1、目录概述 1第一章 雷击的防护方法 .31.1 防直击雷的方法和技术 .31.2 防侧击雷的方法和技术 .61.3 防感应雷的方法和技术 .71.4 接地的方法及接地电阻的计算 .71.5 内部防雷的方法和技术 .9第二章 建筑综合防雷 132.1 防雷等级分类计算 132.2 综合防雷设计要素 14第三章 地王国际防雷设计 163.1 地王国际防直击雷设计 173.2 防侧击雷和感应雷的措施 203.3 内部防雷的设计 223.4 防雷接地的设计 233.5 特高层建筑南宁地王国际防雷接地系统设计蓝图 25结束语 .28参考文献 .29致谢 .301概述通常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另
2、一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而，云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大，这是电气防雷设计的主要对象。雷击的危害主要有四个方面：直击雷：带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。雷电波侵入：雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在
3、建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。感应过电压：雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针） 、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板
4、烧毁，使整个系统陷于瘫痪。地电位反击：如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。自 1749 年富兰克林发明避雷针到 20 世纪初这 150 年的时间里，防雷技术几乎没有进展。其原因一是社会生产与生活变迁不大，建筑物防雷已有避雷针的保护，对防雷没有提出迫切的新需要，二是大气电学的理论探2索进展很少，不可能指导防
5、雷技术的发展。20 世纪以来，人类进入工业化和现代化社会，随着电力和电讯事业的发展，遭到了新的雷害，所以在这方面的防雷技术开始出现进展。特别是进入 80 年代以后，高新技术迅猛发展，人类已进入信息时代，高集成化电子设备如计算机、通信设备及工业自控系统已广泛应用。雷电具有高电压、大电流和瞬时性特点，强大的闪电产生静电场、电磁场和电磁辐射以及雷电波侵入、地电位反击等，统称为雷电电磁脉冲，其严重干扰无线电通讯和各种电子设备的正常工作，在一定范围内对微电子设备造成破坏。因此，雷电成灾的情况发生了新的变化，正如 IEC 指出：“雷电，高科技的天敌” 。雷电灾害发生的频率越来越高，造成的损失也越来越大，传
6、统的富兰克林避雷针技术应扩展，因此需要新的防雷技术方法和措施。由于雷电的危害是无孔不入的，可以在整个空间范围内侵袭微电子设备，因此现代防雷的技术原则强调全方位防护、综合治理、层层设防，把防雷作为一个系统工程来抓。 “防雷”并非是预防雷电的发生，而是给雷电流设计出一条流入大地的通道，而不是让它流过被保护的建筑物和设备 1。现代防雷技术就是采取一系列的措施，全方位地堵截雷电的入侵。南宁“地王国际”位于繁华的五象新区，对地总高度为 276 米，人员密度大，用电设备特别是精密的电子设备多，是现代国内兴起的高层建筑的一个典型，所以对特高层建筑南宁地王国际防雷接地系统进行设计具有十分深远意义。 3第一章
7、雷击的防护方法1.1 防直击雷的方法和技术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有良
8、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受雷
9、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：4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
10、随大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。本设计用折线法计算避雷针高度且仅使用单支避雷针，因此在此仅对单支避雷针进行介绍。单支避雷针保护范围：她的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，像一座圆帐篷。她的侧面边界线实际上是曲线，但在我国规程建议近似地用折线来拟合，以简化计算，如图 1-1 所示。相对应的计算公式如下：在某一被保护物
11、高度 的水平面上的保护半径 为：xhxr当 时：hx2（1-xrhPx（ ）1）当 时：hx2（1-xxr1.5h2P（ ）2）式中 h避雷针的高度，m。P高度修正系数，是考虑到避雷针很高时 不与针高成正比xr增大而引入的一个修正系数。当 h30m时，P=1。5当 30mh120m 时 。305.ph不难看出，最大的保护半径为地面上（ =0）的保护半径 =1.5h。xrg从 h 越高、修正系数 P 越小可知：为了增大保护范围而一味提高避雷针高度并非良策。图 1-1 单支避雷针的保护范围避雷带是 20 世纪初，在电力系统，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
12、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、房檐等处作雷电保护，现在这种方法已经被避雷带所替代。6在房屋建筑屋顶周围，用扁平的金属带做接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。在建筑物屋顶上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好。特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。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，现今的一般做法是不管建筑物属于几类防雷建筑，都采用 4 乘 40 的镀锌扁钢制作避雷带。根据规定二类防雷建
13、筑避雷带应在整个屋面组成不大于 10m 乘 10m 或 12m 乘 8m 的网格。三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于 20m 乘 20m 或 24m 乘 l6m 的网格。如果同时还有避雷针，则避雷针应用避雷带相互连接。1.2 防侧击雷的方法和技术由于建筑物高度等的影响，部分雷击可能从建筑侧方袭击建筑，称之为侧击雷。防止侧击雷的方法一般和防直击雷有交叉，其实侧击雷亦可认为是直击雷的一种，在此，把防直击雷的部分方法归到防侧击雷的方法上。引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。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，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产
14、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。普通引下线采用圆钢时，其直径为不应小于 16mm；采用扁钢时，其截面积最小为 48mm2；厚度不小于 4mm。装在烟囱上的引下线其尺寸是：圆钢直径大于 24mm；扁钢截面积不小于 100mm2，厚度为 4mm。为便于检查避雷设施连接导体的导电情况和接地体的散流电阻，要在建筑物四周的引下线上做断接卡子，断接卡子距地面最高为 1.8m。当利用混凝土柱钢筋做
15、引下线时，因为是从上而下连接一体，因此不能设置断接卡子测试接地电阻。需在柱内做为引下线的钢筋上，距室外地面 0.5m 处的柱子外侧，另焊一根圆钢(10)引至柱外侧的墙体上，做为防雷测试点。7每根引下线处的冲击接地电阻不能大于 5。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。根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有 6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于 20cm，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为 6mm 或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用 5
16、m 乘 5m 或 10m 乘 10m 的圆钢制成。建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。安装避雷带和避雷网注意事项：避雷带及其连接线经过沉降缝（沉降缝：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段因下沉不一致而引起建筑物损坏）时，应留有10-20cm 以上余量的跨越线。有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于 24m 时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于 24m 时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条。房屋面坡度为 27至-35且长度不超过 75m 时，只需沿屋脊敷设避雷带。四
17、坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于 12m，且长度大于 75m 时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。当屋顶面积非常大时，应在屋顶上敷设金属网格，即避雷网。避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度可视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用 5 乘 5m 的网格，一般建筑物用 20 乘 20m 的网格即可。1.3 防感应雷的方法和技术感应雷也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电感应雷和电磁感应雷。 静电感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的。它将产生很高的电位
18、。 电磁感应雷：是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。8感应雷的外部防护主要为连接建筑赶紧混凝土内钢筋或专设金属网格，以形成法拉第笼，使建筑处于静电屏蔽罩内部。1.4 接地的方法及接地电阻的计算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。过去的一些旧规范要求电子设备单独接地，目的是防止
19、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。接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；没有钢筋混凝土地梁时，也可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用 40 乘 4mm 镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿，形成
20、环形接地。 当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电系统工作接地等共用接地装置时，接地电阻值应不大于 1。 采用共用接地装置时，弱电系统应将各自设备机房内与建筑物绝缘的接地端子，用25mm2以上的铜芯电缆或导线穿焊接钢管做单独的引下线，在建筑物基础处与接地板相连。弱电系统一般要求接地电阻不大于 4，如若设独立的接地系统，其与防雷接地系统的距离要大于 20m。建筑若采用若干条水平钢带和若干根垂直钢管连接在一起的接地网，这种复合型接地网的工频接地电阻 可近似的利用下面的经验公式求得：eR（1-e1nBLlS3）式中 p土壤电导率，m；9L全部水平接地体的总长度，m；n垂直接地体的
21、根数；l垂直接地体的长度，m；S接地网所占的总面积，m 2；B按 值决定的一个系数，可按照表 1-1 得出。l表 1-1 系数 B 之值lS0 0.05 0.1 0.2 0.5B 0.44 0.40 0.37 0.33 0.261.5 内部防雷的方法和技术构筑和作用于建筑物内部的防雷工程称为内部防雷工程，其系统就是内部防雷系统。建筑物内部防雷工程涉及面较宽，面对的是包括感应雷、传导雷和因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害，归纳起来危害最大的主要方面是高电压的引入。高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到室内或其他地方造成破坏的雷害现象。高电压引入的电源有三种：其一是直击雷直接击中金属
22、导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内，即雷电波侵入；第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即感应过电压；第三是地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。针对以上三种雷害内部防雷系统主要有屏蔽、安装防雷器 SPD 和等电位连接等三种措施。屏蔽措施已经在防感应雷的方法和技术中有所阐述，下面主要阐述防雷器 SPD 设计安装和等电位连接。防雷器 SPD 中文简称电涌保护器，又称浪涌保护器。根据 IEC 标准规定，电涌保护器主要是指抑制传导来的线路过电压和过电流的装置 4。它的10组成器件主要包括放电间隙
23、、压敏电阻、二极管、滤波器等。根据构成组件和使用部位的不同，电涌保护器可分为电压开关型 SPD、限压型 SPD 和组合型 SPD。而根据应用场合分类，电涌保护器又可分成电力系统 SPD 和信息系统 SPD。一般信息系统 SPD 由信息系统设计者负责设计选型。这里主要阐述一下电涌保护器在建筑物电力系统防雷设计中的应用。电力系统防雷主要是为了防止雷电波通过电源线路而对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大，或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照建筑物防雷设计规范 （GB50057-94）和 建筑物电子信息系统防雷技术规范 （GB
24、50343-2004） ，应采取分级保护、逐级泄流的原则。其具体设计做法一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源避雷器，这里一般要用三相电压开关型 SPD；二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二或三级电源避雷器，一般用限压型 SPD；三是在末端配电处安装四级或称为末端电源避雷器，一般用限压型 SPD。究竟要使用几级 SPD，可以有建筑防雷等级确定。一般一类防雷建筑需要四级；二类需要三级；三类需要二级。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过一级电源避雷器，然后再经过二、三级或末级电源避雷器，一级电源避雷器和二级电源避雷器之间的距离要大于 10 米，如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱
25、，这样可以避免二级或三级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。这里有三个需要注意的地方：一是电涌保护器与母排连接的导线要短而直，长度不能超过 5m，连接线过长可能导致上级 SPD 还没分流，电涌就串到下级 SPD 处，导致下级 SPD 一下子被烧毁；二是 SPD 安装线路上应该装有过电流保护器，原因是为了防止因 SPD 老化而造成短路。这里的过电流保护器主要使用断路器，按一般经验做法，二级 SPD 上的断路器整定电流选 40A，三级 SPD 上的断路器整定电流选 32A，末级 SPD 上的断路器整定电流选 25A，而一级 SPD 无需装设，因为一级 SPD 使用电压开关型SPD，其内部已有自带的过电流
26、保护器。三是各个 SPD 都需要与接地装置之间进行等电位连接。等电位连接是综合防雷系统中的最重要的一项基本措施。GB50057 94（2000 版）里强调了等电位连接在内部防雷中的作用。等电位连接是为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险的一项很重要的措施，11特别是在建筑物内部防雷空间防止发生生命危险的最重要的措施。建筑物的等电位连接设计主要有以下几种：总等电位连接和局部等电位连接，总等电位连接的作用在于降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害，它主要通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板(接地母排)将下列导电
27、部分互相连通：进线配电箱的母排；公用设施的金属管道，如上、下水、煤气等管道；建筑物金属结构；如果做了人工接地，也包括其接地极引线。 建筑物每一电源进线都应做总等电位连接，各个总等电位连接端子板应互相连通。局部等电位连接 LEB 是指当电气装置或电气装置的某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时，应在局部范围内做的等电位连接。它包括 PE 母线或 PE 干线；公用设施的金属管道；如果可能，也包括建筑物金属结构。建筑物内部导电部件的等电位连接，等电位连接不仅仅是针对雷电暂态过电压的，还包括其它如工作过电压、操作过电压等暂态过电压的防护，特别是在有过电压的瞬间对人身和设备的安全防护。因
28、此，有必要将建筑物内的设备外壳、水管、暖气片、金属梯、金属构架和其他金属外露部分与共用接地系统做等电位连接。而且需要注意的是，绝不能因检修等原因切断这些连接。但是，对于燃气管道，只在进入建筑物处与接地系统相连，但在每个接头处要有辅助跨接线。因为燃气管道本身不容许有多个接地连接，使其成为接地系统的一部分。信息系统的等电位连接，对信息系统的各个外露可导电部件也要建立等电位连接网络，并与共用接地系统相连。接至共用接地系统的等电位连接网络有两种结构：S 型（星型）结构和 M 型（网格型）结构。对于工作频率小于 0.1MHZ 的电子设备，一般采用 S 型（星型）结构；对于频率大于 10MHZ 的电路，一
29、般采用 M 型（网格型）结构。各楼层的等电位连接：将每个楼层的等电位连接与建筑物内的主钢筋相连，并在每个房间或区域设置接地端子，由于每层的所有接地端子彼此相连，而且又与建筑物主钢筋相连，这就使每个楼层成了等电位面。再将建筑物所有接地极、接地端子连接形成等电位空间。最后，将屋顶上的设备和避雷针等与避雷带连接形成屋面上的等电位。12接地网的等电位连接，在某中意义上说，建筑物的共用接地系统在大范围内即为等电位连接，比如我们常见的计算机房的工作接地、屏蔽接地和防雷接地等采用同一接地系统的原理就是避免各接地间产生的瞬态过电压差对设备造成影响。因此，钢筋混凝土结构建筑物利用基础钢筋网做接地体，一般要围绕建
30、筑物四周增设环形接地体，并与建筑物被柱内用作引下线的柱筋焊接，这样就大大降低了接地网由于雷电流造成地电位不均衡的概率。综上所述，楼层下部有接地网，楼层里有等电位均压网，楼顶物体与避雷装置连接在一起形成等电位，这样就在电气上成为法拉第笼式结构，人和设备在此环境中绝无雷击危险。因此，等电位连接在建筑物及其电子信息系统中是最重要的一项电气安全措施。另外，为保证等电位连接的可靠导通，等电位连接线和接地母排应分别采用铜线和铜板。等电位连接这一电气安全措施并不需复杂价昂的电气设备，它所耗用的不过是一些导线，不象埋在地下的人工接地极易因受土壤腐蚀而失效(实际上在实施等电位联结的同时也实现了接地，因它所连接的
31、水管和基础钢筋等本身已起到低电阻长寿命的接地作用)，它在保证电气安全上的作用远胜于我们过去习惯采用的专门打入地下的人工接地。13第二章 建筑综合防雷2.1 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算：（2-ge=kNA1）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
32、 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（km 2 a） 。gN与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km 2） 。eA14雷击大地的年平均密度应按下式计算：（2-1.3gd0.24NT2）式中： 年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（da） 。T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：（2-6eALW+2()H103）式中： L、W 、H分别为建筑物的长、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
33、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。2.2 综合防雷设计要素防雷设计是一个
34、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号线）与防雷接地装置或
35、接地线之15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，对防止雷电电磁脉冲干扰
36、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，还会受到从该处传来的
37、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。过去的一些旧规范要求电子设备单
38、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16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，首
39、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。第三章 地王国际防雷设计地王国际是西南第一高楼， 58 层，总投资：5 亿元。地王国际定位于南宁唯一国际 5A 甲级纯写字楼，已荣获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，广西商务项目中，仅此一个。地王国际第一层层高 5 米，第二层到第五层 4.5 米，六层
40、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。地王国际整体为长方体，底为正方形，顶部停机坪呈圆形。如图 3-1：17图 3-1 “地王国际”整体结构示意图对地王国际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=10.024320.34545+2236（45+45）+556960.000001解得：N=1.687式中：N建筑物年预计雷击次数（
41、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；地王国际取 1。建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次（km 2a） 。gN18与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km 2） 。 eA年平均雷暴日，南宁为 84.6（da） 。dTL、W、H分别为建筑物的长、宽、高（ m） ，地王国际长宽高分别为 45m、45m、236m。根据部、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
42、 N 大于 0.06 次/a 时，该建筑就划为第二类防雷建筑物，则地王国际属于第二类建筑。3.1 地王国际防直击雷设计对于地王国际直击雷的防护，采用了避雷针和避雷带两个进行配合使用。在建筑正面，52 层平面上两边各有突起的建筑，左侧较停机坪低，右侧比停机坪高 25 米。由于有停机坪的影响，按照行业标准民用直升机场飞行场地技术标准( MH501399 )规定， 在建筑物屋顶设置停机坪， 属于高架直升机场。在停机坪内不得设置高出直升机起飞和降落的限制面的物体 12。故避雷针的装设并不能在建筑的几何中心。避雷针的装设方案选择单根避雷线，安装点为右侧突起建筑的顶端，连接停机坪与突起建筑的两点作直线，作
43、直线的垂线，垂线交于圆的点即为避雷线的基点，如图 3-2所示位置： 19图 3-2 避雷针的安装基点按照建筑的结构图形，以避雷针基点为圆心做圆，做切于建筑 52 层以上平面表面外圆，因为第一层到第 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，57 层边缘某点连接 51 层边缘相应点的角度非常小，而避雷针保护角很大，故保护范围考虑 57 层平面而不是考虑 51层平面。右边突起建筑部分为水平截面小而高的可看似塔状物，比停机坪高约 25 米，所以切点为 52 层以上的俯视表面的切点，此圆即为避雷针的保护范围。如图 3-3、3-4 所示：图 3-3 避雷针保护
44、范围俯视图 图 3-4 避雷针保护范围正视图20避雷针高度计算：由图 3-2、3-3 及 3-4 中的切点及 52 层边宽 41 米（正方形）可以知道圆的保护半径为 59 米。 由于右边突起建筑部分为水平截面小而高的类似塔状建筑，加装避雷针不考虑对它的保护范围，相反为反映被保护高度，而把其当做避雷针结构高度的一部分计算（其高出停机坪 25 米） ， 。第一层到停机坪高度为 236 米。由于若对地计算保护范围，按照第一章介绍的公式 1-1 计算，则避雷针高度将高达 356 米，故本设计用顶楼作为参考地面，避雷针保护半径为该层面的应保护半径，用避雷带配合其防雷效果。此时， ，即 ，xh0xh2则代
45、入公式：59=1.5hP若 P 取 1，则解得： h=39.33，与定义的 P 值不符，则令 ，305.ph则解得 h 为 275.33。则避雷针安装高度：236+39.33=275.33 米，即约为 276 米。避雷针实体高度为计算结果中的避雷针高度除去利用的建筑的高度，即：40-25=15米。避雷带的设计根据有直升机停机坪的设计，所以在停机坪要装设避雷网，由于直升机机身一般有一条避雷带，所以可以通过在停机坪上专用的接地线使飞机的机壳与大地连接起来。因此，在屋顶设置了以停机坪中心为圆心、角度为 30放射状的避雷带，组成不大于 12 乘 8 的网格，明敷在混凝土屋面中。由于屋顶面积较大，为保证
46、网格的尺寸要求，环形避雷带设置为 3 圈，同时在屋面预留了接地插座用来将直升机机身自带的避雷带与屋面内的防雷装置相连。在这种情况下，屋面避雷带一方面作为建筑物的防雷装置，另一方面又作为直升机的接地装置。由于建筑正面左侧有突出建筑，虽然不高，但为了防止其部分尖端引雷，故也要沿顶部边缘加装避雷带，由于其满足建筑物防雷设计规范GB50057-1994 中要求的网格小于 10 乘 10，故不用再设网格；58 层楼顶表面及则要铺设 10 乘 10 以内的网格( 规格均为直径不小于 8mm 的圆钢)。如图 3-5 所示：21图 3-5 避雷带的安装避雷带与避雷针相连接，再由避雷带连接引下线，由引下线接地，
47、不然，若无接地系统，避雷针和避雷带就不能发挥出作用。表 3-1 直击雷防护材料材料 规格 长度避雷针 钢管 100mm 15m避雷带 圆钢 8mm 900m3.2 防侧击雷和感应雷的措施引下线的设计：为防侧击雷及避雷针接地，故设置专门的引下线。根据建筑物防雷设计规范GB50057-1994 对第二类建筑防雷的要求，引下线不应少于两根，且引下线距离不能超过 18 米。而地王国际宽 45 米，则共采用 12 根引下线均匀布于建筑上，在建筑的 1 到 6 层为商业层，建筑面积 2900 平方米，而引下线不能穿墙而过，则必须敷设于外沿，则在 6 层顶部敷设引下线，并均匀垂直引下，此时引下线间隔为 18
48、 米，符合要求。如图 3-6 所示：22图 3-6 引下线的安装此时，每根引下线的距离为 15 米，满足不超过 18 米的要求，直径不小于 16mm 的圆钢，引下线与楼顶避雷带相连接。按照建筑物防雷设计规范GB5005794 对多根引下线的要求，在每根引下线在距离地面 0.3到 1.8 米处装设断接卡。避雷网的设计：避雷网主要作用是防止侧击雷及形成法拉第笼以防感应雷对建筑内部设备破坏。按照建筑物防雷设计规范对第二类建筑要求在45 米以上铺设 10 乘 10 或 12 乘 8 的网格。考虑地王国际的层高为 3.6 米，故采用三层做一水平线，即每隔 10.8 米设一条平行地面的线，而地王国际宽 4
49、5 米，则设 6 条垂直地面的线，即每隔 7.5 米设一条线。则整个避雷网为 10.8 乘 7.5 米的网格，如图 3-7 所示：23图 3-7 避雷网的安装由于避雷网垂直于平面设置的线与引下线有重叠，故直接利用重叠部分的引下线代替。引下线与该避雷网连接。表 3-2 侧击雷和感应雷防护材料材料 规格 长度引下线 圆钢 16mm 3000mm避雷网 圆钢 8mm 5000mm3.3 内部防雷的设计SPD 的设置为防止雷电波入侵，应对电源安放浪涌保护器（SPD） 。在电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源避雷器，在这里选择用三相24电压开关型 SPD；在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二或三级电源避雷器，选用限压型 SPD。内部等电位连接方法有多样，地王大厦内部等电位连接可以分五个部分：总等电位连接，将进线配电箱的母排、公用设施的金属管道、建筑物金属结构相连。建筑物内部导电部件的等电位连接，将建筑物内的设备外壳、水管、暖气片、金属梯、金属构架和其他金属外露部分与共用接地系统做等电位连接
