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1、 毕 业 设 计 报 告 书题目： 建筑物防雷接地综合设计专 业 机电一体化班 级 姓 名 指导教师 目 录第一部分 设计任务与调研21.1毕业设计的主要任务21.2.设计的思路、方法.31.3.建筑综合防雷的相关资料51.4综合防雷设计要素及总结7第二部分 设计说明102.1.设计内容102.2高层建筑物防雷设计102.3防直击雷设计122.4防侧击雷和感应雷的措施162.5防雷接地的设计18第三部分 设计成果203.1防雷接地系统设计蓝图20第四部分 结束语23第五部分 致谢25第六部分 参考文献26第一部分 设计任务与调研1.1毕业设计的主要任务 针对设计的选题，查阅大量的相关资料和文献
2、，充分了解建筑物防雷与接地设施的设计与安装，深入研究防雷设施和接地现阶段的优势和劣势.进而提出对现阶段防雷技术提出一些有价值的建议.1.2.设计的思路、方法. 现代防雷技的技术原则强调全方位防护，综合治理，多层设防，把防雷作为一个系统工程。由于雷电的危害无孔不入，在整个空间范围侵袭微电子设备，给安全防范带来一定困难。有效利用建筑物基础接地体、钢筋混凝土柱筋作为引下线、每层钢筋和各种金属架构相互焊接成网，做好笼氏屏蔽和等电位处理。这种设计不仅经济实惠，而且符合现代综合防雷的思路，为电气和电子设备防止雷电电磁脉冲LEMP破坏提供基础条件。建筑防雷设计规范和IEC/TC-81.1024均肯定和推荐这
3、种防雷技术，其技术可靠性及优异性，已被实践证明.当雷电直接击中建筑时，由于雷电短时间内释放出巨大能量，以致坏毁建筑，若直接击中建筑内的电力线或设备，会产生极高的雷电过电压，现今任何电压等级的系统绝缘都难以耐受，以致损坏设备2。为防止雷电直接击中建筑本体及内部设备，人类发明了避雷针、避雷带等防直击雷的措施：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
4、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
5、受雷击。避雷针保护范围的计算方法：目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同3。大体上有如下几种计算方法：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。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
6、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。1.3.建筑综合防雷的相关资料防雷等级分类计算：我们在着手建筑物防雷设计的第一步时，首先是要确定建筑物的防雷等级7。建筑物防雷设计规范 (GB5005794)中，对建筑物防雷等级的划分，除了由建筑物的功能定性外，第二、三类防雷建筑，还取决于建筑物的预计年雷击次数N。建筑物年预计雷击次数应按下式计
7、算： （2-1）式中：N建筑物年预计雷击次数（次a）。 k校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：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。建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次（km2 a）。与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。雷击大地的年平均密度应按下式计算： （2-2）式中：年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（da）。当建筑物的高H等于或大于100m时，建筑物的等效面积按下式计算： （2-3）式中： L、W、H分别为建筑物
8、的长、宽、高（m）。按以上公式计算得到N后就可以确定防雷等级了。一般先把建筑物按其重要性和使用性质分为部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物和住宅、办公楼等一般性民用建筑物两类。部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物其年预计雷击次数N大于0.06次/a时，该建筑就划为第二类防雷建筑物；若N大于等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a，则该建筑就划为第三类防雷建筑物。住宅、办公楼等一般性民用建筑物其年预计雷击次数N大于0.3次/a时，该建筑就划为第二类防雷建筑物；若N大于等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a，则该建筑就划为第三类防雷建筑物。1.4综合防雷设
9、计要素及总结防雷设计是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击危害的因素进行综合防护，才能将雷害减少到最低限度。这种综合防护主要包括接闪、分流（保护）、均压、屏蔽、接地、合理布线，统称为综合防雷六大要素8。接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。分流（保护）是现代防雷技术迅猛发展的重点，是保护各种电子设备或电气系统的关键措施。所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信
10、号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，雷电电流就由此处分流入地了。雷电流在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。均压是指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
11、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。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
12、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，使其构成一个网笼，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，设计人员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。接地就是让已经流入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。过去的一些旧规范
13、要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流干扰设备的正常工作。但现在，防雷工程设计已不提倡单独接地，而是更多的与防雷接地系统共用接地装置，但接地电阻要由原来的小于4减少到1。我国的现用的规范规定，如果电子设备接地装置采用专用的接地系统，则其与防雷接地系统的地中距离要大于20m。防雷接地是防雷系统中最基础的环节，也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。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
14、，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。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。第二部分 设计说明2.1.设计内容本系统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
15、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高层建筑物防雷设计这是某地这栋高级写字楼， 58层，总投资：5亿元。唯一国际5A甲级纯写字楼，是中国商务写字楼精品示范项目称号；同时被国家建设部评定为第五批全国建筑业新技术应用示范工程。这栋甲级写字楼第一层层高5米，第二层到第五层4.5米，六层架空层层高4.8米，从第七层起至57层每层层高3.6米，其中第22层与39层为避难层，层高4.8米。58层为停机坪，现用于观光。从第一层到第52层建筑面积为2000平方米，52层到57层建筑面积为1700平方米。它整体为长方体，底为正方形，顶部停机坪呈圆形。如图3-1： 图 3-1 整体结构示意图进行防雷接地系统设计，首先应确定其建筑防雷等级，由式2-1、2-2及2-3可以算出：N=10.
