防雷接地綜合畢業(yè)設計畢業(yè)設計

目錄第一部分設計任務與調研 31.1設計任務 31.2設計調研 4第二部分設計說明 52.1任務分析 52.2防雷設計 52.2.1分流影響 52.2.2均衡電位 62.2.3屏蔽作用 62.2.4接地效果 62.2.5合理布線 72.3外部防雷系統(tǒng)及其設計 72.3.1接閃器 82.3.2避雷針 82.3.3避雷帶 92.3.4避雷網(wǎng) 92.3.5安裝避雷帶和避雷網(wǎng)注意事項 102.3.6引下線 102.3.7接地體 112.3.8內部防雷系統(tǒng)及其設計 112.3.9防雷器SPD設計安裝 12第三部分設計成果 143.1防雷接地設計成果 14第四部分結束語 16第五部分致謝 17

第一部分設計任務與調研1.1設計任務人類生存的環(huán)境中有許多自然災害，如地震、暴雨、冰雹、水災、旱災、火災、雷擊等等。對此，人們總是想方設法進行防御，或減輕它們所造成的損失。雷擊就是嚴重的自然災害之一。但就我國而言，過去防雷設計在整個建筑設計中所占的比重很小。電氣設計人員不重視，其他專業(yè)的設計人員更不重視，但雷擊所造成的損失卻無法輕視。如1989年山東黃島油庫遭受雷擊并引起大火，損失慘重。高大的建筑物很容易吸引落雷，從而使本身所在建筑及附近建筑遭到破壞。另外，隨著微電子技術高度發(fā)展及廣泛應用到各個領域，使雷害對象也從對建筑物本身的損害轉移到對室內的電器、電子設備的損害，以至發(fā)生人身傷亡事故。隨之防雷對象也由強電轉移到弱電，雷電產生的電磁脈沖超過直接雷擊而成為主要危害。隨著電子技術的飛速發(fā)展，電子計算機早已步入社會的各行各業(yè)。建筑物內幾乎無不設有復雜程度不同的微電子設備和計算機系統(tǒng)，民用建筑也不例外。雷電電磁脈沖干擾日益成為頻發(fā)事故。面對這種挑戰(zhàn)，設計人必須轉變觀念，把雷電電磁脈沖防護當作防雷設計的重點。這不只是電氣一個專業(yè)的事，因為它涉及到電子設備的位置和管線的布置等問題。各個專業(yè)應充分協(xié)商，從整體上解決防雷設計上的問題。否則，建筑物設計得再好，也無法正常使用，本設計主要設計一個建筑物防雷接地系統(tǒng)，保護建筑物不被雷擊。1.2設計調研雷電的種類主要分為三類，直擊雷，感應雷，雷電波侵人。因此建筑防雷設計中也需要考慮三種防雷措施。直擊雷如前所述，這里則不再贅述。直擊雷的產生具有強大的雷電流，當這種強大的雷電流通過導體時，將會在極短的時間內轉為熱能，由此產生的高溫會造成易燃物燃燒，或金屬熔化飛濺，而引起火災，爆炸；另一方面強大的直擊雷可擊穿電氣設備的絕緣。當直擊雷襲擊配電網(wǎng)的線路和設備時，將通過很大的雷電流，由此產生的過電壓我們稱之為直擊雷過電壓。感應雷也稱為雷電感應，一般分為靜電感應雷和電磁感應雷。由于感應雷電流強大的電磁場交替變化產生的電磁感應和靜電感應，會造成戶外電線，金屬管道，金屬設備等放電，引起建筑物內的危險品爆炸和易燃品燃燒。靜電感應雷是由于帶電云層接近地面，在架空線路導電或其他導電凸出物頂部感應出大量的電荷引起的，將產生很高的電位。當帶有負電荷的雷云靠近線路時，束縛著導線上的正電荷，一旦雷云對地放電，雷云中的負電荷被中和，由此失去對導線上正電荷的束縛，導線上的正電荷向導線兩側流動，由此而產生的過電壓稱為感應過電壓電磁感應雷是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生急速變化的磁場引起的。這種變化迅速的磁場能在鄰近的導體上感應出很高的電動勢。由此引起的電磁能量若不及時泄人大地，可能產生電火花引起火災爆炸等事故。雷電侵人波是指雷電在架空線路上會產生沖擊電壓，使雷電波沿線路迅速傳播。若侵人建筑物內，可造成電氣線路和配電裝置絕緣層擊穿，產生短路

第二部分設計說明2.1任務分析本畢業(yè)設計主要是為了防止和減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財產損失，對建筑物采取一定的防雷措施，防雷措施應安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理。根據(jù)國家現(xiàn)行的規(guī)范要求，對建筑物進行防雷劃分，本設計的建筑物屬于第二類防雷建筑物。依據(jù)建筑物的防雷分類選擇合適的防雷措施。一般防雷裝置有接閃器、引下線、接地體。對建筑物進行必要的局部等電位連接。在本設計中要根據(jù)建筑物的防雷等級，選擇合理的防雷裝置，畫出屋頂防雷平面圖，并根據(jù)建筑物的防雷、安全用電及防靜電等要求，選擇合理的接地型式，畫出等電位連接示意圖2.2防雷設計防雷是一項系統(tǒng)工程。在這里介紹一下建筑物防雷設計的六項重要因素:接閃功能指實現(xiàn)接閃功能所應具備的條件，包括接閃器的形式（避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)）、耐流耐壓能力、連續(xù)接閃效果、造價以及接閃器與建筑物的美學統(tǒng)一性等。2.2.1分流影響

指引下線對分流效果的影響。引下線的粗細和數(shù)量直接影響分流效果，引下線多，每根引下線通過的雷電流就小，其感應范圍就小。引下線相互之間的距離不應小于規(guī)范中的規(guī)定。當建筑物很高，引下線很長時，應在建筑物的中間部位增加均壓環(huán)，以減小引下線的電感電壓降。這不僅可以分流，而且還可以降低反擊電壓。2.2.2均衡電位

使建筑物內的各個部位都形成一個相等的電位，即等電位。若建筑物內的結構鋼筋與各種金屬設置及金屬管線都能連接成統(tǒng)一的導電體，建筑物內當然就不會產生不同的電位，這樣就可保證建筑物內不會產生反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓，對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備也有很大的好處。鋼筋混凝土結構的建筑物最具備實現(xiàn)等電位的條件，因為其內部結構鋼筋的大部分都是自然而然地焊接或綁扎在一起的。為滿足防雷裝置的要求，應有目的地把接閃裝置與梁、板、柱和基礎可靠地焊接、綁扎或搭接在一起，同時再把各種金屬設備和金屬管線與之焊接或卡接在一起，這就使整個建筑物成為良好的等電位體2.2.3屏蔽作用 屏蔽的主要目的是使建筑物內的通信設備、電子計算機、精密儀器以及自動控制系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的危害。建筑物內的這些設施，不僅在防雷裝置接閃時會受到電磁干擾，而且由于它們本身靈敏性高且耐壓水平低，有時附近打雷或接閃時，也會受到雷電波的電磁輻射的影響，甚至在其他建筑物接閃時，還會受到從該處傳來的電磁波的影響。因此，我們應盡量利用鋼筋混凝土結構內的鋼筋，即建筑物內地板、頂板、墻面、及梁、柱內的鋼筋，使其構成一個六面體的網(wǎng)籠，即籠式避雷網(wǎng)，從而實現(xiàn)屏蔽。由于結構構造的不同，墻內和樓板內的鋼筋有疏有密，鋼筋密度不夠時，設計人應按各種設備的不同需要增加網(wǎng)格的密度。良好的屏蔽不僅使等電位和分流這兩個問題迎刃而解，而且對防御雷電電磁脈沖也是最有效的措施。此外，建筑物的整體屏蔽還能防球雷、側擊和繞擊雷的襲擊。2.2.4接地效果指接地效果的好壞。良好的接地效果也是防雷成功的重要保證之一。每個建筑物都要考慮哪種接地方式的效果最好、最經(jīng)濟。當鋼筋混凝土結構的建筑物符合規(guī)范條件時，應利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。當達不到規(guī)范中規(guī)定的條件或基礎包在防水卷材層內時，可做周圈式接地裝置，但應將周圈式接地裝置預先埋在基礎槽的最外邊（不必離開建筑物3m以外）。接地體靠近基礎內的鋼筋有利于均衡電位，同時還可節(jié)省為挖深溝所花費的人力和物力。在基礎完工后再挖深溝則易影響基礎的穩(wěn)定性。

對木結構和磚混結構建筑物，必須做獨立引下線并采用獨立接地方式。當土壤電阻率大，使用接地極較多時，也可做周圍式接地裝置。因為周圈式接地裝置的沖擊阻抗小于獨立接地裝置的沖擊阻抗，而且有利于改善建筑物內的地電位分布，減小跨步電壓。采用獨立式接地方式時，以鉆孔深埋接地極（約4～12m）的效果為最好，深孔接地極容易達到地下水位，且能減少接地極的用鋼量。2.2.5合理布線

指如何布線才能獲得最好的綜合效果。現(xiàn)代化的建筑物都離不開照明、動力、電話、電視和計算機等設備的管線，在防雷設計中，必須考慮防雷系統(tǒng)與這些管線的關系。為了保證在防雷裝置接閃時這些管線不受影響，首先，應該將這些電線穿于金屬管內，以實現(xiàn)可靠的屏蔽；其次，應該把這些線路的主干線的垂直部分設置在高層建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應的范圍。在管線較長或橋架等設施較長的路線上，還需要兩端接地。第三，應該注意電源線、天線和屋頂高處的彩燈及航空障礙燈等線路的引入做法，防止雷電波侵入。除考慮布線的部位和屏蔽外，還應在需要的線路上加裝避雷器、壓敏電阻等浪涌保護器。因此，設計室內各種管線時，必須與防雷系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。2.3外部防雷系統(tǒng)及其設計外部防雷主要是指防止建筑物或設施（室外獨立電子設備）免遭直擊雷的危害，其技術措施有接閃器、引下線、接地體等幾種。2.3.1接閃器接閃器是避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等的總稱。功能是把接引來的雷電流，通過引下線和接地裝置向大地中泄放，以保護建筑物免受雷害?，F(xiàn)在常用的接閃器有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等幾種。2.3.2避雷針避雷針是靠把雷雨云所帶的異種電荷引導到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護建筑物不受雷擊的一種金屬裝置。避雷針的工作原理：當高空出現(xiàn)雷雨云的時候，大地上由于靜電感應作用，必然帶上與雷雨云相反的電荷，避雷針處于地面建筑物的最高處，與雷雨云的距離最近。由于它與建筑物的鋼筋網(wǎng)有良好的電氣連接，再通過引下線與基礎接地連接，所以它與大地有相同的電位，因此避雷針附近空間的電場強度比較大，容易吸引雷電先驅，使主放電都集中到它的上面，從而使附近比它低的物體遭受雷擊的幾率大大減少，而避雷針被雷擊的幾率卻大大的提高。由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把雷雨云層中積存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使因雷擊而造成的過電壓時間大大的縮短，所以從很大程度上降低了雷擊的危害性。以上就是避雷針的工作原理。但需要說明，避雷針必須有足夠可靠和接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的損害程度。避雷針不但不能避雷反而是引雷，它是使自身多受雷擊而保護周圍免受雷擊。避雷針保護范圍的計算方法：折線法：即單一避雷針的保護范圍為一折線圓錐體。曲線法：即單支避雷針的保護范圍為一曲線錐體。直線法：是以避雷針的針尖為頂點作一俯角來確定，有爆炸危險的建筑物用45°角，對一般建筑物采用60°角，實質上保護范圍為一直線圓錐體。避雷針的制作規(guī)格：由許多實際調查統(tǒng)計資料表明，避雷針的外表形狀與其避雷效果無明顯的關系。所以，不必過多考慮采用單針式或者其他形式造型的避雷針。避雷針大多采用圓鋼或鋼管制成，其直徑要求如下：針長1m以下：圓鋼為12mm鋼管為20mm；針長1-2m：圓鋼為16mm鋼管為25mm；煙囪頂上的針：圓鋼為20mm鋼管為40mm。近來國內市場上經(jīng)銷一種叫主動式避雷針的產品，主要來自法國和澳大利亞。據(jù)廠家稱，這此產品能夠隨大氣電場變化而吸收能量，當存儲的能量達到某一程度時，便會在避雷針尖放電，尖端周圍空氣離子化，使避雷針上方形成一條人工向上的雷電先導，它比自然的向上的雷電通道能更早的于雷雨云向下的雷電先導接觸，形成主放電通道。這樣，雷雨云靠該避雷針放電的幾率就增加了，相當于避雷針的保護范圍加大了，或者相當于將避雷針加高了。2.3.3避雷帶在房屋建筑屋頂周圍，用扁平的金屬帶做接閃的方法稱之為避雷帶，它是由避雷線改進而來。在建筑物屋頂上，使用避雷帶比避雷針有較多的優(yōu)點，它可以與樓房頂?shù)难b飾結合起來，可以與房屋的外形較好的配合，即美觀防雷效果又好。特別是大面積的建筑，它的保護范圍大而有效，這是避雷針所無法比的。避雷帶一般采用扁鋼制作，其截面積不小于48mm2，厚度不應小于4mm，現(xiàn)今的一般做法是不管建筑物屬于幾類防雷建筑，都采用4X40的鍍鋅扁鋼制作避雷帶。根據(jù)規(guī)定二類防雷建筑避雷帶應在整個屋面組成不大于10m×10m或12m×8m的網(wǎng)格。三類防雷建筑避雷帶應在整個屋面組成不大于20m×20m或24m×l6m的網(wǎng)格。如果同時還有避雷針，則避雷針應用避雷帶相互連接。2.3.4避雷網(wǎng)避雷網(wǎng)是指利用鋼筋混凝土結構中的鋼筋網(wǎng)作為雷電保護的方法，也叫做暗裝避雷網(wǎng)。暗裝避雷網(wǎng)是把最上層屋頂作為接閃設備。根據(jù)一般建筑物的結構，鋼筋距面層只有6-7cm，面層愈薄，雷擊點的洞愈小。但有些建筑物的防水層和隔熱層較厚，入彀鋼筋距面層厚度大于20cm，最好另裝輔助避雷網(wǎng)。輔助避雷網(wǎng)一般可用直徑為6mm或以上的鍍鋅圓鋼，網(wǎng)格大小可根據(jù)建筑物重要性，分別采用5mX5m或10mX10m的圓鋼制成。建筑物頂上往往有許多突出物，如金屬旗桿、透氣管、鋼爬梯、金屬煙囪、風窗、金屬天溝等，都必須與避雷網(wǎng)焊成一體做接閃裝置。2.3.5安裝避雷帶和避雷網(wǎng)注意事項避雷帶及其連接線經(jīng)過沉降縫（沉降縫：一座較長的多層建筑物，往往在橫向上把建筑物分成幾段，段與段之間留有一段空隙，防止各段因下沉不一致而引起建筑物損壞）時，應留有10-20cm以上余量的跨越線。房屋面坡度為27°-35°且長度不超過75m時，只需沿屋脊敷設避雷帶。四坡頂房屋，應在各坡脊上裝上避雷帶。為使檐角得到保護，應在屋角上裝短避雷針或將避雷帶的引下線從檐角上繞下來。如果屋檐高度高于12m，且長度大于75m時，要在屋脊和房檐上都敷設避雷帶。當屋頂面積非常大時，應在屋頂上敷設金屬網(wǎng)格，即避雷網(wǎng)。避雷網(wǎng)分明網(wǎng)和暗網(wǎng)，網(wǎng)格越密，可靠性越好，網(wǎng)格的密度可視建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5X5m的網(wǎng)格，一般建筑物用20X20m的網(wǎng)格即可。2.3.6引下線連接接閃器與接地裝置的金屬導體稱為引下線?，F(xiàn)代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下線。因為雷擊時引下線上有很大的雷電流流過，會對附近接地的設備、金屬管道、電源線等產生反擊或旁側閃擊，而實踐證明這種方法可以減少和避免這種反擊。它還比專門引下線有更多的優(yōu)點，因為柱鋼筋與梁、樓板的鋼筋都是連接在一起的，和接地網(wǎng)絡形成了一個整體的"法拉第"籠，它們處于等電位狀態(tài)，雷電流會很快被分散掉，可以避免反擊和旁側閃擊的現(xiàn)象發(fā)生。規(guī)范對引下線的設計有如下要求如表3-1：建筑物防雷等級引下線數(shù)量引下線間距離一類防雷建筑≥2根<12m二類防雷建筑≥2根<18m三類防雷建筑≥2根<25m表3-1另外，普通引下線采用圓鋼時，其直徑為不應小于16mm；采用扁鋼時，其截面積最小為48mm2；厚度不小于4mm。裝在煙囪上的引下線其尺寸是：圓鋼直徑大于24mm；扁鋼截面積不小于100mm2，厚度為4mm。為便于檢查避雷設施連接導體的導電情況和接地體的散流電阻，要在建筑物四周的引下線上做斷接卡子，斷接卡子距地面最高為1.8M。當利用混凝土柱鋼筋做引下線時，因為是從上而下連接一體，因此不能設置斷接卡子測試接地電阻。需在柱內做為引下線的鋼筋上，距室外地面0.5m處的柱子外側，另焊一根圓鋼(Φ≥10)引至柱外側的墻體上，做為防雷測試點。每根引下線處的沖擊接地電阻不能大于5Ω。2.3.7接地體接地裝置應優(yōu)先利用建筑物鋼筋混凝土基礎內的鋼筋。有鋼筋混凝土地梁時，應將地梁內鋼筋連成環(huán)形接地裝置；沒有鋼筋混凝土地梁時，也可在建筑物周邊無鋼筋的閉合條形混凝土基礎內，用40x4mm鍍鋅扁鋼直接敷設在槽坑外沿，形成環(huán)形接地。當將變壓器和柴油發(fā)電機的中性點工作接地、電氣保護接地和弱電系統(tǒng)工作接地等共用接地裝置時，接地電阻值應不大于1Ω。采用共用接地裝置時，弱電系統(tǒng)應將各自設備機房內與建筑物絕緣的接地端子，用25mm2以上的銅芯電纜或導線穿焊接鋼管做單獨的引下線，在建筑物基礎處與接地板相連。弱電系統(tǒng)一般要求接地電阻不大于4Ω，如若設獨立的接地系統(tǒng)，其與防雷接地系統(tǒng)的距離要大于20m。2.3.8內部防雷系統(tǒng)及其設計構筑和作用于建筑物內部的防雷工程稱為內部防雷工程，其系統(tǒng)就是內部防雷系統(tǒng)。建筑物內部防雷工程涉及面較寬，面對的是包括感應雷、傳導雷和因線路上浪涌高電壓所造成電網(wǎng)波動在內的眾多損害，歸納起來危害最大的主要方面是高電壓的引入。高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導到室內或其他地方造成破壞的雷害現(xiàn)象。高電壓引入的電源有三種：其一是直擊雷直接擊中金屬導線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內，即雷電波侵入；第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，即感應過電壓；第三是地電位反擊，這種反擊會沿著電力系統(tǒng)的零線，保護接地線和各種形式的接地線，以波的形式傳入室內或傳播到更大的室內范圍，造成大面積的危害。針對以上三種雷害內部防雷系統(tǒng)主要有屏蔽、安裝防雷器SPD和等電位連接等三種措施。屏蔽措施已經(jīng)在防雷設計六大要素中有所闡述，下面主要闡述防雷器SPD設計安裝和等電位連接。2.3.9防雷器SPD設計安裝SPD中文簡稱電涌保護器，又稱浪涌保護器。根據(jù)IEC標準規(guī)定，電涌保護器主要是指抑制傳導來的線路過電壓和過電流的裝置。它的組成器件主要包括放電間隙、壓敏電阻、二極管、濾波器等。根據(jù)構成組件和使用部位的不同，電涌保護器可分為電壓開關型SPD、限壓型SPD和組合型SPD。而根據(jù)應用場合分類，電涌保護器又可分成電力系統(tǒng)SPD和信息系統(tǒng)SPD。一般信息系統(tǒng)SPD由信息系統(tǒng)設計者負責設計選型。這里主要闡述一下電涌保護器在建筑物電力系統(tǒng)防雷設計中的應用。電力系統(tǒng)防雷主要是為了防止雷電波通過電源線路而對計算機及相關設備造成危害。為避免高電壓經(jīng)過避雷器對地泄放后的殘壓過大，或因更大的雷電流在擊毀避雷器后繼續(xù)毀壞后續(xù)設備，以及防止線纜遭受二次感應，依照《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-942000）和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343-2004，應采取分級保護、逐級泄流的原則。其具體設計做法：一是在大樓電源的總進線處安裝放電電流較大的一級電源避雷器，這里一般要用三相電壓開關型SPD；二是在重要樓層或重要設備電源的進線處加裝二或三級電源避雷器，一般用限壓型SPD；三是在末端配電處安裝四級或稱為末端電源避雷器，一般用限壓型SPD。究竟要使用幾級SPD，可以有建筑防雷等級確定。一般一類防雷建筑需要四級；二類需要三級；三類需要二級。為了確保遭受雷擊時，高電壓首先經(jīng)過一級電源避雷器，然后再經(jīng)過二、三級或末級電源避雷器，一級電源避雷器和二級電源避雷器之間的距離要大于10米，如果兩者間距不夠，可采用帶線圈的防雷箱，這樣可以避免二級或三級電源避雷器首先遭受雷擊而損壞。這里有三個需要注意的地方：一是電涌保護器與母排連接的導線要短而直，長度不能超過5m，連接線過長可能導致上級SPD還沒分流，電涌就串到下級SPD處，導致下級SPD一下子被燒毀；二是SPD安裝線路上應該裝有過電流保護器，原因是為了防止因SPD老化而造成短路。這里的過電流保護器主要使用斷路器，按一般經(jīng)驗做法，二級SPD上的斷路器整定電流選40A，三級SPD上的斷路器整定電流選32A，末級SPD上的斷路器整定電流選25A，而一級SPD無需裝設，因為一級SPD使用電壓開關型SPD，其內部已有自帶的過電流保護器。三是各個SPD都需要與接地裝置之間進行等電位連接。第三部分設計成果3.1防雷接地設計成果第四部分結束語某一防雷接地系統(tǒng)適用于一部分建筑，但由于現(xiàn)代建筑設計五花八門，建筑使用目的不一，所以對于建筑的防雷接地系統(tǒng)設計不能按部就班，應充分考慮建筑的特點來進行設計。地王國際的建筑結構就是一個很好的例子，由于其特殊性，所以在設計上也有一定的特殊要求。本設計在開頭對直擊雷防護中，避雷針的安裝利用了部分建筑的高度，在其之上進行避雷針的架設，使避雷針實體的高度遠小于計算高度，有利于安裝。由于避雷網(wǎng)的布線與引下線的布線有重合，鑒于其承受電流沖擊，溫升等能力及作用相似性，用重合部分引下線亦作為避雷網(wǎng)的垂下線。本設計主要從防直擊雷、技術及接地的方法及接地電阻的計算兩個大方面分別進行設計。防直擊雷的方法主要為設置避雷針及其高度計算和設計避雷帶；對于防側擊雷的方法為設置引下線，由于避雷網(wǎng)是防側擊雷和防感應雷，所以把感應雷和側擊雷的防護歸到，稱之為防側擊雷和感應雷的方法。在對接地系統(tǒng)進