【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 1 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 緒論 自古以來(lái)，雷電災(zāi)害一直存在，據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，地球上任一時(shí)刻平均有 2022 多個(gè)雷暴在進(jìn)行著，平均每秒有 100 次閃電 ， 每個(gè)閃電強(qiáng)度可高達(dá) 10 億伏，足見(jiàn)其能量之大，產(chǎn)生的危害可想而知。 200 多年前，富蘭克林發(fā)明避雷針以后，建筑物等設(shè)施已得到了一定的保護(hù)，人們認(rèn)為可以防止雷害，對(duì)防雷問(wèn)題有所松懈。但是隨著近代高科技的發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)的高速發(fā)展，雷電災(zāi)害越來(lái)越頻繁，損失越來(lái)越大，原先的避雷針已無(wú)法保護(hù)建筑物、人和電器設(shè)備。握著電話話筒而受雷擊致死的人時(shí)有所聞，原先許多從來(lái)不發(fā)生雷電災(zāi)害的行業(yè)和部門也頻頻 受害。這些雷害是人們意料不到的。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 現(xiàn)今全球平均每年因雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就超過(guò)10 億美元，死亡人數(shù)在三千人以上。我國(guó)根據(jù)氣象部門和勞動(dòng)的估算，每年雷擊傷亡人數(shù)均超過(guò) 1 萬(wàn)，其中死亡 3000 多人。例如 1989 年８月 1２日，我國(guó)青島市黃島油庫(kù)遭雷擊失火，燃燒 104 小時(shí)才勉強(qiáng)撲滅。傷亡人員近百名，燒毀原油 萬(wàn)噸，整個(gè)油庫(kù)毀壞殆盡，變成一片廢墟。 又如 某數(shù)據(jù)中心，集全體技術(shù)人員歷時(shí)三年的研究成果和寶貴數(shù)據(jù)因一次雷災(zāi)而化為烏有。類似的案例不勝枚舉。 90 年代以后，雷災(zāi)出現(xiàn)新的特點(diǎn) ， 這主要是因?yàn)橐恍└叽?建筑的興起 ，最典型的就是 高層智能大廈， 這種高大的建筑物很容易 吸引落雷，從而使本身所在建筑及附近建筑遭到破壞 。 另外，隨著微電子技術(shù)高度發(fā)展及廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，使雷害對(duì)象也發(fā)生了轉(zhuǎn)移 ── 從對(duì)建筑物本身的損害轉(zhuǎn)移到對(duì)室內(nèi)的電器、電子設(shè)備的損害 ， 以至發(fā)生人身傷亡事故 。 隨之防雷對(duì)象也由強(qiáng)電轉(zhuǎn)移到弱電 ， 雷電產(chǎn)生的 電磁脈沖超過(guò)直接雷擊而 成為主要危害。 從上面的敘述可以看出， 防雷工作是十分必要的，各行各業(yè)有關(guān)部門均應(yīng)給予重視 。尤其是電氣設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行建筑物的防雷設(shè)計(jì)時(shí)，一定要嚴(yán)格按照我國(guó)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB50057－ 94 2022） 強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本文從雷電對(duì)建筑物產(chǎn)生危害的四個(gè)方面入手，先敘述了直擊雷、雷電波侵入、感應(yīng)過(guò)電壓和地電位提高等對(duì)建筑及其內(nèi)部設(shè)備的損害，再介紹建筑物防雷等級(jí)確定的方法，然后闡述目前針對(duì)這四種雷電危害的電氣綜合防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)──外部防雷和室內(nèi)防護(hù)，最后以一個(gè)實(shí)際工程對(duì)防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 雷擊的危害 通常所謂的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過(guò)程 產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電并伴隨巨大的聲音。當(dāng)然，云層之間的放電主要對(duì)飛行器有危害，對(duì)地面上的建筑物和人、畜沒(méi)有很大影響。然而，云層對(duì)大地的放電，則對(duì)建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜危害甚大，這是電氣防雷設(shè)計(jì)的主要對(duì)象。 雷擊的危害主要有 四個(gè) 方面： （ 1） 直擊雷 帶電的云層對(duì)大地上的某一點(diǎn)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。它的破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、人畜遭受嚴(yán)重的破壞或損害 —— 火災(zāi)、建筑物損壞、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人畜的生命安全。 （ 2）雷電波侵入 雷電不直接放電 在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過(guò)電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴(kuò)散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動(dòng)化控制等各個(gè)系統(tǒng)。因此，往往在聽(tīng)到雷聲之前，我們的電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等可能已經(jīng)損壞。 （ 3）感應(yīng)過(guò)電壓 雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對(duì)地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，并在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過(guò)電壓。 雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時(shí)，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針）、引下線泄放到大地的過(guò)程 中，會(huì)在引下線周圍形成強(qiáng)大的瞬變磁場(chǎng)，輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；嚴(yán)重時(shí)可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓。 （ 4）地電位反擊 如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設(shè)施，接地網(wǎng)的地電位會(huì)在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害電子設(shè)備。同時(shí)，在未實(shí)行等電位連接的導(dǎo)線回路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險(xiǎn)。 如圖 1 所 示， 當(dāng) 10KA 的雷電流通過(guò)下導(dǎo)體入地時(shí)，假設(shè)接電阻為 10 歐姆 ,根據(jù)歐姆定律 ,可知在入地點(diǎn) A 處電壓為 100KV。因 A 點(diǎn)與 C 點(diǎn) 、 D 點(diǎn)相連，所以這幾點(diǎn)電壓都為 100KV。而 E點(diǎn)接地，其電壓值為 0，設(shè)備的 D 點(diǎn)與 E 點(diǎn)間有 100KV 的電壓差，足以將設(shè)備損壞。 圖 1 以上四方面中雷電對(duì)建筑物 的危害主要以后 雷電波侵入、感應(yīng)過(guò)電壓 與 地電位反擊 三者居多，這三者統(tǒng)稱為雷電電磁脈沖。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料， 直擊雷的損壞僅占 15%， 而雷電電磁脈沖 的損壞占 85%。 因此，現(xiàn)代建筑的防雷設(shè)計(jì)已不同以往，對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)必須要加以重視。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 防雷等級(jí)分類計(jì)算 我們?cè)谥纸ㄖ锓览自O(shè)計(jì)的第一步 時(shí) ，首先是要確定建筑物的防雷等級(jí)。《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50057－ 97 2022)中，對(duì)建筑物防雷 等級(jí) 的劃分，除了由建筑物的功能定性外，第二、三類防雷建筑，還取決于建筑物的預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù) N。 建筑物的預(yù)計(jì)年雷 擊次數(shù) 計(jì)算 建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)應(yīng)按下式 計(jì)算 ： N = k * Ng * Ae （ 1） 式中： N ──建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次／ a）； k ──校正系數(shù)，在一般情況下取 1，在下列情況下取相應(yīng)數(shù)值：位于曠野孤立的建筑物取 2；金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取 ；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取 ； Ng ──建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度［次／（ km2 a）］； Ae──與建筑物截收相 同雷擊次數(shù)的等效面積（ km2）。 雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式計(jì)算： Ng ＝ d （ 2） 式中： T d──年平均雷暴日，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定（ d／ a）。 建筑物等效面積 Ae 是其實(shí)際平面積向外擴(kuò)大后的面積。其計(jì)算方法分以下三個(gè)方面： （ 1）當(dāng)建筑物的高 H 小于 100m 時(shí)，其等效面積按以下公式計(jì)算： 610)]200()200()(2[ ??????? HHHHWLLWA e ? （ 3） 式中： L、 W、 H──分別為建