖端型避雷針 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江一根19世紀(jì)的避雷針。該針的長度大約為2m,有一個非常奇特的尖端和裝飾用的玻璃球并且在紅色玻璃內(nèi)插入了一根裝飾用的箭矢。 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江2接閃器的設(shè)計及使用誤區(qū)防雷

4、裝置：接閃器，引下線，接地裝置，過電壓保護器及其它連接導(dǎo)體的總和。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 接閃器的設(shè)計 原理：避雷針和避雷線均為金屬體，安裝在比被保護物體高的位置上，從工作原理來看，兩者具有相同的保護功能，即吸引雷電。一避雷針與避雷線 1、避雷針 避雷針接閃器頂端處的電場畸變條南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 鋼管類避雷針或避雷帶的設(shè)計關(guān)鍵是壁厚，50mm2 薄壁裝飾用不銹鋼管常常不符合要求。 直徑針型圓鋼(mm）鋼管(mm）針長1m以下1220針長12m1625煙囪頂上的針2040南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江避雷帶 （a）屋頂突出物加設(shè)避雷針 （b）平屋

5、面上設(shè)避雷帶 （c）女兒墻上設(shè)避雷帶避雷帶的設(shè)置a b c南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江立體金屬籠網(wǎng) 建筑物的籠式避雷網(wǎng) 籠式避雷網(wǎng)通常是利用建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋來構(gòu)成的，即將建筑物屋面內(nèi)原有的鋼筋網(wǎng)格作接閃器使用，如右上圖所示。將梁、柱、樓板中的橫向和縱向鋼筋按防雷設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行電氣上的相互連接，這樣就將整個建筑物構(gòu)件中的所有鋼筋連接成一個統(tǒng)一的導(dǎo)電系統(tǒng)，構(gòu)成一個大的立體法拉第籠。其中的縱向鋼筋兼作引下線試用，建筑物基礎(chǔ)中的接地鋼筋兼作接地體使用。 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 2、避雷網(wǎng) 明裝避雷網(wǎng) 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 關(guān)于暗裝避雷網(wǎng)建

6、筑物頂部突出物體的保護 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江四.避雷針、帶、網(wǎng)保護范圍的確定 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江1、確定避雷針、線、帶、網(wǎng)保護范圍方法的分類 Positioning of air-termination systems General meshmethodprotective angle methodrrolling spheremethod南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 2、滾球法確定避雷針、線、帶、網(wǎng)保護范圍的方法 （1）滾球法的保護原理下行先導(dǎo)頭部達(dá)到地面上某物體的雷擊距范圍時，他才會定向的擊向該物體，雷擊距范圍南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)

7、與技術(shù)系 楊仲江。用滾球法確定雷擊點 滾球法在建筑物面上的連續(xù)滾動南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江保護區(qū)隨滾球半徑的變化南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江建筑物的空間受雷曲面 復(fù)雜形狀建筑物上易受雷擊的部位的確定 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江protected volumeinterception tipexample 雙支避雷針的保護范圍 Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodConstruction of volume to be protected南京信息

8、工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江rrrrprotected volumerrrrrrrPositioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodConstruction of volume to be protected, graphicinterception tip南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江rPositioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p h1h2h1

9、- h2 prrolling sphere radiush1height of the interception rodsh2height of the structure to be protectedppenetration depthddistance between the interception rodsFangstangendp南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)

10、系 楊仲江A2A1A1 = A2ahh x tanaprotected volume3、 Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodGeneral 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江AC0Bah1hprotected volumeAttention!單根避雷針examplePositioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be pr

11、otected 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江Attention!Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江h(huán)1雙根避雷針 example00aaaaBBprotected volumeCCAAPositioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstructi

12、on of volume to be protected南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江3. exampleaah10aBBa0CCAprotected volumeAPositioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江五滾球法與其它確定防雷保護范圍方法 的比較 過去許多年、世界各國在防雷設(shè)計中、多使用折線法、網(wǎng)格法、圓錐法等來確定避雷針和避雷線的保護范圍。南京信息工程大學(xué)雷

13、電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江502,9 200101001502005,4 15010,1 10015,7 10097% pot*99% pot*91% pot*84% pot*pot: probability of trappingPl: IPl: IIPl: IIIPl: IV0/kA保護方法 Protection level (Pl)南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江Positioning of air-termination systemsGeneral 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江 避雷針不能防護由雷擊電磁脈沖產(chǎn)生的經(jīng)金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)入室內(nèi)和由輻射方式進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)部的電磁脈

14、沖干擾。避雷針不是萬能的南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江圖 載有雷電流的彎曲導(dǎo) 圖引下線的走線方式 體受力示意 （a）正確（b）不正確 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江盡量不要使用避雷針增加年預(yù)計雷擊次數(shù)南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江避雷針設(shè)置不一定合理的例子南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江關(guān)于提前預(yù)放電避雷針“提前放電避雷針”等特殊的接閃器，聲稱能在相同的情況下，比普通避雷針更早的產(chǎn)生上行先導(dǎo)，而且先導(dǎo)的步長要更長。根據(jù)它們的廣告宣傳，要保護一座典型的建筑物，往往只需要安裝一根提前放電避雷針即可。 提前放電接閃裝置的擁護者們聲稱：（1）相對于傳統(tǒng)的避雷針，提

15、前放電針的優(yōu)勢在于它的觸發(fā)時間僅為100s。并且（2）其產(chǎn)生的上行先導(dǎo)的速度為1ms-1。如果這些都是真的，那么提前放電針產(chǎn)生的先導(dǎo)在100s內(nèi)要比傳統(tǒng)避雷針產(chǎn)生的先導(dǎo)多傳播至少100m；從而提高了針的保護范圍。疑點：（1）在連接過程中，當(dāng)先導(dǎo)速度達(dá)到約0.1ms-1這個典型值時，就已經(jīng)達(dá)到了測量手段的極限，速度更快的上行先導(dǎo)已無法測量其速度；（2）沒有任何數(shù)據(jù)可以證實這個被提及的100s先導(dǎo)觸發(fā)時間的優(yōu)越性。就算觸發(fā)時間短就有優(yōu)勢的事情是真的，提前放電針產(chǎn)生的先導(dǎo)能在低電場值的的情況下有效的發(fā)展，傳播，但由于先導(dǎo)速度測量手段的局限性，提前放電針的優(yōu)勢（在所有能收集到的資料中）也只有10m而已

16、。上行先導(dǎo)的典型平均步長為50m增加10m并不會有太大的優(yōu)勢。 南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江關(guān)于接地共用接地系統(tǒng)的優(yōu)點越來越為人們所認(rèn)識，它的最顯著的作用在于易實現(xiàn)建筑物內(nèi)各個系統(tǒng)的等電位，防止地電位反擊。尤其在城市環(huán)境里若設(shè)多個分設(shè)接地不容易做到真正彼此獨立。雷擊電磁脈沖的防護指出：從防雷的觀點來看，建筑物采用單一的共用接地裝置較好，它適合于所有接地之用（如，防雷、低壓電力系統(tǒng)、電信系統(tǒng)）。（IEC 61312-1）也指出：如果在互相鄰近的建筑物之間有電力線和通訊電纜通過，應(yīng)將其接地系統(tǒng)互相連接，并且這樣有利于采用多條并行路徑以減少電纜中的電流，一個網(wǎng)狀接地系統(tǒng)可滿足這種要求 南

17、京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江接地注意事項請將框架結(jié)構(gòu)中的鋼筋龍骨看做接地主干線加以利用！不要從地下拉一根長銅纜或扁鋼到高層機房?。ㄈ魹榈入娢贿B接方便而拉，該線纜請與每層結(jié)構(gòu)鋼筋等電位連接）共地不共線（并聯(lián)接地）?，F(xiàn)代建筑基礎(chǔ)是最好的接地。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江等電位連接等電位也是最基本最重要的防雷技術(shù)措施之一，在接地系統(tǒng)的接地電阻不易做得較小時尤為重要。它的主要作用是南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江地電位反擊南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江電源線信號線進(jìn)線等電位示意圖南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江等電位接地施工方案圖南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)

18、與技術(shù)系 楊仲江通過SPD進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江等電位連接器南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江等電位連接網(wǎng)絡(luò)接地基準(zhǔn)點earthing reference point ，ERP一個系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡(luò)與共用接地系統(tǒng)之間唯一的那一連接點。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江等電位連接網(wǎng)絡(luò)電氣安全的等電位連接網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)從直流至高頻的功能等電位連接網(wǎng)絡(luò)有區(qū)分，但這兩個網(wǎng)絡(luò)又要互相連接在一起。上圖是信息系統(tǒng)功能等電位連接的基本方法。電氣安全的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，主要是通過與配電線路敷設(shè)在一起的保護地線(PE)構(gòu)成，保護地線又必須根據(jù)配電系統(tǒng)的大小在多處（如每層樓或有配電箱處)與共用接地系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)的功能等電位連接網(wǎng)絡(luò)做等電位連接。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江當(dāng)采用Ss或Ms等電位連接網(wǎng)絡(luò)時，信息系統(tǒng)的所有金屬組件，除等電位連接點ERP(即接地基準(zhǔn)點)外，應(yīng)與共用接地系統(tǒng)各組件有大于10 kV、1250s的絕緣，如鋪以橡膠墊。南京信息工程大學(xué)雷電科學(xué)與技術(shù)系 楊仲江3-地面內(nèi)焊接鋼筋網(wǎng)，