建筑物防雷设计Word格式文档下载.docx
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1922年美国西屋电气公司研制成功了炭化硅避雷器,1972年日本日立公司研制成功了配电用无间隙避雷器,防雷科学得到了大的发展,高电压雷电保护技术基本成熟。
事物总是这样:
一种矛盾得到解决,另一种隐含在原来矛盾内部的不被重视的矛盾回跃升成为主要矛盾。
20世纪70年代以后,随着世界半导体集成技术的不断发展和完善,新的矛盾产生了。
由于半导体集成电路十分脆弱无法耐受过电压和过电流的冲击,使得智能化弱电设备的雷击灾害显著增加。
电子计算机网络系统、有线传输通信系统、微波传输通信系统、工业自动化控制系统等等与人类生活关系密切的行业受到了严重的雷害威胁。
弱电的雷电保护成为雷电防护行业新的研究领域。
工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起,这也为雷电防护提出了大量新的问题。
“静电抵抗”、“电磁干扰”、“热岛效应”等等的问题都有待进一步区研究和解决。
近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力,提出了许多新的防雷理论,研制出一大批新的防雷器件、设备和材料,开发出许多全新的雷电防护技术,但这些理论、技术和设备并为得到很好的推广。
因此,增强防雷意识成为全社会关注的问题。
我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994,该规范参考了大量国际标准,对原有的规范做了大量的修改,无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位,这也标志着我们国家对雷害的重视。
这是一组触目惊心的数字
1992年8月刚刚敷设的福建德化-永春二级埋地光缆在距永春10KM处距光缆10M的大树遭雷击。
雷电流沿树根泄入大地,因无排流线等降低电位措施,将光缆的金属护层与塑料处护层击穿成许多小孔,雷电电弧将钢带击穿成孔洞,烧断光缆数根。
1993年5月17日,6月3日,某自治区证券中心两次受到雷击,击坏计算机16台。
1994年5月7日,南方某报社一次雷击损坏计算机近百台。
1995年6月,南方某省银行结算中心,33层高的大楼遭到雷击,计算机网络系统停止工作3天,几亿元资金不能正常结清,仅利息就损失200万元人民币。
1999年8月9日,吉林省蛟河发生雷灾,天岗地区某单位的通讯设备被雷击毁。
当地1000余台电视机和300余部电话出现故障,雷害发生后的36小时之内,远离百里的蛟河市区,市话手机全停。
银行专线无法正常进行,损失严重。
相当多的公安机关的专网和军事机关的雷达也受到雷击。
被雷击上的部门就如同得了感冒一样,难受的不仅是他们自己,而且还会传染开来,给相关的部门和人们带来损失,甚至引发社会问题。
一般而言,雷电活动以季节上看,夏季最活跃,冬季较少,从地区分布上看,赤道最活跃,随纬度升高而减少。
以雷电日计算,我国根据多年统计得出的平均雷电日,西北15日以下,长江以北包括东北在15-40日之间,长江以南地区达40日以上,雷州半岛和海南岛是雷电活动最剧列的地区,达120-130日,总体上讲我国的雷活动很强。
第二章建筑物的防雷分类
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,按防雷要求分为三类。
2.1第一类建筑物:
1、凡制造、使用和储存炸药、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。
2.2第二类建筑物:
1、国家级重点文物保护的建筑物;
2、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别主要的建筑物;
3、国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物;
4、制造使用或储存爆炸物质的建筑物,且火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者;
5、具有1区爆炸危险环境的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者;
6、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物;
7、工业企业内有爆炸危险的露天钢制封闭气罐;
8、预计雷击次数大于0.06次/a的部省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物;
9、预计雷击次数大于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。
注:
建筑物年预计雷击次数应按下式确定:
N=kNgAe
式中:
1.N──建筑物预计雷击次数(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;
Ng──建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2·
a)];
Ae──与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。
2.雷击大地的年平均密度应按下式确定:
Ng=0.024Td1.3
Td──年平均雷暴日,根据当地气象台、站资料确定(d/a)。
3.建筑物等效面积Ae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:
(1)当建筑物的高H小于100m时,其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定(附图1.1):
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。
Ae=[LW+2H(L+W)+πH2]·
10-6
(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Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。
建筑物平面积扩大后的面积Ae如附图1.1中周边虚线所包围的面积。
3.3第三类建筑物:
1、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆;
2、预计雷击次数大于或等于0.012次/a,且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物;
3、预计雷击次数大于或等于0.06次/a,且小于或等于0.3次/a的住宅、办公搂等一般性民用建筑物;
4、预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物;
5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果,并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素,确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境;
6、在平均雷暴日大于15d/a的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;
在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区,高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。
第三章建筑物的防雷措施
3.1一般规定
1.各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。
第一类防雷建筑物和四、五、六款所规定的第二类防雷建筑物尚应采取防雷电感应的措施。
2.装有防雷装置的建筑物,在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下,应采取等电位连接。
3.2第一类防雷建筑物的防雷措施
3.2.1独立避雷针(网)
1.防直击雷的措施,应符合下列要求:
一、应装设独立避雷针或架空避雷线(网),使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。
架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×
5m或6m×
4m。
二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、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内:
当有管帽时应按表1-1确定;
当无管帽时,应为管口上方半径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1-1有管帽的管口外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
﹤5
重于空气
1
2
5~25
2.5
5
≤25
轻于空气
﹥25
重或轻于空气
三、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、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。
四、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。
五、独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离(图1-1)应符合下列表达式的要求,但不得小于3m:
(1)地上部分:
当hx<
5Ri时,
Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)
当hx≥5Ri时,
Sa1≥0.1(Ri+hx)
(2)地下部分:
Se1≥0.4Ri
式中Sa1---空气中距离,m;
Se1---地中距离,m;
Ri---独立避雷针或架空避雷线(网)支柱处接地装置的冲击接地电阻,Ω;
hx---被保护物或计算点的高度,m。
图1-1防雷装置至被保护物的距离
六、架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离(图1-1),应符合下列表达式的要求,但不应小于3m:
当(h+l/2)<
5Ri时,
Sa2≥0.2Ri+0.03(h+l/2)
当(h+l/2)≥5Ri时,
Sa2≥0.05Ri+0.06(h+l/2)
式中Sa2---中避雷线(网)至被保护物的空气中距离,m;
h---避雷线(网)的支柱高度,m;
l---避雷线的水平长度,m。
七、架空避雷网至屋面和各种突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离,应符合下列表达式的要求,但不应小于3m:
当(h+l1)<
Sa2≥1/n?
[0.4Ri+0.06(h+l1)]
当(h+l1)≥5Ri时,
[0.1Ri+0.12(h+l1)]
式中l1---从避雷网中间最低点沿导体至最近支柱的距离,m;
n---从避雷中间最低点导体至最近支柱并有同一距离l1的个数。
八、独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置,每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。
在土壤电阻率高的地区,可适当增大冲击接地电阻。
2.防雷电感应的措施,应符合下列要求:
一、建筑内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、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。
金属屋面周边每隔18~24m应采用引下线接地一次。
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18~24m采用引下线接地一次。
二、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物,其净距小于100mm时应采用金属线跨接,跨接点的间距不应大于30m;
交叉净距小于100mm时,其交叉处亦应跨接。
当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时,连接处应用金属线跨接。
对有不少于5根螺检连接的法兰盘,在非腐蚀环境下,可不跨接。
三、防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用,其工频接地电阻不应大于10Ω。
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1.中的五款的要求。
屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应少于两处。
3.防雷电波浸入的措施,应符合下列要求:
一、低压线路宜全线采用电缆直接地敷设,在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。
当全线采用电缆有困难时,可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线,并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入,其埋地长度应符合下列表达式的要求,但不应小于15m:
式中l-金属铠装电缆或护套电缆穿钢管埋于地中的长度,m;
ρ-埋电缆处的土壤电阻率,Ω·
m。
在电缆与架空线连接处,尚应装设避雷器。
避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地,其冲击接地电阻不应大于10Ω。
二、架空金属管道,在进出建筑物处,应与防雷电感应的接地装置相连。
距离建筑物100m内的管道,应每隔25m左右接地一次,其冲击接地电不应大于20Ω,并宜利用金支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋网作为引下线,其钢筋混凝土基础宜作为接地装置。
埋地或地沟内的金属管道,在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。
3.2.2避雷针(网)安装在建筑物上
避雷针或网格不大于5m×
4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上,避雷网应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。
并必须符合下列要求:
1.所有避雷针应采用避雷带互相连接。
2.引下线不应少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于12m。
3.排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的管道符合独立避雷针(网)防直击雷措施的二、三款的要求。
4.建筑物应装设均压环,环间垂直距离不应大于12m,所有引下线、建筑物的金结构和金设备均应连到环上。
均压环可利用电气设备的接地干线环路。
5.防直击雷的接地装置应建筑物敷设成环形接地体,每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω,并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连,此接地装置可兼作防雷电感应之用。
6.防直击雷的环形接地体尚宜按以下方法敷设:
(1)当土壤电阻率ρ小于或等于500Ω·
m时,对环形接地体所包围的面积的等效圆半径
大于或等于5m的情况,环形接地体不需补加接地体;
对等效圆半径
小于5m的情况,每一引下线处应补加水平接地体或垂直接地体.
当补加水平接体时,其长度应按下式确定:
式中lr---补加水平接地体的长度,m;
A---环形接地体所包围的面积,m2。
当补加垂直接地体时,其长度应按下式确定:
式中lv---补加垂直直接地体的长度,m。
(2)当土壤电阻率ρ为500Ω·
m至3000Ω·
大于或等于
m的情况,环形接地体不需补加接地体;
小于
m的情况,每一引下线处应补加水平接地或垂直接地体。
当补加水平接地体时,其总长度应按下式确定:
当补加垂直接地体时,其总长度应按下式确定:
按本款方法敷设接地体时,可不计及冲击接地电阻值。
7.当建筑物高于30m时,尚应采取以下防侧击的措施:
(1)从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连;
(2)30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。
8.在电源引入的总配电箱处宜装设过电压保护器。
3.3第二类防雷建筑物的防雷措施
3.3.1.防直击雷的措施,应符合下列要求:
一、采用装设在建筑物上的避雷网(带)应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设,并应在整个屋面组成不大于10m×
10m或12m×
8m的网格。
所有避雷针应采用避雷带相互连接。
二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道应符合第一类防雷建筑物防直击雷措施第条二款的要求。
三、排放无爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、烟囱,1区、11区和2区炸危险环境的自然通风管,装有阻火器的排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管,第一类防雷建筑物防直击雷措施第三款所规定的管、阀及煤气放散管等,其防雷保护应符合下列要求:
(1)金属物体可不装接闪器,但应和屋面防雷装置相连;
(2)在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器,并和屋面防雷装置相连。
四、引下线不应少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于18m。
当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时,可按跨度设引下线,但引下线的平均间距不应大于18m。
每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。
防直击雷接地和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置,并宜与埋地金属管道相连;
当不共用、不相连时,两者间在地中的距离应符合下列表达式的要求,但不应小于2m:
Se2≥0.3kcRi
式中Se2-地中距离,m;
kc-分流系数。
(单根引下线应为1,两根引下线及接闪器不成闭合环的多根引线应为0.66,接闪器成闭合环或网状的多根引下线时应为0.44。
)
在共用接地装置与埋地金管道相连的情况下,接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。
五、利用建筑物的钢筋作为防雷装置时应符合下列规定:
(1)建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线。
第二类防雷建筑物分类中的二、三、八、九款所规定的建筑物尚利用作为接闪器。
(2)当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时,宜利用基础内的钢筋作为接地装置。
(3)敷设在混凝土中作为防雷装置的钢筋或圆钢,当仅一根时,其直径不应小于10mm。
被利用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的钢筋,其截面积总和不应小于一根直径为10mm钢筋的截面积。
(4)利用基础内钢筋网作为接地体时,在周围地面以下距地面不小于0.5m,每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合下列表达式的要求:
S≥4.24kc2
式中S-钢筋表面积总和,m2。
(5)当在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内敷设人工基础接地体时,接地体的规格尺寸不应小于表1-2的规定。
表1-2第二类防雷建筑物环形人工基础接地体的规格尺寸
闭合条形基础的周长(m)
扁钢(mm)
圆钢,根数X直径(mm)
≥60
4×
25
2×
Φ10
≥40至<
60
50
Φ10或3×
Φ12
<
40
钢材表面积总和≥4.24m2
注:
①当长度相同、截面相同时,宜优先选用扁钢;
②采用多根圆钢时,其敷设净距不小于直径的2倍;
③利用闭合条形基础内的钢筋作接地体时可按本表校验。
除主筋外,可计入箍筋的表面积。
(6)构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋,其箍筋与钢筋的连接,钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或焊接。
单根钢筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。
构件之间必须连接成电气通路。
六、当土壤电阻率ρ小于或等于3000Ω·
m时,在防雷的接地装置同其它接地装置和进出建筑物的管道相连的情况下,防雷的接地装置可不计及接地电阻值。
但其接地体应符合下列规定之一:
(1)防直击雷的环形接地体的敷设应符合<
避雷针(网)安装在建筑物上>
中的6.
(1)项的要求,但土壤电阻率ρ的适用范围应放大到小于或等于3000Ω·
m。
(2)在符合利用建筑物钢筋作为防雷装置规定的条件下利用槽形、板形或条形基础的钢筋作为接地体,当槽形、板形基础钢筋网在水平面的投影面积或成环的条形基础钢筋所包围的面积A大于或等于80m时,可不另加接地体。
(3)在符合利用建筑物钢筋作为防雷装置规定的条件下,对6m柱距或大多数柱距为6m的单层工业建筑物,当利用柱子基础的钢筋作为防雷的接地体并同时符合下列条件时,可不另加接地体:
1)利用全部或绝大多数柱子基础的钢筋作为接地体;
2)柱子基础的钢筋网通过钢柱,钢屋架,钢筋混凝土柱子、屋架、屋面板、吊车梁等构件的钢筋或防雷装置互相连成整体;
3)在周围地面以下距地面不小于0.5m,每一柱子基础内所连接的钢筋表面积总和大于或等于0.82m2。
七、在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下:
当低压电源线路用全长电缆或架空线换电缆引入时,宜在电源线路引入的总配电箱处装设过电压保护器;
当Y,yno型或D,yn11型接线的配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处时,在高压侧采用电缆进线的情况下,除按国家现行有关规范的规定在高压侧装设避雷器外,尚宜在低压侧各相上装设避雷器。
八、高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物,尚应采取以下防侧击和等电位的保护措施:
(1)钢构架和混凝土的钢筋应互相连接。
钢筋连接应符合上述五款要求;
(2)应利用钢柱或柱子钢筋作为防雷装置引下线;
(3)应将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接;
(4)竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。
3.3.2.第二类防雷建筑物分类中的四、五、六款所规定的建筑物,其防雷电感应的措施应符合下列要求:
一、建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物,应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接装置上,可不加设接地装置。
二、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物应符合第一类建筑物防雷电感应措施二、款要求,但长金属物连接处可不跨接。
三、建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应少于两处。
3.3.3.防雷电波侵入的措施,应符合下列要求:
一、当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时,在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地;
第二类防雷建筑物分类中的四、五、六款所规定的建筑物,上述金属物尚应与防雷的接地装置相连。
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- 建筑物 防雷设计