建筑防雷设计的有关问题

南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,雷电与防护技术,肖 稳 安,南京信息工程大学电子工程系2005年8月18日,杨 仲 江,南京信息工程大学雷电科学与技术建筑防雷设计的有关问题,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,主要内容,1 关于建筑物防雷分类2 接闪器的设计及使用误区3 关于提前预放电避雷针4 关于接地5 等电位连接的设计6 SPD的选择与使用,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,1 建筑物的防雷分类 建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按需要将工业和民用建筑物分为三类。 大型、复杂项目应该进行雷电灾害风险评估来确定。 一个项目的不同组成部分，甚至一个建筑物的不同部位可能有不同的分类。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,防雷装置,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,图4.1 对阿特拉斯5号运载火箭的防雷保护。由四座铁塔支撑的四根绝缘棒，其顶部有架空的金属线（为了让读者看得更清楚而用电脑将金属线加粗）相连。并且这些金属线一直向下延伸到发 射场外很远的接地极上。2006年,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,2010.9.5搭载着“鑫诺六号”通信广播卫星的“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,图4.2 航天飞机的防雷保护。一张由电脑生成的航天飞机照片，及其架空线（悬吊线）防雷系统每个方向的悬吊线均约300m长,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,图 房顶边缘的一根末端较钝的避雷针。这跟避雷针连接了两根引下线，每根引下线与房子周围不同转角处预埋的接地体相连。NFPA 780：2004中规定，避雷针应被安装在距离屋顶边缘不超过0.6m的地方。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,在弗罗里达大学工程大楼楼顶安装的一列尖端型避雷针,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,一根19世纪的避雷针。该针的长度大约为2m,有一个非常奇特的尖端和装饰用的玻璃球并且在红色玻璃内插入了一根装饰用的箭矢。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,2接闪器的设计及使用误区防雷装置：接闪器，引下线，接地装置，过电压保护器及其它连接导体的总和。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,接闪器的设计 原理：避雷针和避雷线均为金属体，安装在比被保护物体高的位置上，从工作原理来看，两者具有相同的保护功能，即吸引雷电。一避雷针与避雷线 1、避雷针,避雷针接闪器顶端处的电场畸变条,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,钢管类避雷针或避雷带的设计关键是壁厚，50mm2 薄壁装饰用不锈钢管常常不符合要求。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,避雷带 （a）屋顶突出物加设避雷针 （b）平屋面上设避雷带 （c）女儿墙上设避雷带,避雷带的设置,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,立体金属笼网,建筑物的笼式避雷网,笼式避雷网通常是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋来构成的，即将建筑物屋面内原有的钢筋网格作接闪器使用，如右上图所示。将梁、柱、楼板中的横向和纵向钢筋按防雷设计规范要求进行电气上的相互连接，这样就将整个建筑物构件中的所有钢筋连接成一个统一的导电系统，构成一个大的立体法拉第笼。其中的纵向钢筋兼作引下线试用，建筑物基础中的接地钢筋兼作接地体使用。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,2、避雷网,明装避雷网,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,关于暗装避雷网,建筑物顶部突出物体的保护,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,四.避雷针、带、网保护范围的确定,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,1、确定避雷针、线、带、网保护范围方法的分类 Positioning of air-termination systems General,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,2、滚球法确定避雷针、线、带、网保护范围的方法,（1）滚球法的保护原理下行先导头部达到地面上某物体的雷击距范围时，他才会定向的击向该物体，,雷击距范围,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,。,用滚球法确定雷击点 滚球法在建筑物面上的连续滚动,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,保护区随滚球半径的变化,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,建筑物的空间受雷曲面,复杂形状建筑物上易受雷击的部位的确定,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,interception tip,example,双支避雷针的保护范围 Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodConstruction of volume to be protected,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodConstruction of volume to be protected, graphic,interception tip,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,r,Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p,h1 - h2 p,rrolling sphere radius,h1height of the interception rods,h2height of the structure to be protected,ppenetration depth,ddistance between the interception rodsFangstangen,p,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,Positioning of air-termination systems by using the rolling sphere methodPenetration depth p,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,A1 = A2,3、 Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodGeneral,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,单根避雷针example,Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,双根避雷针 example,a,a,Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,3. example,a,a,Positioning of air-termination systems by using the protective angle methodConstruction of volume to be protected,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,五滚球法与其它确定防雷保护范围方法 的比较 过去许多年、世界各国在防雷设计中、多使用折线法、网格法、圆锥法等来确定避雷针和避雷线的保护范围。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,50,2,9 200,保护方法 Protection level (Pl),南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,Positioning of air-termination systemsGeneral,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,避雷针不能防护由雷击电磁脉冲产生的经金属导体传导入室内和由辐射方式进入电子设备内部的电磁脉冲干扰。,避雷针不是万能的,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,图 载有雷电流的弯曲导 图引下线的走线方式 体受力示意 （a）正确（b）不正确,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,尽量不要使用避雷针增加年预计雷击次数,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,避雷针设置不一定合理的例子,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,关于提前预放电避雷针,“提前放电避雷针”等特殊的接闪器，声称能在相同的情况下，比普通避雷针更早的产生上行先导，而且先导的步长要更长。根据它们的广告宣传，要保护一座典型的建筑物，往往只需要安装一根提前放电避雷针即可。 提前放电接闪装置的拥护者们声称：（1）相对于传统的避雷针，提前放电针的优势在于它的触发时间仅为100s。并且（2）其产生的上行先导的速度为1ms-1。如果这些都是真的，那么提前放电针产生的先导在100s内要比传统避雷针产生的先导多传播至少100m；从而提高了针的保护范围。疑点：（1）在连接过程中，当先导速度达到约0.1ms-1这个典型值时，就已经达到了测量手段的极限，速度更快的上行先导已无法测量其速度；（2）没有任何数据可以证实这个被提及的100s先导触发时间的优越性。就算触发时间短就有优势的事情是真的，提前放电针产生的先导能在低电场值的的情况下有效的发展，传播，但由于先导速度测量手段的局限性，提前放电针的优势（在所有能收集到的资料中）也只有10m而已。上行先导的典型平均步长为50m增加10m并不会有太大的优势。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,关于接地,共用接地系统的优点越来越为人们所认识，它的最显著的作用在于易实现建筑物内各个系统的等电位，防止地电位反击。尤其在城市环境里若设多个分设接地不容易做到真正彼此独立。雷击电磁脉冲的防护指出：从防雷的观点来看，建筑物采用单一的共用接地装置较好，它适合于所有接地之用（如，防雷、低压电力系统、电信系统）。（IEC 61312-1）也指出：如果在互相邻近的建筑物之间有电力线和通讯电缆通过，应将其接地系统互相连接，并且这样有利于采用多条并行路径以减少电缆中的电流，一个网状接地系统可满足这种要求,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,接地注意事项,请将框架结构中的钢筋龙骨看做接地主干线加以利用！不要从地下拉一根长铜缆或扁钢到高层机房！（若为等电位连接方便而拉，该线缆请与每层结构钢筋等电位连接）共地不共线（并联接地）。现代建筑基础是最好的接地。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,等电位连接,等电位也是最基本最重要的防雷技术措施之一，在接地系统的接地电阻不易做得较小时尤为重要。它的主要作用是,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,地电位反击,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,电源线信号线进线等电位示意图,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,等电位接地施工方案图,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,通过SPD进行等电位联结,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,等电位连接器,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,等电位连接网络,接地基准点earthing reference point ，ERP一个系统的等电位连接网络与共用接地系统之间唯一的那一连接点。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,等电位连接网络,电气安全的等电位连接网络和信息系统从直流至高频的功能等电位连接网络有区分，但这两个网络又要互相连接在一起。,上图是信息系统功能等电位连接的基本方法。,电气安全的等电位连接网络，主要是通过与配电线路敷设在一起的保护地线(PE)构成，保护地线又必须根据配电系统的大小在多处（如每层楼或有配电箱处)与共用接地系统以及信息系统的功能等电位连接网络做等电位连接。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,当采用Ss或Ms等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件，除等电位连接点ERP(即接地基准点)外，应与共用接地系统各组件有大于10 kV、1250s的绝缘，如铺以橡胶垫。,南京信息工程大学雷电科学与技术系 杨仲江,3-地面内焊接钢筋网，利用其作为高频信号基准网，除固有的绑扎点外，宜在约500600 mm网格交叉点上加以焊接。地面内钢筋网应与其周围的柱、墙、圈梁内钢筋连通；4-高频等电位跨接线，其长度宜短于500mm。由于高频集肤效应，应采用薄而宽的金属带，铜或钢材都可以。但与其它钢质物连接时采用钢带的优点是不会产生直流电池的腐蚀效应。两端的连接应有良好的电气接触，最好是焊接：若采用机械连接，每端应用两根螺杆或螺丝固定；5-每台外壳应有两根不同长度的等电位跨接线，长度各为不同于干扰波(人们感兴趣的)波长14的倍数，并设在外壳的对角处。,1、装有电子负荷设备的金属外壳,2、混凝土地面的上部,3、地面内焊接钢筋网,4、高频等电位跨接线,5、等电位跨接线,利用钢筋混凝土地面内焊接钢筋