建筑防雷设计.ppt
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1、建筑物防雷设计建筑物防雷设计I.建筑物防雷设计规范基本体系建筑物防雷设计规范基本体系一、新标准一、新标准(GB 50057-2010)的内容覆盖面的内容覆盖面二、新标准二、新标准GB506012010的内容覆盖面的内容覆盖面内部防雷措施内部防雷措施外部防雷措施外部防雷措施屏屏蔽蔽引引下下线线接接地地装装置置共共用用接接地地系系统统等等电电位位连连接接屏屏蔽蔽隔隔离离合合理理布布线线接接闪闪器器安安装装电电涌涌保保护护器器综合防雷系统综合防雷系统三、防雷系统的基本构成三、防雷系统的基本构成四、防雷系统四、防雷系统 的的基本基本设设 计计流程流程II.建筑防雷设计用雷电参数指标建筑防雷设计用雷电参
2、数指标 规定规定涉及新标准条款:涉及新标准条款:;6.3.2(表表6.3.2-1);附附录录A;附;附录录F(表表 表表 F.0.1-3);一、雷云带电一、雷云带电1.雷云形成的可能机制雷云形成的可能机制2.雷云的带电雷云的带电(1)水滴分裂效应水滴分裂效应(2)感应起电效应感应起电效应(3)水滴结冰水滴结冰效应效应冰晶粒带正电,水滴带负电,热气流将冰晶粒带正电,水滴带负电,热气流将冰晶上面水分带走,产生电荷分离。冰晶上面水分带走,产生电荷分离。二、雷电放电二、雷电放电.雷电放电机理雷电放电机理(1)雷云电荷分布雷云电荷分布+-+负负雷雷云云中中电电荷荷中中心心分分布布(2)雷云放电形式雷云放
3、电形式+-+-云内放电云内放电云间放电云间放电-云云地放电地放电(地闪地闪)+主主放放电电it35 km雷云雷云地面地面+下下行行先先导导(3)对地放电过程对地放电过程+下行先导下行先导上行先导上行先导上行雷上行雷(4)对地面高结构的放电与上行雷对地面高结构的放电与上行雷()对地放电的多重性对地放电的多重性12重雷放电记录图象重雷放电记录图象(6)对地放电的选择对地放电的选择a.土壤电阻率土壤电阻率b.结构体的形状结构体的形状c.大气条件大气条件(7)正极性雷正极性雷2.地闪形态地闪形态2.闪电通道闪电通道(1)单闪单闪(2)多闪多闪3.雷闪形态雷闪形态(1)线状雷线状雷(2)球雷球雷(3)珠
4、雷与片雷珠雷与片雷三、雷电参数三、雷电参数1.雷暴日、雷暴小时雷暴日、雷暴小时 城市城市雷雷电电日日城市城市雷雷电电日日北京北京367武武汉汉378天津天津286长长沙沙495石家庄石家庄315广州广州495太原太原364南宁南宁886呼和浩特呼和浩特375成都成都369沈阳沈阳271贵贵州州489长长春春366昆明昆明628哈哈尔尔滨滨309拉拉萨萨732上海上海322西安西安173南京南京351兰兰州州236杭州杭州400西宁西宁329合肥合肥301银银川川197福州福州576乌鲁乌鲁木木齐齐93南昌南昌585台北台北279济济南南268香港香港340郑郑州州226海口海口1138地面落雷
5、密度地面落雷密度 Ng:每年每平方公里地面平均落雷次数:每年每平方公里地面平均落雷次数 (次次/km2 a)物体的年受雷次数物体的年受雷次数:k修正系数,考虑建筑物结构特征,所修正系数,考虑建筑物结构特征,所 在地地理、地质特征;在地地理、地质特征;建筑物周围环境特征的修正建筑物周围环境特征的修正AeNg=0.1 T d(次次/km2/a)(A.0.2)3.雷电流雷电流(1)雷电流测量雷电流测量(2)波形参数规定波形参数规定我国雷电流幅值累积概率我国雷电流幅值累积概率IEEECIGRE(3)幅值累积概率幅值累积概率第一类:第一类:200kA,P=0.53%第二类:第二类:150kA,P=1.9
6、7%第三类:第三类:100kA,P=7.3%长时间的雷电流参量长时间的雷电流参量(4)几种波形参数几种波形参数波形波形(s)用途用途10/350建筑防雷建筑防雷(首次雷首次雷击击)0.25/100建筑防雷建筑防雷(后后续续雷雷击击)8/20保保护护器器试验试验波形波形2.6/50电电力系力系统统4.雷击距雷击距建筑物防雷类别建筑物防雷类别 滚球半径滚球半径(m)第一类第一类30第二类第二类45第三类第三类60对应电流对应电流第二类:第二类:I=5.42kA P=86.8%第二类:第二类:I=10.1kA P=76.8%第三类:第三类:I=15.8kA P=66.1%先导取向角先导取向角先导通道
7、先导通道电气几何模型电气几何模型III.雷电破坏作用指标规定雷电破坏作用指标规定1.综述综述涉及新标准条款:涉及新标准条款:;6.3.2(表表6.3.2-1);附附录录A;附;附录录F(表表 表表 F.0.1-3);MCR110 kV数据线数据线电视线路电视线路有线通讯有线通讯 400/230 VABC Company移动通讯移动通讯2 km2 km.热效应热效应(1)雷电流注入产生的热能雷电流注入产生的热能(2)雷电流注入引起的温升雷电流注入引起的温升注入单位电荷时常用金注入单位电荷时常用金属的熔化体积当量属的熔化体积当量铝:铝:mm3/C铜:铜:5.4mm3/C钢:钢:4.4mm3/C2.
8、机械力与冲击波效应机械力与冲击波效应(1)机械力电磁力机械力电磁力(2)冲击波冲击波3.静电感应与电磁感应静电感应与电磁感应(1)静电感应静电感应金属屋面金属屋面 +线路线路雷云雷云下行下行先导先导sh+雷云雷云回击回击sh+过电压波过电压波过电压波过电压波线路线路BSuBi(2)电磁感应电磁感应H0,H1,H2 i0 Sa(3)新标准中关于空间磁场的估算方法)新标准中关于空间磁场的估算方法 HLRHR-HSa R=1 0(i 0)0.6 5当 H R 时,当H R 时,Sa=R+L/2 当有屏蔽当有屏蔽时时,在格在格栅栅形大空形大空间间屏蔽内,屏蔽内,即在即在L P Z 1 区内区内的磁的磁
9、场场强强度度应应按下式按下式计计算算:注注:1 适用于首次雷适用于首次雷击击的磁的磁场场;2 适用于后适用于后续续雷雷击击的磁的磁场场;3 相相对对磁磁导导系数系数 r 2 0 0;4 w 格格栅栅形屏蔽的网格形屏蔽的网格宽宽(m);r 格格栅栅形形屏屏蔽蔽网网格格导导体体的的半半径径(m);5 当当计计算算式式得得出出的的值值为为负负数数时时取取S F=0;若若建建筑筑物具有网格形等物具有网格形等电电位位 连连 接网接网络络,S F 可增加可增加6 d B。在在 闪电直接击在位于闪电直接击在位于L P Z 0 A 区的格栅形大空间屏蔽或区的格栅形大空间屏蔽或 与其与其连接的接闪器上的情况下,
10、连接的接闪器上的情况下,其内部其内部L P Z 1 L P Z 1 区内安全空间区内安全空间内某点的磁场强度应按下式计算内某点的磁场强度应按下式计算i0 地面地面 墙壁墙壁 屋顶屋顶 LPZ1 dw dr H1 H 1=k Hi 0w/(d w dr)kH一般取一般取(4)新新标标准关于准关于环路中感应电压、电流的计算方法环路中感应电压、电流的计算方法1屋顶;屋顶;2墙;墙;3电力线路;电力线路;4信号线路;信号线路;5信号设备;信号设备;6等电位连接带等电位连接带(1)格格栅栅形形屏屏蔽蔽建建筑筑物物附附近近遭遭雷雷击击时时在在LPZ 1 区区内内环环路路的的感感应应电电压和压和 电电 流流
11、 H1H1ihARgL0取为取为1.21.5H/m电位抬高幅值可近似估算为电位抬高幅值可近似估算为(5)暂态电位抬高与高电位传递暂态电位抬高与高电位传递暂态电位抬高暂态电位抬高当当(h+l/2)5Ri时时,Sa20.2Ri+0.03(h+l/2)当当(h+l/2)5Ri时时,Sa20.05Ri+0.06(h+l/2)当当hx5Ri时时,Sa10.1(Ri+hx)地上部分:地上部分:当当hx5Ri,Sa10.4(Ri+0.1hx)Sa1Sa2地下部分:地下部分:Sel0.4Ri 电阻压降击穿场强电阻压降击穿场强ER=500kV/m电感压降的空气击穿场强电感压降的空气击穿场强新标准中新标准中Sa1
12、计算公式的推导:计算公式的推导:取取L0=1.5H/m,第一第一类类防雷建筑,首次雷防雷建筑,首次雷击击I=200kA,10/350 sEL=600(1+1/10)=660kV/m后后续续雷雷击击I=50kA,0.25/100 sEL=600(1+1/0.25)=3000kV/m新标准中新标准中Sa2计算公式的推导:计算公式的推导:L 0 1=1.6 9 H/mL 0 2=1.8 9 H/m暂态高电位传递暂态高电位传递(6)接触电压与跨步电压接触电压与跨步电压4.5.6 在建筑物外引下线附近保护人身安全而要防接触电在建筑物外引下线附近保护人身安全而要防接触电压和跨步电压的措施是:压和跨步电压的
13、措施是:1 防接触电压应符合下列规定之一:防接触电压应符合下列规定之一:1)利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于1 0 根根柱子组成的自然引下线,这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。柱子组成的自然引下线,这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。2)引下线引下线3 m 范围内土壤地表层的电阻率不小于范围内土壤地表层的电阻率不小于50k.m。注:例如,采用注:例如,采用5 c m 5 c m 厚沥青层或厚沥青层或1 5 c m 1 5 c m 厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本
14、 要要 求求。3)外露引下线,外露引下线,其距地面其距地面2.7 m 以下的导体用耐以下的导体用耐1.2/50s冲击电压冲击电压100kV的绝缘的绝缘层隔离,例如用至少层隔离,例如用至少3mm厚的交联聚乙烯层。厚的交联聚乙烯层。4)用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。2 防跨步电压应符合下列规定之一:防跨步电压应符合下列规定之一:1)利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱根柱子组成的自然引下线,这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。子组成的自
15、然引下线,这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。2)引下线引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于范围内土壤地表层的电阻率不小于50k.m。注:例如注:例如,采用采用5cm5cm厚沥青层或厚沥青层或15cm15cm厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求。3)用网状接地装置对地面作均衡电位处理。用网状接地装置对地面作均衡电位处理。4)用护栏、警告牌使进入距引下线用护栏、警告牌使进入距引下线3m范围内地面的可能性减范围内地面的可能性减小到最低限度。小到最低限度。涉及新标准条款:;涉及新标准条款:;5.25.3;附录;附录D一、接闪器一、接闪器1.避雷针与避雷线
16、避雷针与避雷线(1)引雷机制引雷机制IV.外部防雷系统外部防雷系统(2)保护范围保护范围(3)针体的改进针体的改进平头平头钝头钝头圆头圆头尖头尖头距针中心轴距离距针中心轴距离针针头头附附近近场场强强钝头针钝头针尖头针尖头针头部扩展针头部扩展针O(4)避雷线保护角避雷线保护角2.避雷带与避雷网避雷带与避雷网(1)避雷带避雷带10m2.避雷网避雷网建筑物防雷等建筑物防雷等级级网格尺寸网格尺寸(m)第一类第一类 5 5 或或 6 4第二第二类类1010或或128第三第三类类2020或或2416明明设设暗暗设设3.滚球法滚球法(1)确定建筑物上直接确定建筑物上直接雷击部位雷击部位建筑物防雷建筑物防雷类
17、别类别滚滚球半径球半径(m)第一第一类类防雷防雷建筑物建筑物30第二第二类类防雷防雷建筑物建筑物45第三第三类类防雷防雷建筑物建筑物60r r r r r r(2)侧击防护侧击防护和和规规定定:高高 于于 6 0 m 的的建建筑筑物物,其其上上部部占占高高度度20%并超并超过过6 0 m 的部位的部位 应应 防防侧击侧击(3)滚球修正滚球修正(4)避雷网格渗透深度避雷网格渗透深度防防护护等等级级滚滚球半径球半径(m)网格尺寸网格尺寸(mm)I2055II301010III451515IV602020防防护护等等级级滚滚球半径球半径(m)网格尺寸网格尺寸(mm)I30 5 5 或或 6 4II4
18、5 1 0 1 0 或或 1 2 8III60 2 0 2 0 或或 2 4 1 6IEC 标准标准GB 50057-2010标准标准防防护护等等级级网格宽度网格宽度w(m)滚滚球半径球半径r(m)滚滚球球进进入网格的入网格的最大深度最大深度p(cm)(I)(I)52016I I53010.4IIII104528IIIIII206084V.电子信息系统防雷电子信息系统防雷一、一、主要保护器件主要保护器件二极放电管二极放电管 三极放电管三极放电管1.气体放电管气体放电管涉及新标准条款:;涉及新标准条款:;附录附录J实际器件实际器件伏伏安特性安特性UIABCDEF响应时间微秒响应时间微秒(s)级;
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