某建筑物的防雷保护设计.doc

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1、湖南工业大学本科毕业设计（论文） 摘要闪电是可视化的自然界中的静电放电现象，一般在云与云之间，或是云与地球之间发生。房屋被雷电直接击中可以引起这些伤害：机械损伤对建筑体的损坏，由雷电释放的巨大能量产生的；雷电导致火灾或者爆炸，雷电产生的电火花是火灾和爆炸的导火索；内部人身的伤害，主要因跨步电压导致人触电；除了感应电压之外感应电流，也是导致故障的因素，会损坏电子信息系统中的重要设备。本设计以相关国家规范为实施原则，通过学习防雷知识，经过相关资料的整理之后，完成了本保护工程的接地防雷工作的设计。 关键词：建筑防雷，等电位连接，接地电阻，滚球法，接闪器I湖南工业大学本科毕业设计（论文）ABSTRAC

2、TLightning is the visual nature of electrostatic discharge phenomena, generally between the cloud and the cloud or between the cloud and the earth. Houses were directly hit by lightning can cause these injuries: damage to mechanical damage to the building body, releasing tremendous energy generated

3、by lightning; lightning cause a fire or explosion, lightning spark is generated by the fire and explosion fuse; internal personal damage, mainly due to the step voltage cause electrocution; addition to the induced voltage induced current, but also the factors leading to failure, will damage the elec

4、tronic information system is an important device. The design principles for the implementation of the relevant national norms, knowledge by learning lightning after finishing the relevant information to complete the design of the grounding lightning protection engineering work.Keywords: Mine constru

5、ction, and other potential connections, grounding resistance, ball method, air terminalsIII目 录摘要IABSTRACTII第1章 防雷概述11.1建筑防雷的发展11.2 雷电的危害1第2章 雷电灾害风险评估32.1设计对象的现状32.2防雷等级的确定32.2.1 建筑物防雷等级32.2.2电子信息系统的防雷等级42.2.3 雷电灾害风险评估5第3章 防雷设计83.1防雷接地装置布局83.1.1接地体的分类83.1.2 接地体的计算93.1.3 影响接地体的因素113.1.4 接地方案的选择123.2 建

6、筑物内部防雷设计153.3 建筑物外部接闪器的设计163.3.1单根避雷针173.3.2对称分布的四根等长度的避雷针的设计方案173.3.3两种设计方案的比较18结 论19参考文献20致 谢21附录1 建筑物的防雷布局图22湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 防雷概述1.1建筑防雷的发展雷电现象是电荷在雷云层与雷云层之间，或者是雷云层与地面之间，释放电荷的过程引起的，在释放过程中，不仅会产生强烈的雷电电流，可达几十到几十万安培的电流。在雷电形成的同时还会伴随感应雷，所谓“感应”，就是就雷电电磁场的作用下使物体带上电荷，从而造成设备的故障或毁坏。我国古代人民在很早以前对雷电就有了初步的认识，

7、出土的3500年前的商代的甲骨文中有“雷”这个字，略晚的西周青铜器上的铭文就有“电”字，就是指的闪电。最早见诸文字对雷电作科学观察的当推东汉哲学家王充（27-约97）他在论衡就有记载。所以中国人很早就产生了建筑物避雷的思想。我国的古代建筑，例如山西省应县67米高的古木塔，距今一千年的历史，没有被雷电毁坏。假如没有防雷措施，是不可能保留到今日的，足以证明古人的智慧。现代防雷技术从美国科学家富兰克林发明避雷针，开始到现在已有两百多年的历史，可以有效的防止直击雷对建筑物造成的损害。但是由于对雷电科学的研究还很不是很深入，防雷的技术也不完善，而电磁环境愈来愈变得繁杂。目前的防雷保护工程进入了一个崭新的

8、时代，在分析雷电的各种物理特性之后，再来实施一个立体空间的全保护，防雷变成了一个系统的工程。1.2 雷电的危害 我国的雷电灾害是非常频繁的，雷电灾害给每年都给我国造成极为严重的经济和人员伤害损失。据统计我国有二十多个省，50天以上有雷暴，雷电给城市高层建筑带来极大的威胁。据统计，仅在湖南省，2001年至2005年这四年间，全省共发生六千多起雷电灾害事件,几百人员伤亡，十五亿人民币直接经济损失。这样的损失是“令人痛心”的。高频电子技术的发展迅速，高速电子设备正在朝着小型化、移动、网络化和智能化方向发展。雷电产生的电磁干扰脉冲的破坏性，暴露出我们保护措施的缺失，这些干扰脉冲具有强大破坏性强的特点，

9、特别是对这些敏感设备的影响日益突出。因为雷电灾害故障和意外损坏的电源系统、信息系统等日益增加，这些设施被雷击坏的概率显著上升。高度日益提升的城市建筑，也使得收发雷的概率上升。闪电带来的电磁脉冲破坏的电子设备，有时会以雷击中心向外扩散几公里，这使得电子设备损伤的机会增加。信息时代的到来，使得雷击电磁冲击防护已成为当务之急。在出现雷电之前，建筑上由于静电感应而带电，在建筑物和云间相当一个带电电容，闪电形成之后，雷云与地面之间快速地电荷中和。感应电荷在地面上的一些地方产生后，由于中间具有较大的电阻，不是在很小的一个周期时间内消失，感应电压在某个区域形成几万至几十万伏特的高电压，接地不良的电气系统会被

10、破坏。因为雷电波形峰值和变化率极高，在围绕着闪电四周形成强有力变化的电磁场。让导体中产生感应电压，它还可通过导线传播的更远，有可能对远处的电气设备进行破坏。接地系统的某一部分有雷电流流过的时候，会造成潜在的电位不均衡，这种不平衡的对地电位，会造成对其他设备的损坏。现代社会对电力网络和信息互联的依赖度越来越高，雷电击中这些线路的时候，不仅会损毁信息传输系统和电力传输系统，还会沿着这些线路传播到更远的地方。在很多农村地区，一个雷劈下来，可能就会造成整个村镇大面积的电器损坏。7第2章 雷电灾害风险评估2.1设计对象的现状 此次设计是对一幢小楼的防雷改造工程，该建筑位于新化县西河镇，总共有四层，一楼是

11、信用社的营业厅，信用社的存贷款手续均在这了，二楼为办公室，三楼和四楼为住房。由于建设时间较早，这栋办公楼没有根据需要设计相应的防护措施。随着当地的经济发展和这些年来业务的扩展，加上电子设备的普遍使用。雷电灾害对银行内部的信息设备的威胁日益增加。雷电是在自然界之中形成的强大脉冲放电过程，瞬间的放电会产生很多物理损害效应，比如光、电、热、机械等损伤，在雷击释放的这个过程中，除了直击雷对建筑本身的破坏之外，雷电产生的瞬间高压电流会使周围的环境产生强大的电场效应和磁场效应，统称电磁效应，电磁效应在空间中传播，会对微电子集成电路产生破坏作用，这也是也是雷电对信息系统破坏的最主要途径之一。随着乡镇经济水平

12、的发展，各种业务日益增加，以及农村城镇化建设，许多场所的无线设备、特别是集成芯片的电子设备的运用增多，雷电所引起的灾害事件也愈发也的频繁发生。西河镇农村信用社是西河镇的核心金融机构，服务周边7万多人口，银行内部的计算机设备、网络终端、监控设备、报警设备、都是耐过电压值比较低相对易发生雷电次生灾害的具有经济价值的设备。为了保证银行在雷雨天气，内部信息化设备的正常运行和内部财产安全，需对信用社办公大楼进行防雷保护措施的设计。本设计由以下几个方面构成，建筑物的现场评估、建筑物的外部防雷设计、低压电气系统、信息管理系统、以及建筑物内部的其他电器的设的防雷措施。由于建筑本身时间较早，该建筑在建设时没有设

13、计图纸，所以针对该建筑的防雷设计均要实地考察，并且设计方案要经济可行。并且要根据被保护建筑的特点、严格按照相关标准，从全局出发，由面到点，全面统筹兼顾，按照安全第一、防与治相结合为原则，保证设计的可靠性和简单经济的原则。2.2防雷等级的确定2.2.1 建筑物防雷等级根据新化县气象部门的进30年资料，新化县每年的雷暴日为55.3天，雷暴的灾害集中发生在夏季。该建筑物位于湖南省新化县西河镇，是一栋框架结构的普通建筑，高12米长14.4米宽12米。 （1）根据公式计算出直接被雷击的次数1。 （2.1）式中的N表示建筑物雷击次数期望值，单位（次/年）。K是校正系数，在一般通常情况下取1；位于开阔地带的

14、孤立建筑取2；具有金属屋顶结构的砖木结构建筑物取1.7；位于河谷地带、地下水露头处、湖边的山坡下、山地上土壤的电阻率比较小的地方、土丘的顶部、山风的谷口，以及潮湿建筑物特别潮湿的情况下取1.5；Ng表示建筑物所在地区雷电雷击的年平均密度，次/（km2a）；Ae表示与建筑物遭受相同雷击次数的等效面积，单位（km2）。（2）雷击密度的计算公式： （2.2）式子中Td表示年平均雷暴日数，查询新化县气象资料得知平均雷暴日数为53.3天，算得Ng为17.5次/（km2a）。（3）接收雷电面积计算：当建筑物高度H小于100米： （2.3）H、L、W分别为高、长、宽。 计算得出=0.001（km2）。（4）

15、将上述求得的数值相乘之后，计算得到年预计雷击次数0.175（次/年）。根据最新的国标确定新化县西河镇信用社大楼为第三类防雷建筑。2.2.2电子信息系统的防雷等级通过实际测量得到，接入新化县西河镇农村信用社大楼的架空电缆和信号线缆长度分别为40米、60米。电子信息系统的雷电防护等级的计算：在前面我们已经计算得出直接雷击数学期望值为0.175次/年。入户设施预计遭雷击的数学期望值N2通过公式2.4可以进行计算2 （2.4）表示的意义和以及有效面积记入的办法由表2.1给出。 表2.1 入户设施接收面积序号线路类型有效接收面积1低压架空电缆2000L10-62低压入地电缆2L10-63架空信号线200

16、0L10-64埋地信号线2L10-65光纤0按照表格1.1的数据计算得到，为0.08 0.12从而计算得出入户设备年预计雷击次数为3.5次每年。那么总的被雷击的数学期望值是N1加N2之和，结果等于 3.675次每年。理论上建筑物可承受的年最大雷击次数2，其计算公式如下 （2.6） （2.7）C1：建筑材料结构因子；因为建筑结构材料的主体结构为钢筋混凝土应，1.0C2：信息系统的重要程度；参照国家信息系统防护等级要求为D级，所以取1.0C3：电子系统抵抗过电压能力因子，银行的电子系统主要由网络设备，监视设备，和计算机组成，抗过压等级较弱，所以取1.0C4：电子信息系统所在的雷电防护区因子，因为在

17、PLZ1区内，所以取1.0C5：电子信息系统发生故障后果因子，信息系统业务原则上不允许中断，但是中断不会产生严重后果，所以取1.0C6：区域雷暴等级因子，湖南省新化县西河镇所处地域为多雷区，取0.8通过公式2.7求得C为5.8，然后将C值代入公式2.6等到为0.10次每年。然后我们进行电子系统雷电防护效率的计算。首先N大于所以应采取防雷措施，再通过公式2.8计算防雷装置防雷效率E。 （2.8）算得E的值为0.973。E的值在0.90到0.98之间，所以确定为B级。2.2.3 雷电灾害风险评估建筑物因雷电所产生的各项损失分量可以按照公式2.9计算 （2.9） （2.10）表示风险分量，表示预计雷

18、击次数，表示每次雷击损失概率，雷击损失概率。人员伤亡损害总风险。 （2.11）经济价值损害总风险 （2.12）可按照雷击建筑的概率公式进行计算，和的参数由表2.2给出为雷击时，建筑物三米以内的人员伤亡。为雷击时引起爆炸和火灾的伤害，这种伤害也可能造成人员伤害。为雷击时，由耦合产生的过电压引起的装置的失效导致的人员伤亡。为雷击电磁脉冲感应过电压引起内部电气和电子装置的失效，这种损伤还可能导致的人员伤亡。为侵入金属线路,接触电压过高导致的生命安全损害的风险。为雷电波侵入建筑入户金属线路时,导致的物质损害，该种损害还可能造成人员伤亡损害。表2.2 建筑物特性数据参数（符号）量值注释大小L W H空间

19、尺寸场地因素0.25周围有较矮建筑物LPS 0.05级LPS，基础接地砖混结构建筑物边界屏蔽1无建筑物内部屏蔽1无雷击密度17.51/km2.年地表混凝土、草坪等防雷建筑的金属结构等电位连接接触和跨步电压损害有高、低变压器0.2有电缆场地因子0.5周围有较矮建筑物电缆环境因子0.1城区电缆屏蔽两端接地1无内部布线型式1楼宇内布线室内设备耐压1SPD保护1无地板瓷砖火灾风险0.1一般特殊损害5撤离困难防火10火灾报警系统空间屏蔽1无接触与跨步电压损害-R1有物质损害-R1有室内设备失效-R1无物质损害-R4有室内设备失效-R4有为雷电波侵入建筑入户金属线路时,引起内部装置失效，这种损害还可能导致

20、的伤亡。 为雷电闪击建筑物入户金属线路附近地面时,在入户线路上的过电压传输到建筑物内造成内部装置失效而导致的人员伤亡，主要是消防报警和控制系统失效引起人员伤害。按照上表的数据计算得到根据上面的计算结果，雷灾风险均在承受范围该建筑物按照第三类防雷建筑，电子信息系统B类的要求进行设计，其雷电灾害风险均满足要求，不需要再提高其防雷标准。湖南工业大学本科毕业设计（论文）第3章 防雷设计3.1防雷接地装置布局3.1.1接地体的分类（1）自然接地体的利用在设计之前，首先应当充分的考虑是否可以使用现成的接地体，充分的利用好天然的接地体，不仅可以节约改造投资，还可以减少安装过程中的工作量，并且符合绿色经济原理

21、，减少了自然资源的消耗。在经过实际的测量之后，检测结果可以达到设计的要求，就可以不用再增加其他的人造接地装置。可是对于这栋建筑来说，由于丢失了建筑图纸，不能知道内部的钢筋结构，另外用这栋建筑在施工的时候没有考虑的防雷的问题，所以没有预留相应的接口。所以在不破坏建筑物的主体结构，以及它的稳定性的情况下，是不能够使该建筑内部基础充当接地体的。（2）人工接地体的装设设置人工接地的方式，有垂直布局、水平布局的两种埋地方式。如3.1所示。0.5m23m60m0.5m 地面引下线引下线a)垂直埋设的管形或棒形接地体b)水平埋设的带形接地体图3.1 人工接地方式示意图经常使用的人工接地材料有长为2.50m、

22、直径为50mm的镀锌钢管，这种尺寸的钢管在应用时恰到好处。因为当钢管直径D50mm时，接地系统所使用钢材总量会明显增加，但是接地阻值只减小一点，所以这种选材是不明智的。如果使用的钢管长度L2.5m，在打入底下的过程会比较困难，而且对接地电阻减少也不显著。在设计接地装置的同时为了减少地表变化对散流电阻的影响，接地体埋入的深度，从顶端到地面的距离不小于0.5m。当土壤电阻率偏高时，例如土壤电阻率大于300欧/每米时，为降低接地装置的接地电阻，可以采取一下措施：1）运用多条支路实施防雷接地网。2）当地下深层土壤电阻率较低时，深埋入地。3）也可以对基础部分区域实施土壤的换填，把电阻值较高的土壤换成较低

23、的其他土壤比如粘土、黑土，或者可以进行土壤化学处理改变其物理性质，在基础附近填充一些化学降阻剂。当多有根接地体靠近的时候，接地电极之间产生屏蔽效应，会导致接地装置的使用效率下降。因此，两根垂直接地体的距离要大与长度的2倍，水平接地体之间的距离大于5m。在进行人工接地网的设计时，应尽量平均分布钢材，以减小雷电流流过是的所引起的跨步电压。另外为了减少房屋的接触电压，接地钢管在与房屋基础的最小距离要保持1.50m，最好取3米的距离，既方便安装又符合设计要求。3.1.2 接地体的计算工程中常常使用，埋在底下的水管，混凝桩柱内的钢筋骨架、埋入底下的电缆金属外皮，和内有绝缘导线的金属管等。自然接地装置有时

24、候有很长，在地下与泥土的接触面是较大的，所以其散流电阻很小。在有的时候，自然接地所起到的效果是人工接地体是不能比拟的，而且自然接地装置成本很低。当利用了人工接地体后，接地电阻仍然不满足要求的时候，我们就应装设人工接地体，而对没有自然接地体的场所就必须要装设人工接地体。人工接地的方式主要有两种：一种是垂直插入地底的三角槽钢、无缝钢管；第二种是水平埋设在地中的圆钢、扁钢等。自然接地体的工频接地电阻我们可以实际测量，也可以按以下公式计算近似值。（1）电缆的金属外皮的散流电阻 （3.1）式中，为沿着电缆切线方向上，每米土壤的接地电阻，其数值按照1.69计算，为土壤的电阻率；为沿着电缆直线方向每米电缆金

25、属外壳的电阻；L为埋在地下电缆长度；K为电缆外皮的对接地电阻值的影响系数。（2）埋地金属管道的散流电阻当金属管道长度L2km的时候，散流电阻我们按照式（3-1）计算；当长度L2km的时候： （3.2）式中，为土壤的电阻率；L为金属管道的长度；r为金属管道半径；h为埋入地的深度。（3）这类接地体中，其散流电阻最好是实际测量，也可以估算，基础钢筋全部焊接起来的，而构成的接地网： （3.3）式中，为散流电阻；为土壤的电阻率；a及b为建筑物的长和宽；k为系数。（4）垂直插入底下，单根电极的接地电阻计算公式如下： （3.4）式中，为砂土电阻率；为接地电极的长度；d为接地电极的直径，且远远大于d。当n根垂

26、直接地体顶端用导体连接的时候，总的接地电阻为： （3.5）上式中，为一根独立垂直接地电极的电阻；为并联的接地体根数；为利用系数。（5）水平埋入地下的接地电极的电阻计算 （3.6）式中，L为水平埋入底下的接地体的长度之和；j为接地电极水平埋入土壤中到地表的距离；d为水平埋设接地体的直径；A为水平埋设接地体的形状系数。（6）在工程设计中，人工设置的接地电极的电阻值可以用下列简化公式计算：1）单根垂直插入的管状或圆柱形状的接电极的接地电阻值（单位为）RE（1） （3.7）式中为埋设点土壤的电阻率；l为接地体的长度) 2）多根垂直接地体的接地电阻（单位为） （3.8）（RE(1)为单根接地体的接地电阻

27、；E为接地体的利用系数；n为管子数目）3）一根水平带状接地电极的接地阻值（单位为） （3.9）4）呈放射状态排列的多根水平埋入底下的接地带（n12，长度60m）的接地电阻（单位为） （3.10）5）闭合接地网（带）的接地阻值（单位为） (A表示在闭合圈之内的面积)（3.11）3.1.3 影响接地体的因素接地设备的电位Ug=IR，为此要使得接地设备和地面之间的电势差符合要求，有两个方法，第一要减小接地电阻R；第二，让流入地面的电流I减少。（1）影响土壤电阻率的因素1）砂土的含水量与电阻率的关系。沙土的含水率越大则电阻率就越小，由砂土的这一特性，在有些工程则使用地下水作为降阻措施，或设计水下的接地

28、网作为降阻的党法，在工程上这些方法都可以有效降低接地电阻。2）温度与电阻率的关系。在水由水变成凝结成冰的时候，电阻率在零度时呈现出突然的上升，但是当温度再降低时，电阻率的变化出现十分明显的增大，而土壤温服从零度上升时，电阻率的变化呈现出平稳地下降，所以，在接地装置的设计时候，要注意要在冻土层之下。3）土壤的密度与电阻率变化也有很大的影响，土壤密度越大接触电阻就会越小，所在，在接地装置铺设之后，要打实回填的土壤，这样可以使接地体与土壤接触紧密可以减小接触电阻。（2）影响接地网面积的因素接地网面积也是影响接地电阻的重要因素，但是近年以来，随着工程技术的发展，使得接地网的面积也大大的缩小了，这样可以

29、节约很多用地面积和成本。接地装置设计的要点和措施（3）接地装置的设计要点1） 虽然接地装置的电阻与接地装置与土壤的接触面积有关，减小接地阻值可以加强接闪器泄去雷电流的效果，除此之外还可以在稳定地网中间或外边增设几个与地面垂直接地极。总之就是要减小电荷流入底下的阻碍。2） 接地的网孔数目大于16个时，对接地电阻减小作用很慢，不宜采用过多的钢管。 3）当接地网的深度达到一定的时候，接地电阻减小也会比较慢，一般在0.5米一下就满足设计要求了。4）如果使用的面积较小的接地网时，可以使用跟换土壤的方法或者使用化学方法降低电阻率。对减小接触电阻有明显的效果。5）在接地网的各个拐角做成弧状，可以大范围的减小

30、接地网外缘直角处的跨步电压电势。（4）自然接地装置设计要求1）用普通硅盐水泥做成的基础，在基础四周的土壤中要求不低于4的含水量；柱子中互相捆绑的主筋总面积不低于1根10圆钢的截面积。 2）基础深度，距离地面的垂直距离不小于0.5m，并且每一根引下线连接的钢材表面积下面的公式： （3.12）3）如果建筑物的混凝土基础的旁边，没用金属与基础内部相连，在基础内部埋设钢筋用作基础接地时，其尺寸和规格要符合表3.1的要求表3.1 闭合环状接地装置的尺寸规格闭合环状基础的周长（m）热镀锌扁钢（mm）圆钢根数直径（mm）6011040至604202840m金属的表面积之和要大于1.89平方米3.1.4 接地

31、方案的选择第一个方案，考虑自然接地体的使用可利用的自然接地体有：埋在地下的金属管道，但不能使用管道中含有可燃或者有爆炸性物质的金属管；在水井内的金属管；与土壤有紧密连接的建筑物上所有金属物体。假设某根地下电缆或者地下水管的长度为40m，由公（3.9）计算RE 如果某钢筋混凝土的体积V为216 m3。根据公式（3.10）计算RE钢筋混凝土电杆的接地电阻（单位为）：1）单杆RE0.32）双杆RE0.23）带拉线的单、双杆RE0.14）拉线地盘RE0.28第二个方案，装设人工接地体在距离房屋外墙23m处，在地下插入一圈直径50mm、长2.5m的钢管，用它做垂直接地体，每间隔6m打入一根，钢管与钢管之

32、间用600404mm的热镀锌扁钢连接。这种连接结构还有其它的作用，就是在垂直接地的基础上补充水平接地，构成以垂直接地和水平接地相结合的复式接地装置。接地装置在距离建筑外墙2m处，围绕建筑物构成，一个闭合的接地装置，中间加一条均压带，垂直接地体间的距离为5m，沿闭合回路垂直打入地中，上端用扁钢焊接，扁钢埋入地面0.5m。接地装置的计算：根垂直接地体的接地电阻由计算知砂质粘土的电阻率120m根据式（3.7）得单根钢管接地电阻为RE（1）48确定接地钢管的根数，再计算屏蔽系数因闭合接地装置的周长L22+10+22+8 252m，接地体间距4.55m，故垂直接地体根数为10.411.6根实际我们的取值

33、按照10及2，根据经验 0.7。考虑屏蔽和10根并联时，垂直接地体总接地电阻6.85考虑到连接扁钢的散流作用，并按占10%接地电阻计算，接地电阻约为 0.96.850.97.61可见，设计的接地装置的接地电阻计算值7.61小于要求值10。如果在计算得到接地电阻大于要求时，我们可以用土壤电阻率较低的土壤去替换土壤电阻率较高的土壤，如用粘土或者黑土。也可以深埋垂直接地体，如果我们地下深处的土壤的电阻率较低，可以采用深埋接地体或是采用深井式接地。还可以扩大接地网的尺寸，这样可以使接地电阻减小，但是这样的话会使投资增大。在比较特殊的状况下，我们可以在土壤中添加食盐或者化学处理，这样会引起接地体的腐蚀加

34、剧。如图3.1所示。除以上方法外我们还可以采用降阻剂来降低接地电阻。所谓的“降阻剂”就是一些用来减小地面砂土的电阻率的混合物，它的有效的化学成分是其中的金属盐。在接地基础的旁边的土壤中掺入降阻剂之后，能够起到减小与接地体周围地面介质之间电阻值的效果。有机降阻剂是由主导铰链剂或固化剂两种材料组成的，使用的时候按照配比并加水混合和加热稀释后再浇敷于接地体上。膨润土和XJZ-2都是单一粉状降阻剂，使用的时候加水稀释成糊状填于接地体周围即可。1m2m3120.5m23m1扁钢；2钢管；3化学降阻剂图3.1 降阻处理图特别是对于小面积的集约型接地极类型的小型接地网络，可以明显的降低接地体的接地电阻，我国

35、常用的化学降阻剂规格、代号见表3.2。表3.2 国内常用降阻剂种类类型有机降阻剂无机降阻剂型号或牌号BXXA LRCP金陵牌膨润土MS贵阳XJZ-2电阻率m0.100.301.305.00，0.655.000.450.60第二个方案主要是利用人工接地体，利用现有的理论知识，设计出稳定的符合规定的接地装置，利用人工接地体进行设计的方案可靠性高。在这里我们所设计的是利用复合接地网来实现装置的设计。此方案设计的接地装置符合要求，可行性非常的好，并且非常的可靠，安全。对于有贵重的用电设备的建筑，是非常必要的。唯一的缺点就是设计的时候复杂一点，投资也是要大一些的。综合比较这两种方案，从安全，可靠性，执行

36、性和通用性上来讲。综合分析所以选取第二个方案比较合理，利用人工接地体的复合接地方式来实现接地网的设计。当不采用共同接地装置的时候，各种进户线路和金属管道没有和避雷装置连接在一起时，其与避雷引下线的距离应满足下列式子所规定的尺寸当 时， （3.13）当时， （3.14）如果线路上的避雷器与没有连接入综合接地网，二是一个单独的网络，那么其与防雷引下线所保持的最小距离由公式3.15决定 （3.15）3.2 建筑物内部防雷设计 建筑内部的防雷电保护措施，主要是针对这两个方面。第一，雷电在近建筑物放电时产生强大的电磁场，若果电磁场的能量过大，而建筑物没有减弱这些电磁场的能量。那么可能在瞬间对内部的敏感电

37、子芯片产生破坏，导致整个系统失灵。第二，雷电导致的线路过电压，沿着线路传入，对建筑内部设备破坏。第三，因为雷电电磁场，产生的感应电压造成屋内的电气的破坏，和人员的触电事故。 对于磁场的在建筑物内部的衰弱计算，因为现代建筑物所处的电磁环境是很复杂，其衰弱的计算也非常的复杂。其原因有下面几个原因。（1）没有金属构造的建筑物，对磁场减弱也有作用，主要取决于厚度。（2）电磁屏蔽的效率和频率有关，雷电电磁场是一个宽频的电磁脉，同样建筑对不同类型的雷电电磁场的衰减起到的作用也是不一样的。（3）屏蔽的效率还和建筑物的尺寸和结构有关，主要是混凝土的内的钢筋对磁场的减弱起到很大的作用，但是要是想把建筑物内部钢筋

38、的几何尺寸全部计算进去，在实际的计算时是非常的复杂的。所以在实际的工程应用上，可以利用雷电发生器在任意一点模拟，然后估算内部的磁场强度。对于，计算含有信息系统的计算机机房的衰弱系数，计算时一定要选择合适的结构和材料。对于PLZ2区域以内的，一般不用采取其他措施。另外，建筑物的金属材料对屏蔽起到的作用要大于非金属。所以对于重要的电子设备可增设一层屏蔽网，或者内含有钢筋的屏蔽墙。建筑常常使用的不同金属的衰减系数如表3.2所示。对于防止雷电过电压沿着各种线路浸入建筑内部，主要可以这几个方面着手。表3.2 格栅屏蔽系数材料SF25KHZ1MHZ钢/铝钢进出线最好是埋地，如果不能埋地就用金属线槽，合理的

39、布置线路。在各种进出线路上以布置避雷器。对于重要的电子系统可以在一条线路布置几个SPD防止雷电过电压对电子设备的损毁。根据国家标准建筑物防雷设计规范GB50057-2010（2010年版）中的规定1。PLZB区域是在避雷针按照相应的滚球半径计算的保护之外的区域，建筑物直击雷的保护范围是LPZOB，LPZ1，LPZn+1等区。要确定n+1，首先是根据防雷要求，然后确定需要的后续的防雷保护区域。不同的雷电保护区域的一般示意图，如图3.3所示。图3.3 不同的雷电保护区域一般性示意图3.3 建筑物外部接闪器的设计接闪器按照字面意思理解，就是接住闪电的物体。其实际作用就是引导雷电沿着预先设定好的路径进

40、入地面。所以避雷针实际上不避雷而是分担建筑物被雷电击中所带来的伤害。我国规定的滚球半径和避雷网的尺寸如表3.3示表3.3 滚球半径所保护的范围和避雷网的规格建筑物防雷类别滚球半径hr(m)避雷网网格尺寸第一类30米55或64第二类45米1010或128第三类60米2020或2416注*（设计接闪器时，可以使用其中的一种，也可以是三种任意组合）3.3.1单根避雷针一根孤立的避雷针的保护范围的计算方法如下，其示意图如图3.4图3.4 单根避雷针保护示意图（1）因为避雷针的高度h（2）在距地面hr处，先画一条平行于水平面的直线AB（3）以避雷针尖端O为圆心，为圆的半径，这个圆在直线AB上交于A和B点

41、。（4）再以A、B两点为圆心，为圆的半径，该圆弧恰好与避雷针尖端针尖O接触，并且会和地面相切。如图3.2所示，从O点到地面所构成的这个椎体空间即为被保护的范围。在距离水平地面的平行面X1X2上的保护范围，按照下式计算 式中表示避雷针距离水平地面的平行面X1X2上的保护半径，m。表示滚球半径 表示保护物的高度假如只采取一根避雷针设计的话，那么将其安装在房顶的正中心是最节省材料的，下面我们来通过计算，确定避雷针的高度。根据已知条件最小为屋顶对角线的二分之一，用过相关几何计算为9.37米。又由已知滚球半径为为60m，为12.4m。计算出h=15.22m，所以建筑物上的避雷针的高度最少为15.22m。

42、3.3.2对称分布的四根等长度的避雷针的设计方案结合本建筑物的特点，我们在计算四根跟等高避雷针的保护范围的时候，为了减少计算量，可以不采专门的计算公式。而是从单根避雷针的保护半径出发，通过巧妙的设计达到保护要求即可。这样我们就可以先把屋面的两个对角线连接起来，然后取每条对角线的四等份点，如3.5图所示。然后取四个中心点，分别在这四个点上，各立四根长度相同的避雷针即可。这样每根避雷针在屋顶的界面的保护半径仅为一根避雷针时候的一半，也就是4.685米。同样的，滚球半径为60m，=12m。通过计算得到h=14.47m,这样每根避雷针的最小长度为12.49-12=2.47m，为了让设计更加安全，也为了

43、留出设计余量，每根避雷针的高度设计在2.5m比较合适，所以我们就可以采用直径为50mm、长0.5m的钢管。这样不仅经济合理。图3.5 四根等高的对称分布的避雷针的保护范围示意图3.3.3两种设计方案的比较 本着优化的、简单的、经济的设计原则对，现对本防雷综合设计进行全面布局合理优化。在上面我们通过计算得知，如果选择单根避雷针的话，其高度至少是15.22米。首先这样的设计显然是不符合的我们的审美原则。其次一根15米多的避雷针矗立屋顶，它耗费的资金远远要大于四根2.5米长的避雷针，并且伴随着长度的增加，使得用做避雷针的钢管的直径和和厚度，都必须增加。再有就是这么高的一根避雷针还存在安全隐患。综合比

44、较之后，选择在屋顶四个中心安装四根高度为2.5米的避雷针，再绕着屋顶设置一圈避雷线，保护屋顶的每个角落。然后用镀锌圆钢把避雷针和避雷线连接在一起，再通过接地线接入地网。11结 论在现代智能建筑中防雷接地装置起着至关重要的作用。它不仅是现代智能建筑的重要组成部分，而且还是保护人身财产安全及保护用电器的主要措施。在日益发生的自然雷害面前我们特别论述防雷的危害性、重要性、必要性。防雷接地装置在具体的设计中，我们要充分考虑到自然接地体的利用，这样不仅可以降低成本，而且在有的时候自然接地体有着人工接地体无法替代的优势。不论使用什么接地体，我们都要经过严密的计算，让接地电阻值符合设计要求，这样才能保证电气设备安全运行以及人身安全。本研究论文充分的说明的防雷保护的重要性，让我们对防雷设计有这一个清晰的认识。特别是对一幢小楼进行了系统的防雷保护设计。在接地设计的时候，我们要坚持科学的严谨，不放过任何一个细节。我们身边