高层建筑防雷设计探讨

《高层建筑防雷设计探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑防雷设计探讨（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 摘要随着国民经济的不断进步，我国建筑物的数量也是有大幅度上涨，而建筑物中电气设备的使用也是愈加广泛。然而据数据统计每年都有很多雷击造成建筑物损害的事件发生。所以对于建筑物的防雷电需求十分急迫。本文首先对于雷电这一自然现象进行了概述，然后阐述了高层建筑防雷方法，紧接着详细说明了高层建筑设备选择及防雷措施，文章最后总结升华了全文。关键词 高层住宅；防雷设计；设备选择；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目录前言- 2 -一、雷电概述- 2 -（一）雷电机理- 2 -（二）雷电种类及其危害- 2 -（三）建筑物落雷的部位- 3 -二、高层建筑防雷方法- 3 -（一）建筑物年预计雷击次数- 3 -（二）建筑物防雷分类- 4 -（三）建筑物防雷依据标准- 4 -三、高层建筑设备选择及防雷措施- 4 -（一）第一类防雷建筑物的防雷措施- 5 -（二）第二类防雷建筑物的防雷措施- 6 -（三）第三类防雷建筑物的防雷措施- 7 -四、结论- 8 -参考文献- 9 -前言科

5、学总是朝向着人们所需求的方向发展，而“建筑电气”也是如此，这门科学属于综合性学科，是通过借助电气设备同技术来促进空间与环境的发展。在这些年的完善发展后已达到成熟阶段，并拥有了完善的理论体系。高层建筑包括许多内容，其中建筑电气是非常重要的一个内容，为生活提供重要的电能供应，高层建筑电气涉及一些电气设备以及一些基本用电和紧急用电的一个整体，它包括住房用电，公共用电以及其它一些用电及一些电缆的走线布局，建筑概况是为描述建筑的基本资料必须说明建筑的类别、性质、面积、层数、高度等。一、雷电概述（一）雷电机理雷电便是气体产生电流，造成闪电等现象，云层带电产生雷电。云层带电是一个众说纷纭的问题，在此仅举出一

6、种解释。太阳的照射使地面水分蒸发，含水蒸气的空气受到太阳炙烤而上升形成热气流。这种水汽上升，进人冰冷的大气层最后冷凝成水滴。这种细小的水滴重量很轻，跟随着热气流穿过云层，这时发生碰撞分裂成为带电的残滴和水沫。这些带负电的水沫继续被热气流带到更高的地方，在周围感应出大量正电荷；而这些带正电的水滴处于低位置，在周围感应出负电荷。因此，雷云的上、下之间产生了一定电位差。当电位差增大到能够使大气击穿时，就会产生放电现象，这是我们平常所看到的闪电。由于放电过程当中，会产生强烈的光和热，这种强大的热量甚至会使得放电通道温度上升到15000摄氏度或者更高，如此高温迫使周边空气急剧膨胀，最终导致强烈的雷声。当

7、带有电荷的云靠近存在于地面上的物体时，二者之间即会产生放电，同时在放电处发出耀眼的闪光和巨大的雷声，这即是人们所熟知的雷电。（二）雷电种类及其危害雷电的种类主要分三类，直击雷，感应雷，雷电波侵人。建筑物防雷设计也需要考虑这三种。直击雷会产生强大的雷电流，当这个强大的雷电流通过导体时，将会在极短的时间产生大量的热，由此产生的高温会使物体燃烧，或金属熔化飞溅，而引起火灾，爆炸；另一方面强大的直击雷可击穿电气设备的绝缘。当直击雷击中配电网的线路和设备时，将通过很大的雷电流，由此产生的过电压我们称之为直击雷过电压。感应雷又称为雷电感应，一般分为静电感应雷和电磁感应雷。由于感应雷电流很大的电磁场交替变化

8、产生的电磁感应和静电感应，会造成户外电线，金属装置等放电，引起建筑物内爆炸和燃烧。而静电感应雷则是因为地面与雷云的距离十分相近，若是有能导电的物体突出在地表时，则会产生极为庞大的电荷量。而带负电的雷云同带正电的高架线相近时，一旦雷云对地面放电，雷云中的负电荷将被中和，由此导线上正电荷失去束缚，导线上的正电荷向导线两侧流动，这边是感应过电压的由来。当雷云放电的时候，通过电磁感应定律可知电流会产生磁场。而雷云的电流将会产生变化极快的磁场。而磁场又会产生电厂，所以在磁场周围会有很强的电力势能。若果这些电能和磁能能量不能够尽快进入地表，很可能引起火灾爆炸等事故。雷电侵人波乃雷云于高架电线上生成冲击电压

9、，让雷电波在线路传播。若侵人建筑物内，可使绝缘层击穿，产生短路。雷电间接放电于建筑和设备自身，而对布置在建筑物外面的线缆放电。雷电波在电线上的传播速度可以与光速并肩，侵入并危及室内的电子通信系统。所以，我们如果已经听到雷电的声响了，那些电气设备或许早已坏掉了。（三）建筑物落雷的部位建筑物易受雷击的部位如图所示。 a b c d易受雷击部位 不易受雷击部位 最易受雷击部位 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、高层建筑防雷方法（一）建筑物年预计雷击次数根据国标GB500572010建筑物防雷设计规范规定如下我国建筑物年预计雷

10、击次数计算式为1.3N=k𝑁𝑔𝐴𝑒=0.024𝑘𝑇𝑑𝐴𝑒H0.06的公共场合或者人群密集点7. 每年大概被雷击的次数N0.3的普通居民建筑物第三类防雷建筑物：1. 省级国家保护的文物建筑与省级档案馆2. 年预计雷击次数0.06=N=0.012的居民密集点3. 雷电对重工产业造成的影响，且联系本地的地势、地形与周边环境等，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境4. 每年大概被雷击的次数0.3=N=0.06的一般民用性建筑5. 每年大概被雷击的次

11、数N=0.06的一般民用性建筑（三）建筑物防雷依据标准我国建筑避雷主要依据新修订的中国标准GB500572010建筑物防雷设计规范2010年版。国家标准建筑物防雷设计规范GB50057-2010，由国家机械工业局设计研究院会同有关单位进行了局部修订，已经有关部门会审，现批准局部修订的条文，自2011年10月1日起施行，原规范中相应的条文同时废止。三、高层建筑设备选择及防雷措施（一）第一类防雷建筑物的防雷措施1、防直击雷1) 装备独立避雷针、避雷网等（网格尺寸不大于5m5m或6m4m保护凸出屋面的物体应处于保护范围内2) 避雷针、避雷网等等都是有专门的接地设备，每根引线的电阻应当不小于10欧姆；

12、而电阻率较高的地方可以视情况加大接地电阻。3) 独立避雷针、架空避雷线及架空避雷网的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有关的金属物 （如管道、电缆等）之间的距离；空气中距离𝑆a1：当𝑥5𝑅𝑝时.Sa10.40.1hx+Rpm。当𝑥5𝑅𝑝时，Sa10.1hx+Rpm，地中距离sa10.4Rpm，但均不得小于3m。4) 架空避雷线到高于屋子表面的空气中距离𝑆a2。，当h+𝑙25𝑅𝑝，𝑠𝑎20

13、.2𝑅𝑝+0.03+𝐿2𝑚。当h+𝑙25𝑅𝑝.𝑠𝑎20.05𝑅𝑝+0.06+𝐿2𝑚，且不应小于3m。5) 架空避雷网到房屋表面突出物体（如风箝、放散管等）之间的距离𝑆b：，当h+𝑙15𝑅𝑝时.Sb1𝑛(0.4𝑅𝑝+0.06+𝑙1)𝑚。当h+

14、9897;15𝑅𝑝时，Sb1𝑛(0.1𝑅𝑝+0.12+𝑙1)𝑚，且不应小于3m6) 独立避雷针的杆塔、架空避雷线的每一端及架空避雷网的每一支柱处应至少有一根引下线。对用金属制成的或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线2、防雷电感应1) 为了预防因为静电造成了火花，建筑物内部的金属装置以及在安置在房屋表面的铁质物品都应当与接地设备进行连接、若是房屋表面镀有金属膜。那应当在房屋的边上每隔20米采取一次接地。2) 为了预防电磁感应现象形成的火星，在屋外铺设的金属管道等地方

15、之间的距离若是距离国金，则每隔25米就进行金属线的连接。若是交叉线间的间距较小时也应当采用此种办法。而阀门等处的电阻高于0.04欧姆，也应当用金属线实现连接。3) 防雷电感应的接地装置，其工频接地电阻R小于等于 10并应和电气设备接地装置共用；除保护第一类防雷建筑物的独力接闪器的接地装置外，防雷接地装置应该和电力、电子设备的接地装置公用，但对电力、电子设备应考虑过电压保护，以下同此4) 防雷电感应的接地装置与独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网的接地装置之间的距离应符合防直击雷的要求。 3、防雷电波侵入1) 若是线路属于低电压，那可以把整个线路都埋在地面以下，而在端口处的金属管则应与防雷接地装置

16、进行连接。但实际情况是很难讲所有低压电缆都埋藏于地面以下，所以可以使用钢筋混凝土电杆铁横担架空线。用长度不小于2𝜌的金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引人。并且埋在地面下的电线长应不小于15米。于电缆和架空线连接的端口安装避雷设备。2) 架空、埋地和地沟内的金属管道，于建筑物的进出口处进行防雷装置的安设。架空管道应该处于房屋的一百米范围以内，每24米则实现一次接地设置，其冲击接地电阻应该不大于20欧姆。宜利用金属支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋体作为引下线，钢筋混凝土作为基础接地装置 最好使用钢筋混凝土做成的支架且绑上钢筋做成引下线。𝑅p接地装置的冲击接地

17、电阻，。𝑥被保护物计算点的高度，m。 h 避雷线的支柱高度，m；l避雷线的水平长度，m。h1避雷网的支柱高度，m；l1从避雷网中间最低点沿导体至最近支柱的距离.m;n从避雷网中间最低点沿导体至最近不同支柱并有同一距离的个数.但至少应取2 （二）第二类防雷建筑物的防雷措施 1、防直击雷1) 最好在高层建筑物上面装置独立避雷针或者避雷网，从而实现建筑物的有效保护，避雷网（带）应沿屋角、屋脊、等容易被雷电袭击的地方铺设，并应在整个组成成小于等于10m10m或12m8m的网格，所有避雷针应用避雷带相互连接2) 引下线大于等于2根，应该在建筑物的周边进行设置，其间距小于等于18m。若是只

18、使用钢柱等作为引下线进行铺设时，可以每隔17米就进行一次铺设。3) 毎根引下线的冲击接地电阻小于等于l0，其接地装置宜和防雷电感应、电气设备，信息系统等接地装置共用。防雷接地装置宜与埋地金属管道连，.若不共用、间断。两者间在地中的距离sa2大于等于0.3kcRpm，但大于等于2m。在共用接地装置并与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成闭合环形。2、防雷电感应1) 建筑物内的主要设备、管进、构架等，应就近接至防直击雷接地装置和电气设备的保护接地装置上，以防静电感应（不另设接地装置）2) 建筑物内平行敷设的管道、构架，电缆金属外皮等应符合第一类防雷建筑物防雷电感应（2）款的要求，但

19、以上物体连接处可不跨接3) 屋内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应少于2处3、防雷电波侵入1) 低压线路全长采用埋地铠装电缆和敷设在架空金属线槽内的电缆引人时，在入端应将电缆金属外皮、金属线槽接地；对具有第二类防雷建筑物(4)项的防雷建筑物尚应和防雷接地装置连接2) 对第二类防雷建筑物（4）项的防雷建筑物.应符合下列要求：低压架空线应采用一段埋地长度大于等于2𝜌m的金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引人，但电缆埋地长度大于等于15m。入户端电缆的金属外皮，钢管应与防雷接地装置相连。在电缆和架空线连接处还应装避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起

20、接地，其冲击接地电阻小于等于10年平均雷暴日在30d以内地区的建筑物，可采用低压架空线直接引人建筑物内，但在人户处应装避雷器或23mm的空气间隙，并与绝缘子铁脚、金具等连接到防雷接地设备上.，其冲击接地电阻小于等于5；同时入户端的三基电杆绝缘子铁脚、金具也应接地，靠近建筑物的电杆，其冲击接地电阻小于等于10，其余两基电杆小于等于203) 对防雷分类表中不具有爆炸危险的防雷建筑物中（1）、（2）、（3）、（6）、（7）项的建筑物应符合下列要求：当架空线转换金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引人时，电缆埋地长度大于等于15m，并应符合上述的要求，当架空线直接引进时，在人户处应加装避雷器，并将其和

21、绝缘子铁脚、金具等连接到电气设备的接地设备上，靠近建筑物的两基电杆上的绝缘子铁脚、金具还应接地，其冲击接地电阻小于30（三）第三类防雷建筑物的防雷措施1、防直击雷1) 在建筑物上装备避雷网（带）或避雷针或由这二者混合组成的接闪器；需要防雷击电磁脉冲 (LEMP)的建筑物接闪器宜采用避雷网。避雷网(带)应沿建筑的屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击部位铺设，并应在整个屋面组成小于20mx20m或24mx16m的网格。平屋面的建筑物，当其宽度小于20m时，可仅沿周边铺设一圈避雷带2) 毎根引下线的冲击接地电阻应小于30，但对笫三类防雷建筑物小于10;其接地装置宜和电气设备等接地装置共用。防雷接地装置宜

22、与埋地金属管道相连；如不一起用、断开时两者间在地中的距离大于2m。在共用接地装置而且与埋地金属管道相连时，接地装置宜围绕建筑物铺设成环形。此时也可不管防雷接地电阻值。3) 引下线大于等于两根，但周长小于25m，且高度不起过40m的建筑物可只设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距小于25m。在仅利用建筑物四周的钢柱和柱子钢筋作引下线时，可按跨度装引下线，此时引下线的平均间距要小于25m2、防雷电波侵入1) 电缆出线应在进出端将电缆的金属外皮、金属管道同电气设备的接地处相互连接。若电缆转换为架空线，则应在转换处设置避雷器，电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连接并接地，其冲击接地电

23、阻小于30约25m处接地一次，其冲击接地电阻小于102) 而低压线中，避雷装置应当处于进出线附近，同绝缘子的铁脚连接到电气设备接地装置上。再多回路情况下，则在母线与电气设备处设置避雷设备，但绝缘子铁脚，金具等仍应连接到接地装置上3) 架空金属管道在进出建筑物时，在进出口附近进行接地装置的连接，其冲击接地电阻应小于30 四、结论近些年来，中国的高层建筑物数量呈爆炸式的速度不断增长，并且随着信息时代的进步，电气设备在建筑物中的使用愈加广泛。这些电气设备大多较为脆弱，经不起强电压的雷电冲击。雷电产生的电力势能与磁力势能会对电气设备系统产生毁灭性的打击，从而产生严重的失火事故。所以在设计高层建筑物时，

24、务必注意防雷功能，安全可靠的避雷系统不仅能保障居民的人身安全，更能保障建筑财物的安全。参考文献1 戴瑜兴,黄铁兵.民用建筑电气设计数据手册M.中国建筑工业出版社,20162 李天恩.小康住宅电气设计.北京:中国建筑工业出版社,2173 戴瑜兴.智能化住宅电气工程设计.低压电器,2016,(2):24一254 戴瑜兴.民用建筑电气设备手册M.中国建筑工业出版社,20185 戴瑜兴.民用建筑电气设计手册M.中国建筑工业出版社,20176 中华人民共和国国标.建筑物防雷设计规范,北京:中国计划出版社,20177 杜彬. 高层建筑电气设计探析J. 科技咨询导报. 2017, 52(56): 48-518 冯延森. 建筑电气技术的相关问题研究J. 中国科技博览. 2016, 25: 309-309- 9 -