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1、建筑防雷設(shè)計幻燈片,本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用 學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！ 本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用 學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！,I. 建筑物防雷設(shè)計標準根本體系一、新標準(GB 50057-2021)的內(nèi)容覆蓋面,二、新標準GB506012010的內(nèi)容覆蓋面,三、防雷系統(tǒng)的基本構(gòu)成,四、防雷系統(tǒng) 的基本設(shè) 計流程,II. 建筑防雷設(shè)計用雷電參數(shù)指標 規(guī)定涉及新標準條款： 2.0.12.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)； 附錄A；附錄F(表F.0.1-1 表 F.0.1-3) ；5.2.12,一、雷云帶電1. 雷云形成的可能機制,2. 雷云的帶電(1) 水滴分裂效應(yīng),(2) 感應(yīng)起電效

2、應(yīng),(3) 水滴結(jié)冰效應(yīng)冰晶粒帶正電，水滴帶負電，熱氣流將冰晶上面水分帶走，產(chǎn)生電荷分離。,二、雷電放電,.雷電放電機理(1) 雷云電荷分布,+,-,+,負雷云中,電荷中心分布,(2) 雷云放電形式,+,-,+,-,云內(nèi)放電,云間放電,-,云地放電(地閃),+ + + + + + + + + + + +,主放電,i,t,35 km,雷云,地面,+ + + + + + + + + + + +,下行先導(dǎo),(3) 對地放電過程,+ + +,+ + +,+,+,+,下行先導(dǎo),上行先導(dǎo),上行雷,(4) 對地面高結(jié)構(gòu)的放電與上行雷,()對地放電的多重性,12重雷放電記錄圖象,(6)對地放電的選擇,a. 土

3、壤電阻率b. 結(jié)構(gòu)體的形狀c. 大氣條件,(7) 正極性雷,2. 地閃形態(tài),2. 閃電通道(1) 單閃,(2) 多閃,3.雷閃形態(tài),線狀雷(2) 球雷,(3) 珠雷與片雷,三、雷電參數(shù)1.雷暴日、雷暴小時,地面落雷密度 Ng：每年每平方公里地面平均落雷次數(shù) (次/km2 a) 物體的年受雷次數(shù):,k修正系數(shù)，考慮建筑物結(jié)構(gòu)特征，所 在地地理、地質(zhì)特征；建筑物周圍環(huán)境特征的修正AeNg = 0 . 1 T d (次/km2 / a ) (A . 0 . 2),3.雷電流,(1) 雷電流測量,(2) 波形參數(shù)規(guī)定,我國雷電流幅值累積概率,IEEE,CIGRE,(3) 幅值累積概率,第一類：200k

4、A，P=0.53%第二類：150kA，P=1.97%第三類：100kA，P=7.3%,長時間的雷電流參量,(4) 幾種波形參數(shù),4. 雷擊距,對應(yīng)電流第二類：I=5.42kA P=86.8%第二類：I=10.1kA P=76.8%第三類：I=15.8kA P=66.1%,先導(dǎo)取向角,先導(dǎo)通道,電氣幾何模型,III. 雷電破壞作用指標規(guī)定,1.綜述,涉及新標準條款： 2.0.12.0.4；6.3.2(表6.3.2-1)； 附錄A；附錄F(表F.0.1-1 表 F.0.1-3) ；5.2.12,.熱效應(yīng),(1) 雷電流注入產(chǎn)生的熱能,(2) 雷電流注入引起的溫升,注入單位電荷時常用金屬的熔化體積當

5、量鋁：mm3/C銅： 5.4mm3/C鋼： 4.4mm3/C,2. 機械力與沖擊波效應(yīng),(1) 機械力電磁力,(2)沖擊波,3. 靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng),(1) 靜電感應(yīng),金屬屋面,+ + + + + + + + + + +,線路,雷云,下行先導(dǎo),s,h,+,雷云,回擊,s,h,+,過電壓波,過電壓波,線路,B,S,u,B,i,(2) 電磁感應(yīng),H0, H1, H2,i0,Sa,（3）新標準中關(guān)于空間磁場的估算方法,H,L,R,H,R-H,Sa,R = 1 0 ( i 0 ) 0 . 6 5,當 H R 時, 當H R 時, Sa = R + L /2,當有屏蔽時， 在格柵形大空間屏蔽內(nèi)， 即在L

6、 P Z 1 區(qū)內(nèi)的磁場強度應(yīng)按下式計算:,注 ： 1 適用于首次雷擊的磁場；2 適用于后續(xù)雷擊的磁場；3 相對磁導(dǎo)系數(shù) r 2 0 0 ；4 w 格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬( m ) ；r 格柵形屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑( m ) ；5 當計算式得出的值為負數(shù)時取S F = 0 ；若建筑物具有網(wǎng)格形等電位 連 接網(wǎng)絡(luò)， S F 可增加6 d B 。,在 閃電直接擊在位于L P Z 0 A 區(qū)的格柵形大空間屏蔽或 與其連接的接閃器上的情況下， 其內(nèi)部L P Z 1 區(qū)內(nèi)安全空間內(nèi)某點的磁場強度應(yīng)按下式計算,i0,地面,墻壁,屋頂,LPZ1,dw,dr,H1,H 1 = k Hi 0w / ( d w dr

7、)kH一般取,(4) 新標準關(guān)于環(huán)路中感應(yīng)電壓、電流的計算方法,1屋頂；2墻；3電力線路；4信號線路；5信號設(shè)備；6等電位連接帶,(1) 格柵形屏蔽建筑物附近遭雷擊時在LPZ 1 區(qū)內(nèi)環(huán)路的感應(yīng)電壓和 電 流,H1,H1,i,h,A,Rg,L0取為1.21.5H/m電位抬高幅值可近似估算為,(5) 暫態(tài)電位抬高與高電位傳遞,暫態(tài)電位抬高,當(h+l/2)5Ri時，Sa20.2Ri+0.03(h+l/2),當(h+l/2)5Ri時，Sa20.05Ri+0.06(h+l/2),當hx5Ri時，Sa10.1(Ri+hx),地上部分： 當hx5Ri ，Sa10.4(Ri+0.1hx),Sa1,Sa2,

8、地下部分： Sel0.4Ri,電阻壓降擊穿場強ER=500kV/m,電感壓降的空氣擊穿場強,新標準中Sa1計算公式的推導(dǎo)：,取L0=1.5H/m, 第一類防雷建筑，首次雷擊I=200kA，10/350 sEL=600(1+1/10)=660kV/m,后續(xù)雷擊I=50kA，0.25/100 sEL=600(1+1/0.25)=3000kV/m,新標準中Sa2計算公式的推導(dǎo)：,L 0 1 =1 . 6 9 H /mL 0 2 =1 . 8 9 H /m,暫態(tài)高電位傳遞,(6) 接觸電壓與跨步電壓,4 .5 .6 在建筑物外引下線附近保護人身安全而要防接觸電壓和跨步電壓的措施是：1 防接觸電壓應(yīng)符合

9、下列規(guī)定之一：1 )利用建筑物金屬構(gòu)架和建筑物互相連接的鋼筋在電氣上是貫通且不少于1 0 根柱子組成的自然引下線，這些柱子包括位于建筑物四周和建筑物內(nèi)。2 )引下線3 m 范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50k.m。注：例如，采用5 c m 厚瀝青層或1 5 c m 厚礫石層的這類絕緣材料層通常符合本 要 求 。3 )外露引下線， 其距地面2.7 m 以下的導(dǎo)體用耐1.2 /50s沖擊電壓100kV的絕緣層隔離，例如用至少3mm厚的交聯(lián)聚乙烯層。4 )用護欄、警告牌使接觸引下線的可能性降至最低限度。2 防跨步電壓應(yīng)符合下列規(guī)定之一：1 )利用建筑物金屬構(gòu)架和建筑物互相連接的鋼筋在電氣上是貫通且不

10、少于10根柱子組成的自然引下線，這些柱子包括位于建筑物四周和建筑物內(nèi)。2 )引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50k.m。注：例如, 采用5cm厚瀝青層或15cm厚礫石層的這類絕緣材料層通常符合本要求。3 )用網(wǎng)狀接地裝置對地面作均衡電位處理。4 )用護欄、警告牌使進入距引下線3m范圍內(nèi)地面的可能性減小到最低限度。,涉及新標準條款：4.3.9；4.4.8；5.25.3；附錄D,一、接閃器避雷針與避雷線(1) 引雷機制,IV. 外部防雷系統(tǒng),(2) 保護范圍,(3) 針體的改進,平頭,鈍頭,圓頭,尖頭,距針中心軸距離,針頭附近場強,鈍頭針尖頭針,頭部擴展針,O,(4) 避雷線保護角,2.

11、避雷帶與避雷網(wǎng),(1) 避雷帶,10m,2. 避雷網(wǎng),明設(shè),暗設(shè),3. 滾球法確定建筑物上直接雷擊部位,r,r,r,r,r,r,(2) 側(cè)擊防護,4.3.9-2和4.4.1-2規(guī)定：高 于 6 0 m 的建筑物， 其上部占高度20%并超過6 0 m 的部位 應(yīng) 防側(cè)擊,(3) 滾球修正,(4) 避雷網(wǎng)格滲透深度,IEC 標準,GB 50057-2010標準,V. 電子信息系統(tǒng)防雷,一、 主要保護器件,二極放電管 三極放電管,1. 氣體放電管,涉及新標準條款：5.1.2；6.4.16.4.8；附錄J,實際器件,伏安特性,U,I,A,B,C,D,E,F,響應(yīng)時間微秒(s)級；動作放電分散性較大,G

12、,B,A,被保護電子設(shè)備,uAG,uBG,uAB,t1,t3,t2,t4,t1 t2,t3 t4,uB1,uA1,uA2,uB2,uA1 uB1,uA2 uB2,O,O,O,t,t,t,限壓電路,G,B,A,被保護電子設(shè)備,保護應(yīng)用中存在的缺陷動作時延續(xù)流,動作截波及短路反射技術(shù)參數(shù)及使用選擇技術(shù)參數(shù)a直流放電電壓b.沖擊放電電壓c.沖擊耐受電流絕緣電阻與極間電容使用選擇直流放電電壓選擇功率選擇,2. 壓敏電阻 （1）結(jié)構(gòu)簡介,實際器件,(2) 伏安特性,泄漏區(qū),限壓區(qū),過載區(qū),參考電壓,u,i,O,響應(yīng)特性納秒(ns)級，引頭線使響應(yīng)時間加長(3) 壓敏電阻參數(shù)壓敏電壓(參考電壓，U1mA)

13、殘壓(殘壓比k=U1kA/U1mA )通流容量泄漏電流額定運行電壓(4) 使用選擇a. 壓敏電壓選擇,b. 通流容量選擇(5)并聯(lián)及與放電管合用a. 多個壓敏電阻并聯(lián),b. 與放電管合用,3. 暫態(tài)抑制二極管(1) 伏安特性,u,i,擊穿區(qū),反向區(qū),正向區(qū),正向+ ,反向 +,O,(2) 實際器件,響應(yīng)時間: 皮秒(ps)級(3) 寄生電容及其減小方法,(4) 主要參數(shù)： 額定擊穿電壓; 最大箝位電壓 反向變位電壓; 最大泄漏電流4 PTC正溫度系數(shù)電阻,PTC,被保護設(shè)備,PTC實際器件,5. 半導(dǎo)體放電管(暫態(tài)抑制晶閘管),u,i,Is,IDRM,VT,VDRM,Vs,實際器件,伏安特性,

14、半導(dǎo)體放電管(也稱固體放電管)是一種PNPN組件,它中以被看作一個無門電極的自由電壓控制的可控硅,當電壓超過它的斷態(tài)峰值電壓(或稱雪崩電壓)時，半導(dǎo)體放電會將瞬態(tài)電壓箝制到組件的開關(guān)電壓(或稱轉(zhuǎn)折電壓)值之內(nèi)。電壓繼續(xù)增大時，半導(dǎo)體放電管由于負阻效應(yīng)進入導(dǎo)通狀態(tài)，只有在當電流小于維持電流時，組件才復(fù)位并恢復(fù)到它的高阻抗狀態(tài)。 特點: 多次重復(fù)，快速響應(yīng)（1納秒）；啟動電壓范圍5V- 550V，瞬間沖擊電流50A- 3000A 使用原則：a. VDRM最大斷態(tài)峰值電壓VDRM必須大于被保護電路的最大工作電壓。2. VS開關(guān)電壓VS必須小于被保護所允許的瞬間峰值電壓。b. IPP最大瞬間峰值電流I

15、PP必須大于通訊設(shè)備標準的規(guī)定,二、 防雷區(qū)劃分與電涌過電壓防護,通訊系統(tǒng),雷電電涌,雷電電涌,電源線路,信號線路,1. 防雷區(qū)劃分(1) LPZ0A區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均可能遭受直接雷擊，內(nèi)電磁場沒有受到衰減。(2) LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均不可能遭到大于所選滾球半徑對應(yīng)的直接雷擊，,本區(qū)內(nèi)電磁場也沒有受到衰減。(3) LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)各種物體均不可能遭受到大于所選滾球半徑對應(yīng)的直接雷擊，流經(jīng)本區(qū)內(nèi)各導(dǎo)體的雷電流比LPZ0B區(qū)減小，區(qū)內(nèi)電磁場受到屏蔽體的衰減。(4) LPZn(n=2, 3, )后續(xù)防雷區(qū)：當需要進一步減小流入的雷電流和衰減電磁場時，應(yīng)設(shè)置后續(xù)防雷區(qū)，并根據(jù)需要保護設(shè)備

16、所要求的電磁環(huán)境來選擇后續(xù)防雷區(qū)的保護指標。,LPZ0A,LPZ0A,LPZ0B,LPZ0B,LPZ1,LPZ2,LPZ0B,LPZ0B,LPZ0A,LPZ0A,LPZn,進入線路,電涌過電壓保護裝置設(shè)置原則在各防雷區(qū)的交界面上設(shè)置避雷器或電涌保護器(SPD),避雷器,電涌保護器SPD,屏蔽室,電源線,信號線,終端單元,鋼筋網(wǎng)格,(2) 界面標稱放電電流規(guī)定值,等電荷量Q判據(jù)，即兩種沖擊電流傳輸給被試物的電荷量相等,等能量W/R判據(jù)，即兩種沖擊電流傳輸給被試物的能量相等,以上關(guān)系適用于線性電阻，而壓敏電阻是非線性電阻，其情況更為復(fù)雜些,注：兩種波形電流之間的等效性,3. 電源系統(tǒng)電涌防護,(1) 配電變壓器保護,610kV,220380V,變壓器外殼,10,MY-470,FS-610,M1,M2,M3,L,N,PE,220V,（2）單級交流電源保護器,（3）兩級交流電源保護,M1,M2,M3,L1,L2,C2,C5,C6,C1,L,N,PE,（4）兩級直流電源保護,穩(wěn)壓電路,標稱放電電流Iimp最大放電電流Imax保護水平p,（5）電氣設(shè)備的沖擊耐受指標,() 兩級保護器,R,D1,D