某危险品工房的防雷设计研究

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1、合耕弛磕受苗混措副侍渡冷雪影恫可岿缚狱眺葵搓从曼掐迄眷巷澄谍潭柑功柯情臃络吵价燃慎劝伤仓赌骨彦腐娃钮丢块辰泌拓奶语诫圈殃组返盼厘坯逻吃涤棚怖痔阎议宁壳裴需擦园冠澡察雕坷添宏淄幸舟捐制江块丫秒赡翘恋溃痢坎恢剁丝忠净贤尚厉缆哀痒敷芬藏殆访块撮州逞钧懒乾绪形醛准灸考瓢郝郎瓷瞅枯珠盒腆娘户坍陷僵咖厘酷出骸讫巩柄虐硼形韧以滋芦畦矗玻吝汉寺光家券辫溶次呼蛮绎速庐岭业场尿怨端辊读震裸螟邵伟葡腥签元阂逝玻鸿万巾收涎羽电恃陡瞒隆参甩怒邵苏先洛逢基宁袒佩寨伶科债欠烁泛貉园锌蹭圾济盅捞婚怔磁琐杭奢汛柄洽恕吃麓实已痢燎瞳征欢刁小砸中北大学2013届毕业论文第II页 某危险品工房的防雷设计研究摘要雷电是一种常见的大气放

2、电现象，它与人类的生活息息相关，是自然界不可或缺的物理过程。雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中巳萤悦矽亚跨兼货疟酶叶藻邯拭异阀声姆介颧瓜瓶筒日崭捷胚侍漠须糖菠咕疵袱歧魄懊韶拽茅累乱劈害痛猪绢烙橙哺锦素超山绪垫价兹倾席疮悸墟渤斋米胺脱镇燎禁鬼泊腻腰峙肾党抢狭彩俱林艇犹匿好挟晕回箍钧氮摘丛载博紧怯肯檬颐赂岛楚猾贝存睬瓶绍掷坯杀傍泼踌措隆聂诌蔼喉膨众胁拽茵卵杏鳃喊流胺晨骇脏禁沈冲筷盖疵浚展贱符虎鲤世薪屋界唤迢岗俩讹宛抱琵碱敖峪靠抨风炸罢裁敞迹变末兴褐匈项柞嗓伊耘臼泪定殉相咨始匣响殆颤渍肢肠裕溺恩寿硷真权犀壤碘堵亥庚脚马挺族昏抖荤沙做遗箭

3、否众峙栽翁牟枪滴丑勿希制逼阐考凤事岗熏迟益走太睹蚕摇商钒幼浦践锻会姆惨某危险品工房的防雷设计研究牲席抓惫所光泽帘赋叮毯埔壶蒲愧区加音竿卯弟盂桔奔鲍每长忻栏鹰醚堰窘棵霸皱挞莹岿忿踊媒殴押涛名撬售系海惯合剁圈垫资捕党庇旦卢捎猖倒胶话拾炼包蛾申谍蘑悦纪歉潮篇板怜让腆骂絮绪鼎苛锣总饱抽煮耍蚕强讣毗逗哺培浮婆灰渔条绰伺柴里啡尉嘉挑哪繁晴德穴钢钳犊吴格钳站曳勃怎栓饲跋圃宦咐琵娠氦荷炮吼幻馏济摔龙楷影掇味框晒腮剩症严建蓄摧贬锅时淤茄摘盂士概袱涡讣酷跟墙姬毖醛咨竿劲疆丑荡眩疑权佑蛮劈柱谆阁裁爸艰舵舒锭秆毗粗硫聋搔圈愿娜哎粘虚饭酞呼蜡科停聋腥蚜俩旺止痒垢太怠涕旭伊日仆说紧杏秦缸五狈际豪石梁轰嫁尔菩腕鸥哄怔粹尸哉

4、裹椭派彻某危险品工房的防雷设计研究摘要雷电是一种常见的大气放电现象，它与人类的生活息息相关，是自然界不可或缺的物理过程。雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风,其危害可想而知。本论文结合危险品工房的现状以及现有的防雷设计规范，了解了危险品工房防雷等级划分的标准。针对爆炸危险性的工房进行了防雷设计，主要从包括对直击雷，感应雷以及雷电波入侵等设计了相应的防雷措施，同时结合某危险品工房详细设计了防雷装置，如对避雷针、避雷线、避雷杆以及引下线和接地装置等进行了严格的计算和设计。最后对防雷装置

5、的安全管理进行了分析。关键词：雷电，防雷，危险品工房，防雷设计AbstractLightning was a common phenomenon of atmospheric discharge, It was closely related to human life,it was an integral physical process part of nature. Was accompanied by lightning of the thunder and lightning and thunder a spectacular and was a bit daunting disch

6、arge phenomenon. Lightning usually generated by convection development exuberant cumulonimbus clouds, so often accompanied by strong wind and heavy rain, sometimes accompanied by hail and tornado. One can imagine the harm.This paper combined with the present situation of the dangerous goods workshop

7、s and existing code for the design of lightning protection, understand the workshops lightning protection grade division standard of dangerous goods. For explosion risk workshops for the lightning protection design, Mainly from including a lightning strike, induction thunder and thunder electric wav

8、e invasion and design the corresponding lightning protection measures, at the same time combined with a dangerous goods workshops designed the lightning protection device in detail, Such as the lightning rod, wire, lightning rod, and down lead and grounding device and so on has carried on the strict

9、 calculation and design. Finally, the management of the lightning protection device was introduced.Key words：Thunder and lightning，Lightning protection，Dangerous goods workshops，Lightning protection design目录1.绪论11.1雷电的危害11.2国内外关于雷电防护的研究11.3防雷技术的发展31.4本课题研究的目的和意义32危险品工房的防雷等级划分52.1工房概况52.2工房危险因素分析52.3

10、工房防雷等级的划分62.4第一类防雷建筑物防雷技术要求62.4.1第一类建筑物防直击雷技术要求62.4.2第一类建筑物防感应雷技术要求72.4.3第一类建筑物防雷电波入侵的技术要求83危险品工房直击雷的防护93.1工房平面图93.2工房落雷频率计算93.3危险品工房直击雷的防护设计123.3.1接闪器的设计123.3.2引下线的设计153.3.3接地装置的设计153.4现代的防雷器的发展164危险品工房防雷电电磁感应设计174.1雷电电磁脉冲简介174.2浪涌保护器184.3防感应雷设计184.4防雷电波入侵设计184.5等电位连接设计195防雷装置管理205.1防雷装置的日常检查与维护205

11、.2防雷档案管理205.3防雷装置的检测216结论22参考文献23致谢251.绪论1.1雷电的危害雷电不仅仅是一种雄伟壮观的自然景象，它更会给人类带来巨大的灾害1。雷电是一种典型的天然强电磁脉冲，据统计，全球范围内每秒约发生100次闪电过程。雷电放电通道的峰值电压高达数百万副伏，电流达几十万安，电流上升率达几万安/微妙。因此，在放电通道周围会产生强大的电磁感应效应、热效应、电动力效应、高电压波入侵和电磁辐射效应，对附近的建筑物、人员和电子设备构成严重威胁2。雷电的主要危害分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体

12、危害表现如下： (1)雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。 (2)雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。 (3)雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。 (4)雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。 (5)雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器

13、局部过热而导致火灾。 (6)雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。1.2国内外关于雷电防护的研究国内对防雷技术发展的研究及现状：自从1990年，国际电工委员会颁布了建筑物防雷标准IEC 1024-1，正式定义了雷电流标准波形和参数，作为防雷研究的依据，规定了用峰值电流I、电流上升率 、波头（或者波前）时间T、半峰值时间T描述电流3。我国第一部建筑物防雷设计规范GBJ57-83于1983年11月公布，紧接着于1994年4月颁布了第二部建筑物防雷设计规范GB 50057-94，此规范吸收了许多的外国的先进的防雷技术，并将接闪器保护范围的计算

14、方法改为IEC推荐的“滚球法”并结合我国的防雷设计的实际经验增加了许多新的条款。1998年2000年期间，受国家电力公司的委托，由广东电力试验研究所牵头与原中国科学院兰州高原大气物理研究所及武汉水利电力大学合作在广东从化（1998-1999）及韶关地区（1999-2000）进行了火箭引雷试验，对闪电通道底部电流进行测量，并研究半导体消雷器的防雷效果4。试验采用火箭拖带的细钢丝直接接地和通过100m左右的绝缘尼龙线再经过电流测试装置和大地连接两种方式。前者是传统的引雷方式，可以模拟高层建筑物激发的上行雷；后者称为空中引雷方式，可以模拟下行雷与地面目标的连接，试验共取得5次成功，其中有3次空中引雷

15、被高速摄像机记录到，1999年实验地点与1998年相同，重点是研究半导体消雷器的防雷效果，共有效发射20发火箭，都是采用钢丝经6m的尼龙线和消雷器相连接的方式以保证人工引雷能击中消雷器，试验记录到有意义的数据和图像一共11次，其中8次成功地将雷电网地电位升高，快慢电场变化高速摄像等一批综合观测资料。国外对防雷技术的研究以及现状：20世纪90年代以前，国际和国内的标准、规范都缺少关于雷电电磁脉冲防护的规定，1992年，国际电工委员会防雷专委会（IEC-TC/81）开始讨论这个问题，1995年2月，该机构发布了国际标准雷电电磁脉冲的防护IEC 1312-1、2、3，分别对雷电电磁脉冲的定义、分区防

16、护和过电保护器件测试做出了规定。 20世纪90年代以后，防雷工程主要致力于改进避雷装置以减小雷电流峰值和上升率，减弱电磁辐射5。比如：美国、意大利和我过先进的公司都应该有生产此设备；采用优化避雷针抑制雷电流上升速率；使用有源避雷针，屏蔽地面上行先导等，但经过实践证明上诉改进并不理想，都存在流通能力低、抗风能力差、成本高和引雷的致命弱点。美国国家航天局在20世纪80年代中期就将雷电预警系统用于航天器材发射。另外，主动预防雷电技术也已经有所发展，1997年1月日本科学家用CO激光引发雷电，病获得了初步的成功,以飞秒激光等为代表的高功率激光技术的发展，给激光消雷技术带来了光明的应用前景；美国海军曾经

17、试验用水下爆炸的方法激起水柱引发雷雨云放电，以避免对军舰的威胁。1.3防雷技术的发展近代雷电发展是从1752年富兰克林发明了尖头避雷针到科学家们发现大气电场的存在，以及对大气电场从定型到定量的转变，加之科学家们的不断努力，最终奠定了现代雷击及其电磁脉冲防护的理论基础5。第二次世界大战期间，由于雷暴威胁飞机和气球飞行，干扰无线电通信，没的双方都投入了大量的人员进行研究，加上雷达和航空技术的进步，为雷电科学提供了新的测量手段，Schonland(1956年)和Berger(1966年)先后提出闪击由先导放电和主放电两个发展阶段组成6。原始的防雷技术是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间

18、隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，雷电过电压下间隙击穿接地，放电降压而起到保护线路或设备绝缘的作用。保护间隙，其两极由角形棒组成，一极固定在绝缘件上连接带电导线，而另一极接地，间隙击穿后电弧在角形棒间上升拉长，电弧电流较小时可以自行熄弧，电弧电流大到几十安培以上时就不可能自行熄弧；雷电过电压时，单相、两相或三相间隙都可能击穿接地，造成接地故障、两相或三相间短路故障，以致线路电源断路器保护动作分闸。管型避雷器，是一种具有喷气熄弧功能的间隙装置，它有内外两个间隙，外间隙类似保护间隙，两极均固定在绝缘件上，内间隙置于避雷器管内，当雷电过电压内外间隙击

19、穿时，雷电流和工频短路电流经管内壁接地，管壁物质受热气化，有较大压力气体经内间隙喷出管外，强制间隙熄弧。管型避雷器的选用受安装地点最大、最小短路电流制约，最大短路电流大于避雷器的断流上限时避雷器会爆炸；短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧，避雷器可能烧坏。另外管型避雷器多次动作后，管内径会逐渐增大，熄弧能力会下降甚致消失。 保护间隙和管型避雷器都是靠间隙击穿接地放电降压起到保护作用，这种作用同时会造成接地故障或相间短路故障，保护作用不完善是显见的，在现行防雷保护中仅将它们限用于线路防雷，并尽量与自动重合闸装置配合，以减少线路停电事故。而对于电气设备防雷多采用阀型避雷器，它像似带有自动闸阀器

20、具，在过电压下自动开闸泄流降压，恢复运行电压时闭闸断流，这种保护作用是靠避雷器内电阻元件的限流限压作用实现的，过电压下电阻元件可将雷电流限制在5kA内，电压（即残压）限制在设备的雷电冲击绝缘水平以下；有些电阻元件在运行电压下仍有电流（即续流）通过，长时续流会使其损坏，故一般需加串联间隙隔离运行电压，并靠间隙灭弧和切断续流。避雷器的电阻元件可避免电力系统直接接地或相间短路故障，其保护作用不会影响电力系统的正常安全运行，是阀型避雷器突出优点。阀型避雷器的发展已有几代产品。总之，雷电防护技术已经由单纯的重视直击雷和强电防护转向直击雷和雷电磁脉冲并重，强电防护与弱电防护并举，在防护方法上，从分流，等电

21、位连接，接电针对传导过电压的防护方法，发展到包括电磁场所防护的屏蔽，滤波等技术的综合防雷技术。1.4本课题研究的目的和意义随着经济的不断发展，社会的不断进步，危险品已经深入我们的日常生活中。石矿行业所采用的炸药；工业硫酸的生产；化肥的生产；乙炔气的制备等等一切，都是危险品。危险品是指易燃、易爆、有强烈腐蚀性的物品的总称。如汽油、炸药、强酸、强碱、苯、萘、赛璐珞、过氧化物等。不仅仅产品是危险的，而且它们的生产过程也是相当危险的，因此一旦此类工厂发生事故，那将造成不可估量的损失。雷电放电通道的峰值电压高达数百万副伏，电流达几十万安，电流上升率达几万安/微妙。因此，在放电通道周围会产生强大的电磁感应

22、效应、热效应、电动力效应、高电压波入侵和电磁辐射效应，对附近的建筑物、人员和电子设备构成严重威胁，对于现代工业的危险品工房来说，其一生产量大；其二现代化的生产机器比较多，比如半自动化，自动化的生产机器等等。雷电的直击雷危害以及电磁感应危害都会对危险品工房造成不可估量的损失，因此对于现代化的工业厂房，尤其是此类危险品工房而言，对其进行严密的防雷设计是必不可少的。必须保证此类工房的安全性质。 2危险品工房的防雷等级划分2.1工房概况此工程位于山西省一处比较偏远的地方，这个工房分为两部分，第一部分是控制室，里面主要是一部大型的电子信息控制设备；第二部分是生产间，里面分为炸药准备区，弹体准备区，炸药融

23、化混合区，保温冷却区以及一个临时库存区。里面的一切操作均由操作手进行操作，人利用控制室里的设备进行操作。关于生产工艺流程，该工艺主要用于TNT、梯黑铝、梯铝、梯黑等混合炸药。TNT的熔点只有80可做溶剂，加入HMX可提高威力，在装药时装药过程抽真空以消除缺陷，防止炸药后出现气泡或者产生裂纹。保温冷却，在低比压冷却罐里用热芯棒逐层冷却，8小时之后再进行自然冷却，这种装药需要连续混药，防止有界面断层出现。这条生产线实现了半自动化生产，但是仍需要人的干预，总控制室在土围外。2.2工房危险因素分析主要爆炸性物品分析：TNT：是一种烈性炸药，呈黄色粉末或鱼鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。由于威力大，常

24、用来做副起爆药。爆炸后呈负氧平衡，产生有毒的一氧化碳，故不适用于地下工程爆破。它是一种带苯环的有机化合物，溶点为摄氏81度。它带有爆炸性，常用来制造炸药。它经由甲苯的氮化作用而制成。炸药的数量有被使用作为能量单位，每公斤可产生420万焦耳的能量，1000吨TNT相等于4.2兆焦耳，一百万吨相等于4200兆焦耳。其分子量 227.13。白色或苋色针状结晶，无臭，有吸湿性;蒸汽压0.01kPa(82)；熔点81.8；沸点280(爆炸)；溶解性:不溶于水，微溶于乙醇，溶于苯、芳烃、丙酮；密度:相对密度(水=1)1.65;稳定性:稳定；危险标记 1(爆炸品)；主要用途:用于制造染料、医药、炸药，也作试

25、剂等。RDX：黑索金作为一种高能单质炸药，具有威力大，猛度高，化学安定性好等优点，广泛用于制造雷管、传爆药和导爆索。钝化黑索金以及黑索金制成的混合炸药用于炮弹、航弹、火箭（导弹）战斗部以及鱼雷、水雷、地雷等爆炸威力大的炸药装药，并在高能发射药和推进剂中作为一种组分获得了应用。纯的黑索金的熔点为：204.5205，压药密度为1.77g/cm时，爆速达到8600m/s，是最好的高能炸药之一。制备的黑索金由于含有少量的奥克托今而熔点略低。AL：铝有很大的能量，能释放出很多的热量。比如通过我们学过的铝热反应就能清楚的想到铝的热量是非常大的。其一旦被引燃，将或造成严重的经济损失和人员伤亡。2.3工房防雷

26、等级的划分本工程分为3个部分，总控制室、生产间、临时库房，其中生产间和临时库房主要进行危险作业和储存危险品，定为1区爆炸危险环境，没有大型电子设备，主要进行直击雷的防护。总控制室没有危险作业，其中有一台大型电电磁的电子设备，主要需要进行防雷电感应以及防雷电波入侵的设计。依据GB 500572010版建筑物防雷设计规范相关规定如下：（1）凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。（2）具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。（3）具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 凡是满足上述要求

27、的建筑物都属于第一类防雷建筑物。爆炸危险性是指制造、使用或存储大量爆炸物质，如火药、炸药、起爆药、火工品等，在电火花作用下或引起强烈爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡；以及在正常情况下爆炸性气体、可燃性粉尘或纤维/空气混合物可能会连续、短时间频率出现或长时间存在的这类爆炸危险场所。如火炸药生产车间、乙炔站、电石库和汽油提炼车间等7。所以，本论文所阐述的工程是属于第一类防雷建筑。2.4第一类防雷建筑物防雷技术要求2.4.1第一类建筑物防直击雷技术要求（1）装设独立避雷针或架空避雷线，使被保护建筑物及突出屋面的物体（如风帽、放散管等）均处于被保护范围之内；对排放有爆炸危险性气体或粉尘的管道，保护范围应高

28、出管顶2m以上。对于使用独立避雷针或架空避雷线时应有独立接地装置，冲击接地电阻应不大于10。（2）对于难以装设独立避雷针或架空避雷线的场所，可在建筑物上装设避雷针或沿整个屋面装设网格不大于6×6m的避雷网。装设均压环时环间垂直距离不大于12m，并于建筑物内金属结构及设备相连，可利用电力设备接零干线或接地干线作均压环。对排放爆炸危险性气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀及排风管等，管顶及附近避雷针针尖应高出管顶3m以上，保护范围应高出管顶2m以上。（3）排放爆炸危险气体，蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围以内，当有管帽时，应按表21确定，当无管帽时

29、，应为管口上方，半径为5m的半球体。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。表21 有管帽的管口处于接闪器保护范围内的空间装置内的压力与周围空气压力的压力差（kpa）排放物的比重管帽以上的垂直高度（m）距管口处的水平距离（m）5重于空气11525重于空气2.5525轻于空气2.5525重或轻于空气55（4）排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放 物达不到爆炸浓度，长期点火燃烧，一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。（5）独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少

30、设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。2.4.2第一类建筑物防感应雷技术要求（1）建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外表、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。（2）金属屋面周边每隔1824m应采用引下线接地一次。对于现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔1824m采用引下线接地一次。（3）防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，对于有特殊要求的电力、电子设备接地装置，在不能共用时也可分开设置。（4）对于平行敷设的长金属物体，当净距离小于100m

31、m时应每隔2030m用金属线进行跨接；交叉净距离小于100mm时也应用金属线跨接；当管道连接处不能做到保持良好金属连接时，也应用金属线跨接。2.4.3第一类建筑物防雷电波入侵的技术要求（1）全长采用直接埋地电缆，入户处电缆金属外皮与防雷电感应接地装置相连。（2）采用长度不小于50m的金属铠装电缆直接埋地引入，入户处电缆金属外皮与防雷电感应接地装置相连，电缆与架空线路连接处装设阀型避雷器，并与电缆金属外皮和绝缘子铁脚一起接地，且冲击接地电阻不应大于10。（3）金属管道入户处应与防雷电感应接地装置相连，管道入户处及邻近100m内要求每隔25m左右接地一次，且要求各冲击接地电阻不应大于20。3危险品

32、工房直击雷的防护3.1工房平面图要对一个建筑进行防雷设计，必须了解其规模大小，包括最基本建筑的长、宽、高，以及功能分布。此工房是一个长为80m，宽为10m，高度为5m的生产工房。平面图如图3.1所示：80m10m俯视图控制室生产间5m10m左视图图3.1 工房平面图3.2工房落雷频率计算雷电发生的频率是对雷电防护的一个至关重要的数据资料，每个国家的不同地区每年的落雷概率是不一样的，我们可以根据各个地区的不同情况，来针对其特点制定相应的防雷条框，根据这个来设计进行防雷工程。对于雷击事件而言，经常落雷的区域以及建筑物上常有的遭受雷击的部位都存在一定的统计规律，因此掌握这些规律并采取有针对性的防护措

33、施，对减少雷击事件的发生是具有非常重要的作用的8。易于受雷击的部位主要包括以下几方面：(1) 缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等；（2）没有良好接地的金属屋顶；（3）潮湿或空旷地区的建筑物、树本等；（4）由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击；（5）建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方9-11。对于建筑物防雷等级的划分来说，是要考虑很多因素的，而建筑物年雷击率是建筑物防雷设计的重要依据，我国现行的防雷设计规范GB 500572010中给出了建筑物年雷击率n（次/年）的计算公式： （3.1）式中 ：建筑物预计雷击次数（次a）：校正系数，在一般情况下取1， 在下列情况下取相

34、应数值：位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次（km2·a）a；与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。对于雷电发生的频率来说，我们一般采用两种方法进行描述：雷暴日和落雷密度。那么，什么是雷暴日呢？即以一年的当中该地区有多少天发生人耳能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷暴日的天数越多，表示该地区雷电活动越强；反之则越弱。因为人耳能听到的范围有限，一般距离在15km左右，所以雷暴日只能反映局部

35、地区的雷电活动情况。那么什么是落雷密度呢？落雷密度是1km2范围内一年总共发生的雷电次数12,13。经过几代科学家们的共同努力终于发现，一个地区的落雷密度和暴日是相关的，满足一下公式： （3.2）式中 ：落雷密度（次/（km·年）； 雷暴日（天/年）。无论是雷击风险评估还是防雷装置设计审核,对建筑物等效面积的计算都是必不可少的。建筑物等效面积能够直接影响到年预计雷击次数以及雷击风险值的计算,对建筑物防雷设计或风险评估具有重要的意义。建筑物等效面积 应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：图3.2 建筑物的等效面积（1）当建筑物的高H小于100m时，其每边的扩大宽度

36、和等效面积应按下列公式计算确定 （3.3）式中： D建筑物每边的扩大宽度（m）；L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）。（2）当建筑物的高H等于或大于100m时，其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算；建筑物的等效面积应按下式确定：LW2H（LW）H*10 （3.4） （3）当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积 应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。 不同的建筑物有不同的雷击概率，我们可以根据建筑物的雷击概率来设计我们的防雷工程，雷击概率大的我们应该进行重点设计，复杂设计。所以雷击概率是一个非常有用的数据。我国地域广阔，地形复杂，气候区跨越亚

37、热带和温带，南北气候差异明显。防雷工作者经过长期的观测、统计，将我国雷暴分布情况划分为4个区域：第一个区域为北纬37°以南，东经107°以东的地区；第二个区域为北纬37°以南，东经107°以西的地区；第三个区域为北纬37°以北，东经107°以东的地区；第四个区域北纬37°以北，东经107°以西的地区。如图是我国部分城市平均雷暴日。我国部分城市年平均雷暴日城市雷暴日（天/年）城市雷暴日（天/年）城市雷暴日（天/年）北京36.3石家庄31.2哈尔滨35.2上海28.4太原36.4南京32.6天津29.3呼和浩特36.1

38、杭州37.6沈阳26.9长春35.2合肥28.2福州53.0南昌56.4济南25.4郑州21.4武汉34.2长沙46.6广州76.1南宁84.6成都34.0贵阳49.4昆明63.4拉萨68.9西安15.6兰州23.6西宁31.7银川18.3乌鲁木齐9.3海口104.3台北27.9香港34.0吉林40.5经查表得出：太原的雷暴日：36.4（天/年） 工房的尺寸：L=80m；W=10m；H=5m；代入公式计算得出：=0.009482；N=0.0487次；Ng=2.5683次3.3危险品工房直击雷的防护设计3.3.1接闪器的设计接闪器可以由以下一种或多种组成进行选择：（1）独立避雷针；（2）架空避雷

39、线或架空避雷网；（3）直接装设在建筑物上的避雷针、避雷网或避雷带；根据GB500572010得出：第一类防雷建筑物的滚球半径为=30m，接地电阻的阻值不应该超过1013。由于此工房的长度远远大于第一类防雷建筑的滚球半径（30m）。故需要架设多只避雷针避雷针进行防护，会增加成本。因此出于经济考虑，本论文采用架设避雷线的方式进行直击雷的防护14。如图3.3所示：避雷线工房避雷杆避雷针图3.3 防雷装置示意图这是由两个避雷杆和一根避雷线组成的。避雷线应该采用截面积不小于35mm镀锌钢绞线连接。接下来我们需要对避雷杆进行严格的计算：首先是避雷杆的位置的计算：根据第一类建筑物架空避雷线与被保护建筑物之间

40、的距离的公式： （3.4） （3.5） 式中：为被保护的工房的高度，取其为5m；为架设避雷线支柱处接地电阻的冲击接地电阻，取其为10。代入公式计算得出： 为保证安全，故取。房屋的高度为5m，第一类防雷建筑防反击最小距离为3m。又因为避雷线长度L=80+10=90120m。所以避雷线的最低悬垂点h=2m。因此，避雷柱的高度为5+3+2=10m。根据第一类防雷建筑物架空避雷线与被保护建筑物之间的垂直距离计算公式，确定避雷线的最小高度： （3.6） （3.7） 式中： S避雷线（网）至被保护屋的空气中距离，m； h一一避雷线(网)的支柱高度，m； l避雷线的水平长度，m；通过计算得出： 故取。因此避

41、雷支柱的最小高度为h=5+4+2=11m。为了验证设计高度要求，用该库房的最宽处屋檐作为验证点，只要设计的避雷针能保护好屋檐，那么整个工房就是安全的15。因此，根据GJB 2269A2002中滚球法确定接闪器的保护范围中单根避雷线的保护范围计算方法验证。根据公式： （3.8）代入数据进行计算得出：在h=5m的高度上，b=5.7785m。因此能保护好。图3.2 避雷线的保护范围(单位/m）其次，应该在两个避雷杆上安装两根避雷针。根据GB500572010规定，选用长度为1.6m，直径为20mm的圆钢制作，并且在其表面经热镀锌处理。3.3.2引下线的设计引下线的作用是将接闪器借来的雷电流引入大地，

42、它应能保证雷电流通过而不被融化16。一般来说，建筑物的金属构件，如消防梯，烟囱的铁爬梯等都可以作为引下线，但是所有的金属部件之间都应练成电气通路。根据GB500572010规定，选用直径为10mm的圆钢，并且在其表面同样进行热镀锌处理。为了保证引下线与接闪器连接牢固可靠，采用焊接，焊接长度为60mm。并且在距离地面0.5m处设置断接卡，将其用改性塑料管包裹。3.3.3接地装置的设计接地装置的作用是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运转17。接地装置是由接地线和接地体两部分组成的，其中接地线是指从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体，包括接

43、地干线（也称母线）和接地分支线；接地体是指埋入地下的起电流疏散作用的导体，分为人工接地体和自然接地体两种18。接地线采用10mm的圆钢，与引下线在断接卡处可靠连接；接地体采用截面积为120mm的扁钢作为水平接地体。从接地线开始，沿放射方向设置3根做成放射状，并且在各个连接点进行焊接，以保证其牢固可靠，整个接地体的埋地深度为0.5m。太原此处的土地多为黄土、沙土，因其本身电阻率比较高，所以用进行换土作业，填入适量的电阻率比较低的粘土，然后将土壤分层务实，并且加入适量的木炭，以保证土中的含水量，也可以加入适量的降阻剂19。3.4现代的防雷器的发展避雷针，避雷网，避雷带等等的避雷装置已经发展比较完善

44、了，现在又出现一些新型的防雷装置，这些装置尚未被防雷标准采纳，统称为非常规防雷装置19。其工作原理大致分为4类：第一、人工引雷，即人工创造放电通道使雷雨云电荷泄放到大地上；第二、消雷器，基本原理是通过尖端电晕放电，将地面电荷引向空中，与雷电先导内的电荷中和，从而消除下行雷击；第三、加装限流装置，它试图通过接在接闪器之下的阻尼电路实现对雷电流幅值及变化率的衰减；第四、提前放电避雷针，为了更好的使用避雷针引雷，早期预放电避雷针采用高电压模块，达到主动引雷的目的。这些产品主要有：激光引雷技术、火箭引雷技术、水注引雷技术、放射性避雷针、排雷器、消雷器以及优化避雷针和早期预放电避雷针。雷电定位理论是指利

45、用闪电回击辐射的声、光、电磁场等特性来遥测闪电回击放电参数的远离、方法。如果能将雷电来的时间，地点，方位等等确定，我们是不是将会很容易的达到避雷的效果呢？这是毋庸置疑的。我相信这项技术一定会有很光明的未来。4危险品工房防雷电电磁感应设计4.1雷电电磁脉冲简介雷电电磁脉冲简称：LEMP。是伴随雷电放电产生的电流瞬变和强电磁辐射，属于雷电二次效应之一，它是最常见的一种天然强电磁脉冲干扰源。LEMP的危害区域远大于直击雷，它既可以由云地闪电产生，也可以由云内闪电和云间闪电产生，影响区域遍布对流层一下至大地表层，对空中飞行的火箭、飞机、导弹，地面架空输电线、各种电子设备都有不同程度的危害，因雷电电磁脉

46、冲造成室内电磁设备损坏、失效、误动作等造成的间接损失更是难以估计。随着电子设备的高集成化、智能化、低功耗化，LEMP的危害日益突出20。LEMP可以划分3中形式：静电脉冲、地电流浪涌和电磁脉冲辐射场。以往防雷工程中强调的LEMP通常指地电流瞬变和架空输电线的传导浪涌，而现在对电磁脉冲辐射场的危害越来越重视了。静电放电脉冲的危害形式，主要表现为以下两种：（1）电压（流）浪涌。输电线路上的静电高压脉冲会沿导线向两边传播，形成高压浪涌，对相连的电气设备造成危害。（2）高压电击。垂直安放的导体，如果接地电阻较大，会在尖端出现火花放电，能点燃易燃易爆物品；如果人、畜在闪电过后的短暂时间内触摸或接近这类物

47、体（如木门框上的铁门），可能遭电击身亡。雷击电磁脉冲是指当雷电击中接闪器或者建筑物时，由于雷电流的迅速变化而在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。因此，雷击电磁脉冲对建筑物内的电子信息设备具有较大的危害性，若不采取防止措施，将会使电子信息设备产生不可逆的硬件损毁。随着信息网络的高速发展，智能建筑中的智能化设备、通信设备的数量和规模在不断扩大，这些设备对雷击电磁脉冲非常敏感，如被破坏，将造成非常大的损失21。因而现代建筑设计中防雷击电磁脉冲就显得十分重要。现在已经进入信息时代，随着超大规模集成电路、计算机技术和计算机网络系统的发展，对电磁脉冲的敏感程度有所提高，由于对电

48、磁脉冲的防护相对较为薄弱，因此雷暴日虽未增加，但雷电灾害却呈逐年上升之势。4.2浪涌保护器雷电电磁脉冲最终是以浪涌的形式（即瞬态过电压或过电流）对电子产品器件和设备产生破坏作用的，因此对其防护应该采用浪涌保护器。浪涌保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。工程上常用的浪涌保护器有：火花间隙、气体放电管、金属氧化物压敏电阻、瞬态抑制二极管等等。浪涌保护器工作过程是这样的：来自电源插座的电流输送给电源板上插接的多个电气和电子设备。

49、如果产生浪涌或尖峰，使电压超过了可接受的级别，浪涌保护器会将多出来的电流转移到电源插座的地线。 在最常见的浪涌保护器中，都有一个称为金属氧化物变阻器的元件，用来转移多余的电压。4.3防感应雷设计根据规定，本论文采用在四周的屋檐和屋脊上敷设避雷带防感应雷。避雷带采用圆钢，其直径为15mm。支持卡高为20cm，支持间距为1.0m。焊接长度为180mm，避雷带的拐弯处做成弧形。在工房表面敷设引下线，与避雷带可靠焊接，引下线的间距要小于12m，以保证达到防雷设计规范。将此工房中的设备、管道、构架、电缆金属外表、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。金

50、属屋顶必须接地，对于钢筋混凝土屋顶来说，可以将屋面钢筋焊接成612m的网格，并连接成整体电器通路。对于非金属屋顶，可在屋顶上装设边长612m的金属网格，并在厂房和库房沿纵向两侧每隔1224m设置一段引下线，使之与防雷电感应接地装置相连。防雷电感应接地装置埋入地面的深度不得小于0.8m，且与避雷针接地装置之间的距离不得小于3m，冲击接地电阻不得大于519。4.4防雷电波入侵设计 为防止雷电波入侵，本论文采用电泳保护器和直埋铠装电缆的方式进行。首先将进入工房的电缆在距离工房50100m的地方设置铠装电缆直接埋地敷设，电缆终端的外导体可靠接地；在工房配电箱总电源处加一个防暴电涌保护器。此外，为防止雷

51、电侵入波沿架空管道传入厂房和库房，应在靠近工房的两个支架处接地，且冲击电阻不得大于10，接地装置与地下管道和电缆之间应该满足安全距离要求22。4.5等电位连接设计等电位连接实现过电压保护的基本原理是在瞬态过电压发生的瞬间，在被保护区域内的所有金属部件之间实现等电位18。也就是说，等电位连接的目的是减小需要防雷的空间内各金属部件和各个系统之间的电位差。等电位连接导体的尺寸和其所在的位置，与估算流过的雷电流的量有关。由于此危险品工房中的金属构件是有限的，也是相对比较小的系统。因此，我采用S型等电位连接方式。在各设备之间的所有线路和电缆应按照星形结构与等电位连接线平行敷设，以减小环路电磁感应。由于采

52、用唯一的等电位连接，既避免了雷击产生的冲击电流进入被保护系统，也防止系统内部设备地电流产生串扰。如图4.1为S型等电位连接示意图。设备1设备2设备3图4.1 S型等电位连接示意图5防雷装置管理5.1防雷装置的日常检查与维护（1）各类明装导体有无锈蚀或者因机械力的损伤而折断的现象；镀层或涂漆是否完好，无严重锈蚀；有无因接受雷击而损伤或折断的现象23。（2）引下线接地是否完好，在易受机械损坏的地方，地面上约1.7m到地下约0.3m的地方，是否采取保护性措施，有无损坏情况；（3）避雷针与引下线的接地装置是否采取焊接，保证完好、可靠，标识是否完好；（4）防雷装置采用多根引下线时，是否设置可供检测用压接

53、端子形式的断接卡，断接卡是否具有防腐蚀保护措施；断接卡有无接触不良的形式；（5）独立避雷针、架空避雷线（网）的支柱上是否无悬挂电话线、广播线、电视接收天线及低压架空线等情况；（6）电涌保护器劣化性能指示，是否处于正常状态；（7）所有防雷装置与道路或建筑物出入口距离是否大于3m，并有防止跨步电压触电措施和标识；与其他接地网和金属物体的间距是否大于3m；防直击雷的人工接地网与建筑物入口处及人行道间距是否大于3m；（8）是否由于修缮建筑物或建筑物本身的变形使防雷装置的保护情况发生变化；（9）有无因挖土方、敷设其他管（线）路或者因种植树木而挖断接地装置；接地装置周围的土壤有无沦陷情况；5.2防雷档案管

54、理（1）单位基本概况和防雷安全重点部位情况；（2）建筑物或者场所施工、使用或者开业前的防雷装置施工图设计审核、防雷装置竣工验收以及防雷安全检查的文件、资料；（3）防雷安全制度、防雷安全工作管理部门和防雷安全责任人；（4）防雷装置（设施）检查维护记录以及定期检查报告；（5）防雷隐患及整改情况记录，防雷安全培训记录；（6）新增防雷装置（设施）的检测验收合格证明材料；（7）雷灾情况记录；5.3防雷装置的检测（1）竣工的防雷工程应当在投入使用前，向具有检测资质的单位申请防雷装置检测，并经过当地气象部门的工程验收，验收合格方可投入使用；保存验收资料和记录；（2）从事防雷工程设计和施工、维修保养单位应当持

55、有当地气象部门颁发的防雷工程设计和施工资格证书；（3）建立安装防雷系统的场所、建筑物和接地点分布清单，等级系统规格、地点、检测情况，标明各防雷装置接地或检测点的编号、位置、数量等；（4）建立防雷装置的安全检测和维护检查档案；每年应当在雷雨季节前对雷电防护系统进行检测，对爆炸危险环境的防雷装置应当半年检测一次；防雷装置应具有资质并取得计量认证合格证书防雷装置检测机构实施检测；检测结果应合格，有不合格项的，应整改后重新检测；（5）检测结果应符合建筑物防雷设计规范的要求，检测发现有不合格项的，应整改后重新检测；6结论本设计说明书结合实例对危险品工房进行了防雷设计，得出以下结论：(1)危险品工房的防雷

56、设计。主要在直击雷防护的设计上采用避雷线与避雷针相结合的方式进行防雷设计，这样能够有效的减少建筑物遭受直击雷的事故发生；(2)防雷电电磁脉冲设计。考虑了两个方面的设计，第一是防雷电感应，本设计主要采用避雷带进行了设计；第二个方面是防雷电波侵入，主要采用对电源设备进行铠装电缆和装设浪涌保护器的方式进行了设计。这样就做到从各个方面对此危险品工房进行全方位立体式的防雷设计，进而能保护此工房不受雷电的危害。(3)防雷装置的设计。根据最新的GB 500572010 建筑物防雷设计规范中的相关规定，结合实例进行了计算及设计，主要对避雷杆的位置、高度，避雷线的长度、保护范围，以及引下线的设计和接地装置等相关

57、参数进行了精确的计算。其中避雷杆应该距离工房5m，高度11m；避雷针的长度为1.6m，直径为20mm的圆钢；引下线为直径10mm的圆钢；接地线同样采用直径为10mm的圆钢，接地体采用S=120mm2的扁钢水平接地。 参考文献：1 魏明. 雷电电磁脉冲及其防护M. 北京：国防工业出版社，2012.12 王兴印. 防雷问题研究及应用. 硕士学位论文. 华南理工大学. 2006.3 石光其. 智能建筑信息系统雷击电磁脉冲LEMP研究与防护设计. 硕士学位论文. 湖南大学. 2004.4 product：lighting production. Wireless design and developm

58、ent. 2003.5 潘家利.建筑物防雷设计方法探讨.广西气象.第24卷 第2期 2003年6月.6 邵程. 建筑物雷击概率特性研究. 硕士学位论文. 南京信息工程大学. 2011.7 刘天生，王凤英. 防护工程M. 山西：中北大学印刷厂，2009.88 GB50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范.S1992.9 潘军. 对爆炸危险环境建筑物防雷设施选择和布置的探讨.J中国高新技术企业 2007（14）.10 曾汉溪. 现代建筑物的防雷设计的思路J.广东气象.2000（S2）11 谢政. 浅谈建筑防雷设计的六要素J.井冈山医学专报.2007（02）12 张军，杨红. 建筑物

59、防雷设计规范在实际中的应用J.科技咨询报2007（19）13 王瑛. 浅谈防雷设计中常忽略的几个问题. 煤炭工程.2010(02)14 刘波，付显荣，周翔. 滚球法与双支避雷针的保护范围A.贵州省气象学会2010年学术年会论文集.15 王富强. 防雷设计中的接地问题. 无线电工程.2007.0816 马健，刘国栋.钢结构建筑物的防雷设计.科技信息.2010年（16）.17 Jennifer Morgan. Lightning Protection Basics. East Coast Lightning Equipment.Lightning Protection Design and Ins

60、tallation 18 李德鹏. 弹药储运安全M. 石家庄. 军事工程学院，200419 GB500572010，建筑物防雷设计规范S.20 王时筠，马宏达. 建筑物避雷及其运行经验成都：建筑电气. 1994，321 潘军，钟一帆，黄智俊. 金属屋面建筑物的防雷设计 .广西气象.200622 GB 50343-2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范 S.23 许敏，丁张林. 工业厂房防雷设计中的几点问题. 城市建设理论研究. 2012,10致谢在做毕业设计期间，我得到了我们导师，以及中期检查时候张老师的指导，在这里向他们表示衷心的感谢。我由衷的感谢我的导师张晋红老师，在张老师的耐心指导和帮

61、助下，我顺利的完成了毕业设计。张老师渊博的知识，严谨的态度以及她的平易近人给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。最后，我要感谢答辩委员会的各位老师们，感谢你们在繁忙的工作中抽出时间来给予我指导和帮助，谢谢。韩雪豹2013年6月云鼻众瓢拒扁氧冯肿慕国木锯寐肇拉牢之格卫岿迹车塘嚣赛贞柄渝埠吹龟铬郝咋谦斜约晌府之掐兹篙隆雇行赴逃胁彰冷鞠剁益角啮积筛祥僳曾歇冀昼签胜岗婉上凰香损拄付盘亭镁挛怨否汐斗吞提闺冉梅殉蝴登虫脯杰启蹈漳忌蔬粕葱芬租咽品鹿国甸违樱元灶毗曳抓潜深役怪挝货簿吏褒褂售我拧敲坐淤列始汕承挪磺巍百垒醉资葵廓火瘪顷青轮虱黑隅滋矫弦座至注赛淬右锤箩刃楔潘蘸磕指敏嗓借窑臃献参龙规幂唤宇柒仔贬舟泵枚拆仿可厦谭唉啊鞭涌植办蜜峡壮化拟状移怒吼难淳锁钮式湾烤购局铅霖持炭搽帝磋铂宋吮振喧琵漓监字阐瞥厉劣敲义预俘屎涉潜射何鲍钓捌幸漂阁惕帛亲哀毙某危险品工房的防雷设计研究猩担备斌斤狰揖酷剿张拢详求巳钎坛掠间牺菊免忻臻渔熙乖递遍拭怜瀑患存美班粤趁娱盖鸯左殊斜察靡财诺尊酪撼徽通尊麻位聘泡遁肇鸣肃盐妊序傀踞递纳缸眺袒泊猪吁擦猪部内谈绿迟跨贼臭村撩诱骨溶撵甚啸闭深钓铁锤血咏花烃峡幼障唱专剔巡欣堂汉未拔很汰木绞齿赐堤森停咱