新校区综合教学楼防雷接地系统设计.doc

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1、新校区综合教新校区综合教 学楼防雷接地系统设计学楼防雷接地系统设计 新校区综合教学楼防雷接地系统设计新校区综合教学楼防雷接地系统设计 摘要：防雷问题一直是世界各国关注的课题。雷击不但直接造成对地面目标物的 破坏，而且雷电放电产生的电磁场也会对电气设备，特别是建筑物内部的弱电设备 构成威胁。防雷需要通过进一步的调查研究和观测来弄清其特点、找出问题所在， 制定有针对性的防雷措施。 本文对新校区综合教学楼防雷接地系统进行了总体设计，介绍了防雷接地系统 的方案设计和选择，对直击雷采取的是避雷带和避雷网相结合的保护方式。 本文介绍了外部防雷接地系统和内部防雷接地系统两大部分。外部防雷保护接 闪器、引下线

2、和接地装置三部分，即通过外部防雷装置吸引雷电并尽快将雷电流引 入地中安全泄放。内部防雷主要包括等电位连接、安装SPD浪涌保护器及综合布线 等部分，也就是通过这几部分防止雷电和其他形式的过电压侵入设备中造成的毁坏， 这是外部防雷系统所无法保证的。 将该工程应用到实践中去，综合教学楼内的各项设备在雷雨天气都能够安全正 常的运行，可圆满地完成毕业设计任务书中的要求。 关键字: 防雷；教学楼；系统 Grounding For Lightening System Design Of New Campus comprehensive Teaching Building Abstract: Lightnin

3、g Protection problem has been a major concern in the world. Lightning stroke not only directly destroys the grounding objectives but the Produced electromagnetic field will threaten the electrical equipment especially the electronic equipment by coupling. Lightening protection technology is necessar

4、y to investigate the features and laws of lightning stroke so as the corresponding measures can be taken to protect the building and electronic devices in it. The lightening protection of new campus teaching building is designed in this paper. The design and selection of lightning protection and gro

5、unding system are introduced, use the combination of lightening protection zone and lightning network to protect the teaching building. The article describes the external lightning protection system and internal lightning protection system.The external lightning protection system include flash-groun

6、ding device,deflectors and grounding. Namely, by using an external lightning protection device to attract lightning, the lighting current is introduced to the ground. The internal lightning protection system include equipotential bonding, common earthing system, surge protective device. The parts pr

7、event lightning and other forms of over-voltage damage, which the external lightning protection system can not be guaranteed. Put it into practice ,the teaching building can used as normal when the weather is bad. This system can meet the requirement of design task book perfectly. Key Words: lighten

8、ing ; teaching building; system 目目 录录 1. 概 述1 1.1 课题来源及基本技术要求.2 1.1.1 课题来源.2 1.1.2 基本技术要求.2 1.2 主要设计内容及设计思路.2 1.2.1 主要设计内容.2 1.2.2 设计思路.2 1.3 预期成果及其意义.3 2. 新校区综合教学楼防雷接地系统方案的设计论证与选择3 2.1 综合教学楼防雷接地系统总体设计 .3 2.2 方案设计.4 2.3 方案论证 .7 3.新校区综合教学楼外部防雷接地系统设计8 3.1 接闪器 .8 3.2 引下线 .9 3.3 接地装置设计 .10 3.3.1 接地电阻的计算

9、.11 4新校区综合教学楼内部防雷接地系统及其设计.12 4.1 分区、分级的 SPD 防护13 4.1.1 导线截面的选择.16 4.2 等电位连接和共用接地系统 .17 4.2.1 等电位连接技术.17 4.2.2 共用接地技术.19 4.3 电子计算机机房及计算机网络的防雷接地保护 .22 4.3.1 电子计算机机房的雷电保护.22 4.3.2 传输网络的雷电防护.23 4.4 天馈线路的防雷与接地 .24 4.5 综合布线系统 .25 5. 工程概况及安装说明26 5.1 工程概况.26 5.2 具体安装.27 6. 结束语32 参考文献.33 致 谢.34 附 录.35 附录 1 防

10、雷系统设备清单 .36 附录 2 综合教学楼防雷接地系统结构图 .36 附录 3 综合教学楼一层平面布置图 .36 附录 4 综合教学楼防雷接地系统垂直布置图 .36 1 新校区综合教学楼防雷接地系统设计新校区综合教学楼防雷接地系统设计 1. 概概 述述 雷电灾害是全球公认的十大最严重的十种自然灾害之一。随着经济的快速发展， 高层建筑不断增多，雷击灾害的频率和危害越来越大。尤其是进入信息时代，计算 机等现代化设备普及应用于各行各业，由于雷电感应、雷电波入侵产生的浪涌过电 压，经常导致电子设备工作不稳定、信息资源丢失，甚至造成设备损坏、人员伤亡。 金融、证券、气象、通讯、公安、国防、电力、交通等

11、部门出现信息资源丢失将造 成不可弥补的损失。据不完全统计，我国每年应雷击造成的人员伤亡 3000-4000 人， 财产损失近 100 亿人民币。导致火灾、爆炸、信息系统中断、信息资源丢失等事故 频繁发生。 据调查，江苏省作为多雷发区，雷击灾害比较频繁地区，全省每年遭雷击死亡 数十人，伤几百人，仅江苏省每年因雷击造成直接经济损失达上亿元，多数是电子 设备，世界每年的雷害损失数百亿美元。统计资料显示 80%以上是感应雷击，因此， 对雷电的防护，尤其是感应雷击的防护，已成为各行业关注和防范的重点。 建筑物受雷击大都有一个新特点，就是与科学技术的大发展密切相关，一种是 由于高大的建筑物或构筑物的兴起，

12、如微波站天线塔、高大的消雷器铁塔都会吸引 落雷而使本身所在建筑及附近建筑遭到祸害。另一种是增设的种种架空长导线引雷 入室使避雷装置失去作用。而灾害的对象也发生转移，主要不是建筑物本身的损失， 而是室内的电器、电子设备被毁，甚至祸及人身。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。雷电的危害如图 1-1 所示。 2 图 1-1 雷电的危害 从上面的叙述可以看出，防雷工作是十分必要的，各行各业有关部门均应给予 重视。尤其是电气设计人员，在进行建筑物的防雷设计时，一定要严格按照我国 建筑物防雷设计规范 （GB5005794 2000）强制性国家标准来进行设计。 本

13、文从雷电对建筑物产生危害入手，针对雷电的危害对综合教学楼进行防雷接 地系统的设计外部防雷和内部防雷，最后对工程施工和安装作了一定的说明。 1.1 课题来源及基本技术要求 1.1.11.1.1 课题来源课题来源 本课题为针对盐城工学院新校区综合教学楼防雷接地系统的电气设计。主要为 结合生产实际和工程建设方面的毕业设计。主要设计内容有：强电设备防雷接地系 统设计、弱电设备的防雷接地系统设计等。该课题是指导老师应邀对该设计工程进 行技术指导和技术把关的技术合作项目，因此，该课题无论是从理论上，还是从实 践上都是可行的。 1.1.21.1.2 基本技术要求基本技术要求 (1)低压侧电压等级：380V/

14、220V； (2)低下变配电所高压侧电压等级：10KV； (3)BAS 系统采用 HONEYWELL/EXCEL5000 系统。 1.2 主要设计内容及设计思路 1.2.11.2.1 主要设计内容主要设计内容 (1)防雷接地系统方案设计； (2)防雷接地装置设计； (3)防雷接地系统浪涌保护器的选择。 1.2.21.2.2 设计思路设计思路 首先建立综合教学楼的结构模型，根据其构造，设计了三种方案，对每个方案 进行分析论证，然后确定应该采取的最终方案。 紧接着对综合教学楼防雷接地系统进行设计与计算，综合楼的防雷无外乎两方 面，一方面是直击雷的保护，另一个就是弱电的保护。综合防雷先是直击雷的防护

15、， 楼体的天面（就是楼顶）安装避雷带，利用引下线接地，接地极利用楼体自身的主 体钢筋，这就是外部防雷。然后就是内部防雷，就是对教学楼内所有的弱电系统的 防护，考虑到大部分的进户线都是光缆，在进户的时候，要将光缆的金属外皮接地， 并穿上钢管防止时间久了墙体将电缆外皮损坏（时间久了会磨损光缆） 。对是非光 缆的金属线进入屋内的要将这条线穿钢管（并两端接地，最好是全线穿钢管如果很 难做到） ，至少要穿 20 米，这就相当于对进户线屏蔽，也就是防止雷电波侵入。内 部的防雷还包括感应雷这部分，对于感应雷的防护就要装防雷产品了，就是所谓的 防雷器，即 SPD。 最后依据防雷技术在实际防雷工程中的应用，对其

16、进行工程概况及施工说明， 3 从而做到综合教学楼的防雷工程对雷电的防护具有针对性，可行性及经济合理性。 1.3 预期成果及其意义 将该项工程应用到实践中去，综合教学楼的电子设备、通讯设备都不会受到雷 击，在雷雨天气，各项设备都能够正常运行。 研究雷电产生的原因，分析和明确雷电危害的途径，研究综合教学楼防雷接地 系统的设计，找到其对应的解决措施。这无论从学术研究角度出发，还是工程应用 方面都有重大的现实意义，对提高建筑物的雷电防护技术水平意义十分重大。 2. 新校区综合教学楼防雷接地系统方案的设计论证与选择新校区综合教学楼防雷接地系统方案的设计论证与选择 2.1 综合教学楼防雷接地系统总体设计

17、实现雷电防护的基本途径是提供一个使雷电（包括雷电电磁脉冲）对地泄放的 合理途径，而不是任其随机的选择放电通道。其含义是控制雷击能量的泄放与转换。 从技术角度讲，雷电防护不仅要考虑防直击雷，还要考虑成灾率更大，造成间接损 失更大的雷电电磁脉冲的防护。 建筑物的防雷保护分为外部防雷保护(建筑物或设施的直击雷防护)和内部防雷 保护(雷电电磁脉冲的防护)两部分。外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接 雷击引起火灾事故及人身安全事故。而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感 应过电压以及地电位反击电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。 雷电防护是一个全方位的工程，具体的系统防护参见图 2

18、-1。 综合防雷接地系统 外部防雷系统内部防雷系统 接 闪 器 引 下 线 接 地 装 置 共用接 地系统 等 电 位 连 接 合 理 布 线 安 装 浪 涌 保 护 器 4 图 2-1 系统防护图 2.2 方案设计 新校区综合教学楼位于黄海之滨的盐城，地处北亚热带向暖温带气候过渡的地 带，具有过渡性特征。土层内普遍含有可溶盐内，盐分活动范围大。成土年限短， 剖面发育差，无明显的发生学层次，母质的特征明显。地下水位较高，而矿化度大， 其矿化程度及化学性质与土壤盐分完全相应。土壤质地偏粗，以砂壤土为主，通气 性、透水性良好，且土质疏松。年内灾害性天气多，龙卷风、大风、暴雨、强雷暴 等灾害性天气频

19、繁出现，因此建筑物采取防雷接地十分必要。综合教学楼地处盐城， 属于多雷雨天气，且又是重要的教学场所，人员密集度大。一旦发生雷害，将造成 重大损失，经综合考虑之后，将综合教学楼的防雷等级设定为二级。 图 2-2 给出了我校综合教学楼的布局，教学楼分为 A、B、C、D 四栋。东西长 为 160m，南北宽为 56m，在教学楼的中间有一个大花园，四栋教学楼几乎相互对 称。其中单个楼长 70m，宽为 18m。两栋教学楼之间留有 20m 的走道，方便学生的 出入。 教学楼 A教学楼 B 教学楼 D教学楼 C 花园 阶梯教室报告 厅 70m70m 18 m 20m 图 2-2 综合教学楼的布局 针对教学楼这

20、一布局，现提出三种防雷保护方案，下面将对这三种方案分别进 行论述。 方案一：选用多根避雷针保护 在 A、B、C、D 每座楼上都安装一根避雷针，如图 2-3 所示。以其中的 C 楼为 例，对其进行分析和计算。 5 o r 18m 70m h m 9m 36.1m 图 2-3 多根避雷针设计方案 单根避雷针在地面上的保护半径，可按下式计算： (2-1)(2) or rhhh 为避雷针在地面上的保护半径； o r 为滚球半径，由综合教学楼属于二类保护建筑物，可通过表 2-1 查出， r h r h =45m； r h 为避雷针高度。h 表 2-1 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸 建筑物防

21、雷类别滚球半径 hr(m)避雷网网格尺寸 第一类防雷建筑物3055 或64 第二类防雷建筑物451010 或128 第三类防雷建筑物602020 或2416 ，即， 22 36.1 o rh 22 36.1(90)hhh 整理后得， 22 29036.10hh 2 81004*2*36.12325.680 通过计算可知，方程无解。 方案二：选用一根避雷针 由于考虑到教学楼的 A、B、C、D 楼是对称的建筑，而且是相距较近的建筑物， 因此考虑到它们之间能否共用接地体，以及能否创造一个将来综合共用接地创造等 电位连接的条件。于是考虑在 4 栋楼的中心点安装一支避雷针，来对 4 栋楼进行保 护。下面

22、通过计算对这一方案进行说明。综合教学楼采用一根避雷针进行保护，如 6 图 2-4 所示。 160m 20m 82.5m h m 避雷针的 高度 图 2-4 综合教学楼采用一根避雷针保护 通过查表可知，= 45m， r h 根据式 2-1 可列出如下方程：， 22 82.5 o rh ，可得：， 22 82.5(90)hhh 22 29082.50hh ， 2 81004 2 82.5463500 通过计算，方程无解。 方案三：避雷带和避雷网结合 在各建筑物的屋顶上分别采用明装避雷网、暗装避雷网和四周避雷带相结合的 方式，接闪装置应与引下线和接地装置连成一体；以基础内的钢筋用作接地装置。 将天平

23、面所有的金属物体以短、直的方式用圆钢或者扁钢利用焊接的方式分别与避 雷带相连接达到等电位，防止雷击后造成电位差而发生反击，这就是所谓的等电位 连接）或者用笼式避雷网的好处是建筑物的金属结构物遍及各处，不用很多钢材就 可很容易连接起来形成法拉第笼，从而建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽 做得好，不仅能防御空间电磁波的辐射，而且还可使建筑物内部的分流和均压达到 最佳效果。图 2-5 和图 2-6 分别给出了教学楼采用避雷网防雷的方案图和教学楼的 俯瞰图。 7 避雷网 图 2-5 采用避雷网防雷的方案图 长 70m 宽 18m 教学楼俯视图 图 2-6 教学楼的俯瞰图 2.3 方案论证 方案一和

24、方案二选用的是避雷针，避雷针竖得越高，虽然保护范围有所增大 （不成正比例） ，但施工的难度也因此增大，风压对针的稳定度的影响也大大增加， 况且，避雷针太高又会影响建筑物的外观，并会在建筑物上出现不受保护的盲区。 从建筑物防雷设计规范(GB5005794)中我们知道，避雷针的高度到了大于 8 “滚球半径”两倍时，再将针加高，在理论上和实践上都是不可行的，它必须增加 防止雷电侧击(或绕击)的措施。同时，如果建筑物屋面的结构是复杂的(现代建筑物 为了造型美观的需要，往往是相当复杂的)，这会给避雷针的设计和施工带来很多困 难，甚至变成“群针林立”的局面，这在经济上也是不合算的。 而方案三中的避雷带与建

25、筑物的外观造型比较协调，特别是屋面结构比较复杂 的建筑物更显出它的优势，无论设计与施工都比较方便。从经济角度讲，也是比较 合算的。避雷带和避雷网 可以与综合教学楼 楼顶的装饰结合起来，可以与 综合 教学楼的外形较好的配合， 既美观防雷效果又好， 对于综合教学楼这种 大面积 的建筑物，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。因此经过综合考 虑，应该选择方案三。 3.新校区综合教学楼外部防雷接地系统设计新校区综合教学楼外部防雷接地系统设计 外部防雷就是应用外部防雷装置（接闪器、引下线、接地装置或兼而有之的 法拉第笼）吸引雷电并尽快和畅通无阻的将雷电流引入地中安全泄放。外部防 雷装置导体的布置对

26、防雷装置的设计具有重大的意义，外部防雷主要是指防止建筑 物或设施（含室外独立电子设备）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。下面分别阐述它们的类别和具体设计。 3.1 接闪器 接闪器是专门直接接受雷击的金属导体，是避雷针、避雷带(线)、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(线)、避雷网等几种。 （1）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。 考虑到实际情

27、况以及教学楼的机房屋面己无需保护其它设备，屋面接闪器己采 用明装避雷网、暗装避雷网和四周避雷带相结合的方式，通讯天线安装在屋面自身 就可以作为避雷针，无须再加避雷针进行防护。 （2）避雷带(线) 20 世纪初，在电力系统中，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方 架设平行的钢线避雷的方法。这种架设在输电线路上方的钢线，称之为避雷线。后 来在房屋建筑上也推广了这种形式，开始布设在方脊、屋角、房檐等处布设雷电保 护，现在这种方法已经被避雷带所替代。 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，我 校教学楼属于二类防雷保护建筑物，采用 4*40 的镀锌扁钢制作避雷

28、带。 （3）避雷网 9 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。根据综合教学楼建筑的结构， 钢筋距面层只有 6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但教学楼的防水层和隔热层 较厚，钢筋距面层厚度大于 20cm，我们决定采用安装辅助避雷网。辅助避雷网一 般可用直径为 6mm 或以上的镀锌圆钢，鉴于我校是高等教育场所，防护等级要较 高，避雷网采用 10mm*10mm 的圆钢制成。 3.2 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

29、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。 在选择引下线的数量及位置时，应考虑这样的事实，即如果雷电流在若干条引 下线中分流，则旁侧闪击的风险及建筑物内电磁干扰的风险也减小。因此，引下线 应尽可能沿建筑物周边均匀设置，并具对称的几何结构。通过增加引下线的数量可 改善雷电流的分流状况，而且多个等电位互连导电环路也能改善分流状况。 引下线的设计应注意的是

30、：引下线必须尽可能短(使其寄生电感尽可能小)；引 下线之间的平均距离如表 3-1 所示；引下线及等电位互连环路的几何结构对安全距 离值有影响(分流系数的影响)；对悬臂式建筑物，也应就对人的旁侧闪络风险来估 算安全距离。 表 3-1 引下线的设计要求 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 (JGJ/T16-92) 12 (GBJ45-90-92) 13沈培坤，刘顺喜.防雷与接地装置M.北京：化学工业出版社，2006.6 14王晓春.高校计算机网络防雷电系统设计与实施D.合肥工业大学硕士学位论文.合肥：合肥 工业大学，2009:1-58 15邱毓昌，施围，张文元.高电压工程，西

31、安:西安交通大学出版社，1995: 130-157 16张小青，丘鹰电子设备电源的防雷保护装置电子技术应用，1998.11 17防雷z. http:/ 18 梁小冰.直击雷对变电站控制室内弱电设备的影响.电网技术，1999，23(3) 19陈俊武，林福昌，姚宗干.雷击时建筑物内电缆的共模干扰J.高电压技术， 1999， 20张小青，建筑物内电子设备的防雷保护M.电子工业出版社，2000 21袁敏，电磁屏蔽技术研究J.电子机械工程:电磁兼容性，第六期 22周德吉，罗茂兴防雷接地电阻测量误差分析，广西气象，2003.02 23鲁志伟孟奇王印宏接地电阻测量中的修正系数法，东北电力技术，1997，10

32、 34 致致 谢谢 通过近四年的学习，本人在盐城工学院各位老师的谆谆教诲下，学到了许多有 用的电气及其自动化方面的知识，结合本人的自学，确实收益匪浅，使我拓宽了视 野，增长了才干，提高了能力。在此，向四年来教导过我的老师表示崇高的敬意。 在论文撰写过程中，胡国文教授从开题报告、论文提纲、论文修改等方面给了 我很多的指导，提出了许多宝贵的意见，使我如期完成了论文写作任务。导师渊博 的学识，严谨的治学态度，豁达宽厚的为人，言传身教，将使我受益终生，在此向 胡院长致以最崇高的敬意和由衷的感谢。 感谢在学习上给予我大力支持与无私帮助的同学。十分荣幸我们有一个融洽的 集体，感谢电气学院 2006 届 B

33、 电气 061 班的全体同学的帮助和勉励，同窗之谊和 手足之情，我将终生难忘！ 最后我还要感谢养育我多年的父母，正是他们在物质和精神上的支持和帮助， 我得以顺利完成学业。谢谢你们！ 在今后的学习和工作中，我将加倍努力，以优异的成绩来报答所有关心我的人。 35 附附 录录 附录 1 防雷系统设备清单 附录 2 综合教学楼防雷接地系统结构图 附录 3 综合教学楼一层平面布置图 附录 4 综合教学楼防雷接地系统垂直布置图 36 附录 1 防雷系统设备清单 序号名称型号单位 1总电源避雷器（箱体式）MCD50-B/3+MCD125-B/NPE台 2分电源避雷器V25-B/3+NPE台 3分电源避雷器V25-C/3+NPE只 4天馈信号避雷器LAT1760支 5信号避雷器LAXCH-17T套 6铜排TMY4mm40mm米 7镀锌扁钢4mm2米 8多股铜芯绝缘护套电缆50 mm2米 9多股铜芯绝缘护套电缆35mm2米 10铜芯绝缘护套电缆6 mm2米 11多股铜芯绝缘护套电缆16 mm2米 附录 2 综合教学楼防雷接地系统结构图 附录 3 综合教学楼一层平面布置图 附录 4 综合教学楼防雷接地系统垂直布置图