防雷接地综合毕业设计毕业设计

目录第一部分设计任务与调研 31.1设计任务 31.2设计调研 4第二部分设计说明 52.1任务分析 52.2防雷设计 52.2.1分流影响 52.2.2均衡电位 62.2.3屏蔽作用 62.2.4接地效果 62.2.5合理布线 72.3外部防雷系统及其设计 72.3.1接闪器 82.3.2避雷针 82.3.3避雷带 92.3.4避雷网 92.3.5安装避雷带和避雷网注意事项 102.3.6引下线 102.3.7接地体 112.3.8内部防雷系统及其设计 112.3.9防雷器SPD设计安装 12第三部分设计成果 143.1防雷接地设计成果 14第四部分结束语 16第五部分致谢 17

第一部分设计任务与调研1.1设计任务人类生存的环境中有许多自然灾害，如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此，人们总是想方设法进行防御，或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。但就我国而言，过去防雷设计在整个建筑设计中所占的比重很小。电气设计人员不重视，其他专业的设计人员更不重视，但雷击所造成的损失却无法轻视。如1989年山东黄岛油库遭受雷击并引起大火，损失惨重。高大的建筑物很容易吸引落雷，从而使本身所在建筑及附近建筑遭到破坏。另外，随着微电子技术高度发展及广泛应用到各个领域，使雷害对象也从对建筑物本身的损害转移到对室内的电器、电子设备的损害，以至发生人身伤亡事故。随之防雷对象也由强电转移到弱电，雷电产生的电磁脉冲超过直接雷击而成为主要危害。随着电子技术的飞速发展，电子计算机早已步入社会的各行各业。建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和计算机系统，民用建筑也不例外。雷电电磁脉冲干扰日益成为频发事故。面对这种挑战，设计人必须转变观念，把雷电电磁脉冲防护当作防雷设计的重点。这不只是电气一个专业的事，因为它涉及到电子设备的位置和管线的布置等问题。各个专业应充分协商，从整体上解决防雷设计上的问题。否则，建筑物设计得再好，也无法正常使用，本设计主要设计一个建筑物防雷接地系统，保护建筑物不被雷击。1.2设计调研雷电的种类主要分为三类，直击雷，感应雷，雷电波侵人。因此建筑防雷设计中也需要考虑三种防雷措施。直击雷如前所述，这里则不再赘述。直击雷的产生具有强大的雷电流，当这种强大的雷电流通过导体时，将会在极短的时间内转为热能，由此产生的高温会造成易燃物燃烧，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。当直击雷袭击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。感应雷也称为雷电感应，一般分为静电感应雷和电磁感应雷。由于感应雷电流强大的电磁场交替变化产生的电磁感应和静电感应，会造成户外电线，金属管道，金属设备等放电，引起建筑物内的危险品爆炸和易燃品燃烧。静电感应雷是由于带电云层接近地面，在架空线路导电或其他导电凸出物顶部感应出大量的电荷引起的，将产生很高的电位。当带有负电荷的雷云靠近线路时，束缚着导线上的正电荷，一旦雷云对地放电，雷云中的负电荷被中和，由此失去对导线上正电荷的束缚，导线上的正电荷向导线两侧流动，由此而产生的过电压称为感应过电压电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生急速变化的磁场引起的。这种变化迅速的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。由此引起的电磁能量若不及时泄人大地，可能产生电火花引起火灾爆炸等事故。雷电侵人波是指雷电在架空线路上会产生冲击电压，使雷电波沿线路迅速传播。若侵人建筑物内，可造成电气线路和配电装置绝缘层击穿，产生短路

第二部分设计说明2.1任务分析本毕业设计主要是为了防止和减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，对建筑物采取一定的防雷措施，防雷措施应安全可靠、技术先进、经济合理。根据国家现行的规范要求，对建筑物进行防雷划分，本设计的建筑物属于第二类防雷建筑物。依据建筑物的防雷分类选择合适的防雷措施。一般防雷装置有接闪器、引下线、接地体。对建筑物进行必要的局部等电位连接。在本设计中要根据建筑物的防雷等级，选择合理的防雷装置，画出屋顶防雷平面图，并根据建筑物的防雷、安全用电及防静电等要求，选择合理的接地型式，画出等电位连接示意图2.2防雷设计防雷是一项系统工程。在这里介绍一下建筑物防雷设计的六项重要因素:接闪功能指实现接闪功能所应具备的条件，包括接闪器的形式（避雷针、避雷带和避雷网）、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。2.2.1分流影响

指引下线对分流效果的影响。引下线的粗细和数量直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加均压环，以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，而且还可以降低反击电压。2.2.2均衡电位

使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体，建筑物内当然就不会产生不同的电位，这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压，对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件，因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，应有目的地把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体2.2.3屏蔽作用 屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施，不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰，而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低，有时附近打雷或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射的影响，甚至在其他建筑物接闪时，还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此，我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，即笼式避雷网，从而实现屏蔽。由于结构构造的不同，墙内和楼板内的钢筋有疏有密，钢筋密度不够时，设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解，而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外，建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。2.2.4接地效果指接地效果的好坏。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好、最经济。当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时，应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时，可做周圈式接地装置，但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边（不必离开建筑物3m以外）。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位，同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。

对木结构和砖混结构建筑物，必须做独立引下线并采用独立接地方式。当土壤电阻率大，使用接地极较多时，也可做周围式接地装置。因为周圈式接地装置的冲击阻抗小于独立接地装置的冲击阻抗，而且有利于改善建筑物内的地电位分布，减小跨步电压。采用独立式接地方式时，以钻孔深埋接地极（约4～12m）的效果为最好，深孔接地极容易达到地下水位，且能减少接地极的用钢量。2.2.5合理布线

指如何布线才能获得最好的综合效果。现代化的建筑物都离不开照明、动力、电话、电视和计算机等设备的管线，在防雷设计中，必须考虑防雷系统与这些管线的关系。为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响，首先，应该将这些电线穿于金属管内，以实现可靠的屏蔽；其次，应该把这些线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上，还需要两端接地。第三，应该注意电源线、天线和屋顶高处的彩灯及航空障碍灯等线路的引入做法，防止雷电波侵入。除考虑布线的部位和屏蔽外，还应在需要的线路上加装避雷器、压敏电阻等浪涌保护器。因此，设计室内各种管线时，必须与防雷系统统一考虑。2.3外部防雷系统及其设计外部防雷主要是指防止建筑物或设施（室外独立电子设备）免遭直击雷的危害，其技术措施有接闪器、引下线、接地体等几种。2.3.1接闪器接闪器是避雷针、避雷带、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等的总称。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置向大地中泄放，以保护建筑物免受雷害。现在常用的接闪器有避雷针、避雷带、避雷网等几种。2.3.2避雷针避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来，通过良好的接地装置，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击的一种金属装置。避雷针的工作原理：当高空出现雷雨云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷雨云相反的电荷，避雷针处于地面建筑物的最高处，与雷雨云的距离最近。由于它与建筑物的钢筋网有良好的电气连接，再通过引下线与基础接地连接，所以它与大地有相同的电位，因此避雷针附近空间的电场强度比较大，容易吸引雷电先驱，使主放电都集中到它的上面，从而使附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少，而避雷针被雷击的几率却大大的提高。由于避雷针与大地有良好的电气连接，能把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放，使因雷击而造成的过电压时间大大的缩短，所以从很大程度上降低了雷击的危害性。以上就是避雷针的工作原理。但需要说明，避雷针必须有足够可靠和接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷击的损害程度。避雷针不但不能避雷反而是引雷，它是使自身多受雷击而保护周围免受雷击。避雷针保护范围的计算方法：折线法：即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体。曲线法：即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体。直线法：是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定，有爆炸危险的建筑物用45°角，对一般建筑物采用60°角，实质上保护范围为一直线圆锥体。避雷针的制作规格：由许多实际调查统计资料表明，避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系。所以，不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。避雷针大多采用圆钢或钢管制成，其直径要求如下：针长1m以下：圆钢为12mm钢管为20mm；针长1-2m：圆钢为16mm钢管为25mm；烟囱顶上的针：圆钢为20mm钢管为40mm。近来国内市场上经销一种叫主动式避雷针的产品，主要来自法国和澳大利亚。据厂家称，这此产品能够随大气电场变化而吸收能量，当存储的能量达到某一程度时，便会在避雷针尖放电，尖端周围空气离子化，使避雷针上方形成一条人工向上的雷电先导，它比自然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触，形成主放电通道。这样，雷雨云靠该避雷针放电的几率就增加了，相当于避雷针的保护范围加大了，或者相当于将避雷针加高了。2.3.3避雷带在房屋建筑屋顶周围，用扁平的金属带做接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。在建筑物屋顶上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好。特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。避雷带一般采用扁钢制作，其截面积不小于48mm2，厚度不应小于4mm，现今的一般做法是不管建筑物属于几类防雷建筑，都采用4X40的镀锌扁钢制作避雷带。根据规定二类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×l6m的网格。如果同时还有避雷针，则避雷针应用避雷带相互连接。2.3.4避雷网避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法，也叫做暗装避雷网。暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5mX5m或10mX10m的圆钢制成。建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。2.3.5安装避雷带和避雷网注意事项避雷带及其连接线经过沉降缝（沉降缝：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段因下沉不一致而引起建筑物损坏）时，应留有10-20cm以上余量的跨越线。房屋面坡度为27°-35°且长度不超过75m时，只需沿屋脊敷设避雷带。四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。当屋顶面积非常大时，应在屋顶上敷设金属网格，即避雷网。避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度可视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5X5m的网格，一般建筑物用20X20m的网格即可。2.3.6引下线连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。现代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下线。因为雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击，而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击。它还比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的，和接地网络形成了一个整体的"法拉第"笼，它们处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。规范对引下线的设计有如下要求如表3-1：建筑物防雷等级引下线数量引下线间距离一类防雷建筑≥2根<12m二类防雷建筑≥2根<18m三类防雷建筑≥2根<25m表3-1另外，普通引下线采用圆钢时，其直径为不应小于16mm；采用扁钢时，其截面积最小为48mm2；厚度不小于4mm。装在烟囱上的引下线其尺寸是：圆钢直径大于24mm；扁钢截面积不小于100mm2，厚度为4mm。为便于检查避雷设施连接导体的导电情况和接地体的散流电阻，要在建筑物四周的引下线上做断接卡子，断接卡子距地面最高为1.8M。当利用混凝土柱钢筋做引下线时，因为是从上而下连接一体，因此不能设置断接卡子测试接地电阻。需在柱内做为引下线的钢筋上，距室外地面0.5m处的柱子外侧，另焊一根圆钢(Φ≥10)引至柱外侧的墙体上，做为防雷测试点。每根引下线处的冲击接地电阻不能大于5Ω。2.3.7接地体接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；没有钢筋混凝土地梁时，也可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用40x4mm镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿，形成环形接地。当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电系统工作接地等共用接地装置时，接地电阻值应不大于1Ω。采用共用接地装置时，弱电系统应将各自设备机房内与建筑物绝缘的接地端子，用25mm2以上的铜芯电缆或导线穿焊接钢管做单独的引下线，在建筑物基础处与接地板相连。弱电系统一般要求接地电阻不大于4Ω，如若设独立的接地系统，其与防雷接地系统的距离要大于20m。2.3.8内部防雷系统及其设计构筑和作用于建筑物内部的防雷工程称为内部防雷工程，其系统就是内部防雷系统。建筑物内部防雷工程涉及面较宽，面对的是包括感应雷、传导雷和因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害，归纳起来危害最大的主要方面是高电压的引入。高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到室内或其他地方造成破坏的雷害现象。高电压引入的电源有三种：其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内，即雷电波侵入；第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即感应过电压；第三是地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。针对以上三种雷害内部防雷系统主要有屏蔽、安装防雷器SPD和等电位连接等三种措施。屏蔽措施已经在防雷设计六大要素中有所阐述，下面主要阐述防雷器SPD设计安装和等电位连接。2.3.9防雷器SPD设计安装SPD中文简称电涌保护器，又称浪涌保护器。根据IEC标准规定，电涌保护器主要是指抑制传导来的线路过电压和过电流的装置。它的组成器件主要包括放电间隙、压敏电阻、二极管、滤波器等。根据构成组件和使用部位的不同，电涌保护器可分为电压开关型SPD、限压型SPD和组合型SPD。而根据应用场合分类，电涌保护器又可分成电力系统SPD和信息系统SPD。一般信息系统SPD由信息系统设计者负责设计选型。这里主要阐述一下电涌保护器在建筑物电力系统防雷设计中的应用。电力系统防雷主要是为了防止雷电波通过电源线路而对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大，或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000）和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004，应采取分级保护、逐级泄流的原则。其具体设计做法：一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源避雷器，这里一般要用三相电压开关型SPD；二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二或三级电源避雷器，一般用限压型SPD；三是在末端配电处安装四级或称为末端电源避雷器，一般用限压型SPD。究竟要使用几级SPD，可以有建筑防雷等级确定。一般一类防雷建筑需要四级；二类需要三级；三类需要二级。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过一级电源避雷器，然后再经过二、三级或末级电源避雷器，一级电源避雷器和二级电源避雷器之间的距离要大于10米，如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免二级或三级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。这里有三个需要注意的地方：一是电涌保护器与母排连接的导线要短而直，长度不能超过5m，连接线过长可能导致上级SPD还没分流，电涌就串到下级SPD处，导致下级SPD一下子被烧毁；二是SPD安装线路上应该装有过电流保护器，原因是为了防止因SPD老化而造成短路。这里的过电流保护器主要使用断路器，按一般经验做法，二级SPD上的断路器整定电流选40A，三级SPD上的断路器整定电流选32A，末级SPD上的断路器整定电流选25A，而一级SPD无需装设，因为一级SPD使用电压开关型SPD，其内部已有自带的过电流保护器。三是各个SPD都需要与接地装置之间进行等电位连接。第三部分设计成果3.1防雷接地设计成果第四部分结束语某一防雷接地系统适用于一部分建筑，但由于现代建筑设计五花八门，建筑使用目的不一，所以对于建筑的防雷接地系统设计不能按部就班，应充分考虑建筑的特点来进行设计。地王国际的建筑结构就是一个很好的例子，由于其特殊性，所以在设计上也有一定的特殊要求。本设计在开头对直击雷防护中，避雷针的安装利用了部分建筑的高度，在其之上进行避雷针的架设，使避雷针实体的高度远小于计算高度，有利于安装。由于避雷网的布线与引下线的布线有重合，鉴于其承受电流冲击，温升等能力及作用相似性，用重合部分引下线亦作为避雷网的垂下线。本设计主要从防直击雷、技术及接地的方法及接地电阻的计算两个大方面分别进行设计。防直击雷的方法主要为设置避雷针及其高度计算和设计避雷带；对于防侧击雷的方法为设置引下线，由于避雷网是防侧击雷和防感应雷，所以把感应雷和侧击雷的防护归到，称之为防侧击雷和感应雷的方法。在对接地系统进