高層建筑防雷設(shè)計(jì)探討

1、 摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，我國(guó)建筑物的數(shù)量也是有大幅度上漲，而建筑物中電氣設(shè)備的使用也是愈加廣泛。然而據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)每年都有很多雷擊造成建筑物損害的事件發(fā)生。所以對(duì)于建筑物的防雷電需求十分急迫。本文首先對(duì)于雷電這一自然現(xiàn)象進(jìn)行了概述，然后闡述了高層建筑防雷方法，緊接著詳細(xì)說明了高層建筑設(shè)備選擇及防雷措施，文章最后總結(jié)升華了全文。關(guān)鍵詞 高層住宅；防雷設(shè)計(jì)；設(shè)備選擇；防雷措施AbstractWith the rapid development of Chinas society, the scale of buildings is increasing, the building of a va

2、riety of information equipment is increasing, China every year because of lightning damage within the building electrical equipment events occur frequently, therefore, do a good job in high-rise building lightning design is imminent. This paper firstly summarizes the natural phenomenon of thunder an

3、d lightning, then expounds the lightning protection methods for high-rise buildings, followed by a detailed description of high-rise building equipment selection and lightning protection measures, the paper finally summarizes the sublimation of the full text.Key Words High-rise housing; Lightning pr

4、otection design; Equipment selection; Lightning protection measures目錄前言- 2 -一、雷電概述- 2 -（一）雷電機(jī)理- 2 -（二）雷電種類及其危害- 2 -（三）建筑物落雷的部位- 3 -二、高層建筑防雷方法- 3 -（一）建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)- 3 -（二）建筑物防雷分類- 4 -（三）建筑物防雷依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)- 4 -三、高層建筑設(shè)備選擇及防雷措施- 4 -（一）第一類防雷建筑物的防雷措施- 5 -（二）第二類防雷建筑物的防雷措施- 6 -（三）第三類防雷建筑物的防雷措施- 7 -四、結(jié)論- 8 -參考文獻(xiàn)- 9 -前言科

5、學(xué)總是朝向著人們所需求的方向發(fā)展，而“建筑電氣”也是如此，這門科學(xué)屬于綜合性學(xué)科，是通過借助電氣設(shè)備同技術(shù)來促進(jìn)空間與環(huán)境的發(fā)展。在這些年的完善發(fā)展后已達(dá)到成熟階段，并擁有了完善的理論體系。高層建筑包括許多內(nèi)容，其中建筑電氣是非常重要的一個(gè)內(nèi)容，為生活提供重要的電能供應(yīng)，高層建筑電氣涉及一些電氣設(shè)備以及一些基本用電和緊急用電的一個(gè)整體，它包括住房用電，公共用電以及其它一些用電及一些電纜的走線布局，建筑概況是為描述建筑的基本資料必須說明建筑的類別、性質(zhì)、面積、層數(shù)、高度等。一、雷電概述（一）雷電機(jī)理雷電便是氣體產(chǎn)生電流，造成閃電等現(xiàn)象，云層帶電產(chǎn)生雷電。云層帶電是一個(gè)眾說紛紜的問題，在此僅舉出一

6、種解釋。太陽的照射使地面水分蒸發(fā)，含水蒸氣的空氣受到太陽炙烤而上升形成熱氣流。這種水汽上升，進(jìn)人冰冷的大氣層最后冷凝成水滴。這種細(xì)小的水滴重量很輕，跟隨著熱氣流穿過云層，這時(shí)發(fā)生碰撞分裂成為帶電的殘滴和水沫。這些帶負(fù)電的水沫繼續(xù)被熱氣流帶到更高的地方，在周圍感應(yīng)出大量正電荷；而這些帶正電的水滴處于低位置，在周圍感應(yīng)出負(fù)電荷。因此，雷云的上、下之間產(chǎn)生了一定電位差。當(dāng)電位差增大到能夠使大氣擊穿時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，這是我們平常所看到的閃電。由于放電過程當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱，這種強(qiáng)大的熱量甚至?xí)沟梅烹娡ǖ罍囟壬仙?5000攝氏度或者更高，如此高溫迫使周邊空氣急劇膨脹，最終導(dǎo)致強(qiáng)烈的雷聲。當(dāng)

7、帶有電荷的云靠近存在于地面上的物體時(shí)，二者之間即會(huì)產(chǎn)生放電，同時(shí)在放電處發(fā)出耀眼的閃光和巨大的雷聲，這即是人們所熟知的雷電。（二）雷電種類及其危害雷電的種類主要分三類，直擊雷，感應(yīng)雷，雷電波侵人。建筑物防雷設(shè)計(jì)也需要考慮這三種。直擊雷會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流，當(dāng)這個(gè)強(qiáng)大的雷電流通過導(dǎo)體時(shí)，將會(huì)在極短的時(shí)間產(chǎn)生大量的熱，由此產(chǎn)生的高溫會(huì)使物體燃燒，或金屬熔化飛濺，而引起火災(zāi)，爆炸；另一方面強(qiáng)大的直擊雷可擊穿電氣設(shè)備的絕緣。當(dāng)直擊雷擊中配電網(wǎng)的線路和設(shè)備時(shí)，將通過很大的雷電流，由此產(chǎn)生的過電壓我們稱之為直擊雷過電壓。感應(yīng)雷又稱為雷電感應(yīng)，一般分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。由于感應(yīng)雷電流很大的電磁場(chǎng)交替變化

8、產(chǎn)生的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，會(huì)造成戶外電線，金屬裝置等放電，引起建筑物內(nèi)爆炸和燃燒。而靜電感應(yīng)雷則是因?yàn)榈孛媾c雷云的距離十分相近，若是有能導(dǎo)電的物體突出在地表時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生極為龐大的電荷量。而帶負(fù)電的雷云同帶正電的高架線相近時(shí)，一旦雷云對(duì)地面放電，雷云中的負(fù)電荷將被中和，由此導(dǎo)線上正電荷失去束縛，導(dǎo)線上的正電荷向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)，這邊是感應(yīng)過電壓的由來。當(dāng)雷云放電的時(shí)候，通過電磁感應(yīng)定律可知電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。而雷云的電流將會(huì)產(chǎn)生變化極快的磁場(chǎng)。而磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生電廠，所以在磁場(chǎng)周圍會(huì)有很強(qiáng)的電力勢(shì)能。若果這些電能和磁能能量不能夠盡快進(jìn)入地表，很可能引起火災(zāi)爆炸等事故。雷電侵人波乃雷云于高架電線上生成沖擊電壓

9、，讓雷電波在線路傳播。若侵人建筑物內(nèi)，可使絕緣層擊穿，產(chǎn)生短路。雷電間接放電于建筑和設(shè)備自身，而對(duì)布置在建筑物外面的線纜放電。雷電波在電線上的傳播速度可以與光速并肩，侵入并危及室內(nèi)的電子通信系統(tǒng)。所以，我們?nèi)绻呀?jīng)聽到雷電的聲響了，那些電氣設(shè)備或許早已壞掉了。（三）建筑物落雷的部位建筑物易受雷擊的部位如圖所示。 a b c d易受雷擊部位 不易受雷擊部位 最易受雷擊部位 a平屋面 b坡度不大于十分之一的屋面 c坡度大于十分之一小于二分之一的屋面 d坡度等于或大于二分之一的屋面二、高層建筑防雷方法（一）建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)根據(jù)國(guó)標(biāo)GB500572010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定如下我國(guó)建筑物年預(yù)計(jì)雷

10、擊次數(shù)計(jì)算式為1.3N=k=0.024H0.06的公共場(chǎng)合或者人群密集點(diǎn)7. 每年大概被雷擊的次數(shù)N0.3的普通居民建筑物第三類防雷建筑物：1. 省級(jí)國(guó)家保護(hù)的文物建筑與省級(jí)檔案館2. 年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)0.06=N=0.012的居民密集點(diǎn)3. 雷電對(duì)重工產(chǎn)業(yè)造成的影響，且聯(lián)系本地的地勢(shì)、地形與周邊環(huán)境等，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境4. 每年大概被雷擊的次數(shù)0.3=N=0.06的一般民用性建筑5. 每年大概被雷擊的次數(shù)N=0.06的一般民用性建筑（三）建筑物防雷依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)建筑避雷主要依據(jù)新修訂的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB500572010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范2010年版。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷

11、設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-2010，由國(guó)家機(jī)械工業(yè)局設(shè)計(jì)研究院會(huì)同有關(guān)單位進(jìn)行了局部修訂，已經(jīng)有關(guān)部門會(huì)審，現(xiàn)批準(zhǔn)局部修訂的條文，自2011年10月1日起施行，原規(guī)范中相應(yīng)的條文同時(shí)廢止。三、高層建筑設(shè)備選擇及防雷措施（一）第一類防雷建筑物的防雷措施1、防直擊雷1) 裝備獨(dú)立避雷針、避雷網(wǎng)等（網(wǎng)格尺寸不大于5m5m或6m4m保護(hù)凸出屋面的物體應(yīng)處于保護(hù)范圍內(nèi)2) 避雷針、避雷網(wǎng)等等都是有專門的接地設(shè)備，每根引線的電阻應(yīng)當(dāng)不小于10歐姆；而電阻率較高的地方可以視情況加大接地電阻。3) 獨(dú)立避雷針、架空避雷線及架空避雷網(wǎng)的支柱及其接地裝置至被保護(hù)建筑物及與其有關(guān)的金屬物 （如管道、電纜等）之間的距離

12、；空氣中距離a1：當(dāng)5時(shí).Sa10.40.1hx+Rpm。當(dāng)5時(shí)，Sa10.1hx+Rpm，地中距離sa10.4Rpm，但均不得小于3m。4) 架空避雷線到高于屋子表面的空氣中距離a2。，當(dāng)h+25，20.2+0.03+2。當(dāng)h+25.20.05+0.06+2，且不應(yīng)小于3m。5) 架空避雷網(wǎng)到房屋表面突出物體（如風(fēng)箝、放散管等）之間的距離b：，當(dāng)h+15時(shí).Sb1(0.4+0.06+1)。當(dāng)h+15時(shí)，Sb1(0.1+0.12+1)，且不應(yīng)小于3m6) 獨(dú)立避雷針的桿塔、架空避雷線的每一端及架空避雷網(wǎng)的每一支柱處應(yīng)至少有一根引下線。對(duì)用金屬制成的或有焊接、綁扎連接鋼筋網(wǎng)的桿塔、支柱，宜利用其

13、作為引下線2、防雷電感應(yīng)1) 為了預(yù)防因?yàn)殪o電造成了火花，建筑物內(nèi)部的金屬裝置以及在安置在房屋表面的鐵質(zhì)物品都應(yīng)當(dāng)與接地設(shè)備進(jìn)行連接、若是房屋表面鍍有金屬膜。那應(yīng)當(dāng)在房屋的邊上每隔20米采取一次接地。2) 為了預(yù)防電磁感應(yīng)現(xiàn)象形成的火星，在屋外鋪設(shè)的金屬管道等地方之間的距離若是距離國(guó)金，則每隔25米就進(jìn)行金屬線的連接。若是交叉線間的間距較小時(shí)也應(yīng)當(dāng)采用此種辦法。而閥門等處的電阻高于0.04歐姆，也應(yīng)當(dāng)用金屬線實(shí)現(xiàn)連接。3) 防雷電感應(yīng)的接地裝置，其工頻接地電阻R小于等于 10并應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用；除保護(hù)第一類防雷建筑物的獨(dú)力接閃器的接地裝置外，防雷接地裝置應(yīng)該和電力、電子設(shè)備的接地裝置公

14、用，但對(duì)電力、電子設(shè)備應(yīng)考慮過電壓保護(hù)，以下同此4) 防雷電感應(yīng)的接地裝置與獨(dú)立避雷針、架空避雷線或架空避雷網(wǎng)的接地裝置之間的距離應(yīng)符合防直擊雷的要求。 3、防雷電波侵入1) 若是線路屬于低電壓，那可以把整個(gè)線路都埋在地面以下，而在端口處的金屬管則應(yīng)與防雷接地裝置進(jìn)行連接。但實(shí)際情況是很難講所有低壓電纜都埋藏于地面以下，所以可以使用鋼筋混凝土電桿鐵橫擔(dān)架空線。用長(zhǎng)度不小于2的金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引人。并且埋在地面下的電線長(zhǎng)應(yīng)不小于15米。于電纜和架空線連接的端口安裝避雷設(shè)備。2) 架空、埋地和地溝內(nèi)的金屬管道，于建筑物的進(jìn)出口處進(jìn)行防雷裝置的安設(shè)。架空管道應(yīng)該處于房屋的一百米范

15、圍以內(nèi)，每24米則實(shí)現(xiàn)一次接地設(shè)置，其沖擊接地電阻應(yīng)該不大于20歐姆。宜利用金屬支架或鋼筋混凝土支架的焊接、綁扎鋼筋體作為引下線，鋼筋混凝土作為基礎(chǔ)接地裝置 最好使用鋼筋混凝土做成的支架且綁上鋼筋做成引下線。p接地裝置的沖擊接地電阻，。被保護(hù)物計(jì)算點(diǎn)的高度，m。 h 避雷線的支柱高度，m；l避雷線的水平長(zhǎng)度，m。h1避雷網(wǎng)的支柱高度，m；l1從避雷網(wǎng)中間最低點(diǎn)沿導(dǎo)體至最近支柱的距離.m;n從避雷網(wǎng)中間最低點(diǎn)沿導(dǎo)體至最近不同支柱并有同一距離的個(gè)數(shù).但至少應(yīng)取2 （二）第二類防雷建筑物的防雷措施 1、防直擊雷1) 最好在高層建筑物上面裝置獨(dú)立避雷針或者避雷網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)建筑物的有效保護(hù)，避雷網(wǎng)（帶）

16、應(yīng)沿屋角、屋脊、等容易被雷電襲擊的地方鋪設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)組成成小于等于10m10m或12m8m的網(wǎng)格，所有避雷針應(yīng)用避雷帶相互連接2) 引下線大于等于2根，應(yīng)該在建筑物的周邊進(jìn)行設(shè)置，其間距小于等于18m。若是只使用鋼柱等作為引下線進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，可以每隔17米就進(jìn)行一次鋪設(shè)。3) 毎根引下線的沖擊接地電阻小于等于l0，其接地裝置宜和防雷電感應(yīng)、電氣設(shè)備，信息系統(tǒng)等接地裝置共用。防雷接地裝置宜與埋地金屬管道連，.若不共用、間斷。兩者間在地中的距離sa2大于等于0.3kcRpm，但大于等于2m。在共用接地裝置并與埋地金屬管道相連的情況下，接地裝置宜圍繞建筑物敷設(shè)成閉合環(huán)形。2、防雷電感應(yīng)1) 建筑物內(nèi)

17、的主要設(shè)備、管進(jìn)、構(gòu)架等，應(yīng)就近接至防直擊雷接地裝置和電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置上，以防靜電感應(yīng)（不另設(shè)接地裝置）2) 建筑物內(nèi)平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架，電纜金屬外皮等應(yīng)符合第一類防雷建筑物防雷電感應(yīng)（2）款的要求，但以上物體連接處可不跨接3) 屋內(nèi)防雷電感應(yīng)的接地干線與接地裝置的連接不應(yīng)少于2處3、防雷電波侵入1) 低壓線路全長(zhǎng)采用埋地鎧裝電纜和敷設(shè)在架空金屬線槽內(nèi)的電纜引人時(shí)，在入端應(yīng)將電纜金屬外皮、金屬線槽接地；對(duì)具有第二類防雷建筑物(4)項(xiàng)的防雷建筑物尚應(yīng)和防雷接地裝置連接2) 對(duì)第二類防雷建筑物（4）項(xiàng)的防雷建筑物.應(yīng)符合下列要求：低壓架空線應(yīng)采用一段埋地長(zhǎng)度大于等于2m的金屬鎧裝電纜或護(hù)套

18、電纜穿鋼管直接埋地引人，但電纜埋地長(zhǎng)度大于等于15m。入戶端電纜的金屬外皮，鋼管應(yīng)與防雷接地裝置相連。在電纜和架空線連接處還應(yīng)裝避雷器。避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應(yīng)連在一起接地，其沖擊接地電阻小于等于10年平均雷暴日在30d以內(nèi)地區(qū)的建筑物，可采用低壓架空線直接引人建筑物內(nèi)，但在人戶處應(yīng)裝避雷器或23mm的空氣間隙，并與絕緣子鐵腳、金具等連接到防雷接地設(shè)備上.，其沖擊接地電阻小于等于5；同時(shí)入戶端的三基電桿絕緣子鐵腳、金具也應(yīng)接地，靠近建筑物的電桿，其沖擊接地電阻小于等于10，其余兩基電桿小于等于203) 對(duì)防雷分類表中不具有爆炸危險(xiǎn)的防雷建筑物中（1）、（2）、（3）、（

19、6）、（7）項(xiàng)的建筑物應(yīng)符合下列要求：當(dāng)架空線轉(zhuǎn)換金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引人時(shí)，電纜埋地長(zhǎng)度大于等于15m，并應(yīng)符合上述的要求，當(dāng)架空線直接引進(jìn)時(shí)，在人戶處應(yīng)加裝避雷器，并將其和絕緣子鐵腳、金具等連接到電氣設(shè)備的接地設(shè)備上，靠近建筑物的兩基電桿上的絕緣子鐵腳、金具還應(yīng)接地，其沖擊接地電阻小于30（三）第三類防雷建筑物的防雷措施1、防直擊雷1) 在建筑物上裝備避雷網(wǎng)（帶）或避雷針或由這二者混合組成的接閃器；需要防雷擊電磁脈沖 (LEMP)的建筑物接閃器宜采用避雷網(wǎng)。避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)沿建筑的屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊部位鋪設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成小于20mx20m或24mx16m的

20、網(wǎng)格。平屋面的建筑物，當(dāng)其寬度小于20m時(shí)，可僅沿周邊鋪設(shè)一圈避雷帶2) 毎根引下線的沖擊接地電阻應(yīng)小于30，但對(duì)笫三類防雷建筑物小于10;其接地裝置宜和電氣設(shè)備等接地裝置共用。防雷接地裝置宜與埋地金屬管道相連；如不一起用、斷開時(shí)兩者間在地中的距離大于2m。在共用接地裝置而且與埋地金屬管道相連時(shí)，接地裝置宜圍繞建筑物鋪設(shè)成環(huán)形。此時(shí)也可不管防雷接地電阻值。3) 引下線大于等于兩根，但周長(zhǎng)小于25m，且高度不起過40m的建筑物可只設(shè)一根引下線。引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距小于25m。在僅利用建筑物四周的鋼柱和柱子鋼筋作引下線時(shí)，可按跨度裝引下線，此時(shí)引下線的平均間距要小于25m2、防雷電波侵入1) 電纜出線應(yīng)在進(jìn)出端將電纜的金屬外皮、金屬管道同電氣設(shè)備的接地處相互連接。若電纜轉(zhuǎn)換為架空線，則應(yīng)在轉(zhuǎn)換處設(shè)置避雷器，電纜金屬外皮和絕