图书馆防雷设计.docx

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图书馆防雷设计

图书馆防雷设计方案

设计对象：

图书馆

设计范围：

图书馆的内部和外部

设计人员：

设计时间：

2011年11月10日

一、雷电的概述

1、雷电危害

主要有直击雷、闪电感应、雷击电磁脉冲、电位反击及高电位反击、侧击雷、闪电电涌等危害。

（1）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。

（2）闪电电涌侵入

　　雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在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。

（3）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烧毁，使整个系统陷于瘫痪。

（4）系统内部操作过电压

　　因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变，引起的电力系统内部电磁能量转化，从而产生内部过电压，即操作过电压。

　　操作过电压的幅值虽小，但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。

实验证明，无论是感应过电压还是内部操作过电压，均为暂态过电压（或称瞬时过电压），最终以电气浪涌的方式危及电子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。

（5）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。

2、雷电防护的原理

（1）需要依据具体的情况，分为外部防雷系统、内部防雷系统、配电系统、计算机网络系统、监控和传输等系统，针对项目的类型和实际情况进行防护。

（2）为使建（构）筑物防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建（构）筑物所发生的的人身伤亡和文物、财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损失或错误运行，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

3、雷电防护依据

（1）GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》

（2）GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》

二、项目概述

1、现场勘测

（1）图书馆位于学校的东北方向，图书馆对面是新教学楼后面是老师宿舍左边是实训大楼右边是电力学院。

如图1所示

图1图书馆四置图

（2）图书馆是砖混结构的公共建筑物，由六层和四层的高低跨建筑物构成，四层的建筑物主要用于老师办公为主，六层的建筑物是用于师生阅览（第三层是电子阅览室）。

图2图书馆的东立面图

（3）图书馆的第一层有一个总配电箱，在个楼层分别有一个配电盒，在建筑物的外面有进出的水管、电源线、信号线。

图4图书馆的配电情况

2、防护对象

在建筑物外部对建筑物本身和进出建筑物的金属管道、信号线、电源线，在建筑物内部对电气设备、低压配电箱、信息机房、视频线路。

3、现代防雷技术的概述

为使建筑物及其内部设施免受雷电的直接和间接危害，通常使用接闪杆、接闪线、接闪带、接闪网等防直击雷的危害；使用信息系统中防雷暂态冲击的器件接闪器压敏电阻、气体放电管和雪崩二级管等防间接闪电电涌侵入的危害；屏蔽技术也是防止雷击电磁脉冲的重要方法。

就建筑物防雷保护设计而言，包括接地在内的合理组合和设置这些防雷设备和器件，来构成建筑物及其内部设施的雷电防护系统，实现从建筑物外部和内部两个方面对雷电危害进行有效地抑制。

现代防雷技术包括的内容如图5所示

图5现代防雷概述图

三、数据分析

1、地区雷暴日等级的划分

依据

（1）少雷区：

年平均雷暴日在20天及以下的地区；

（2）多雷区：

年平均雷暴日大于20天，不超过40天得地区；

（3）高雷区：

年平均雷暴日大于40天，不超过60天得地区；

（4）强雷区；年平均雷暴日大于60天以上的地区。

按国家公布的当地年平均雷暴日南昌为属于高雷区。

2、建筑物年预计雷击次数

，k取1，

，等效面积符合在2D内都有等高或比它低的其他建筑物所以

。

由于图书馆由两个不同高度不同长宽的建筑物组成所以等效面积是两个建筑物的等小面积之和，六层的建筑物等效面积

=，四层的建筑物等效面积

=，所以图书馆的总等效面积Ae=+=,所以图书馆的年预计雷击次数

。

3、建筑物的防雷分类

依据

4、雷电防护区划分

依据

5、计算机房的防护等级

按防雷装置的拦截效率E确定雷电防护等级：

C为各类因子，

C1为信息系统所在建筑物材料结构因子在该式中因为是钢筋混凝土材料所以取。

C2为信息系统重要因子在该式中取。

C3为电子信息系统设备的耐冲击类型和抗冲击过电压能力在该式中应取

C4为电子信息系统设备所在雷电防护区的因子，因为图书馆机房的电子设备在LPZ2内所以取

C5为电信息系统发生雷击事故的后果因子，在该式中应取

C6表示区域雷暴等级因子，因为南昌的雷暴日是在高雷区故在该式中应取。

N为建筑物及入户设施年预计雷击次数，N1为建筑物的年预计雷击次数，N2为入户设施年预计雷击次数，

为电源线缆入户设施的截收面积，

为信号线缆入户的截收面积。

=

+=

×=

+=

=

按防雷装置拦截效率E确定其雷电防护等级：

N≥定为A级，所以系楼内的机房为A级。

将N和Nc进行比较，N>Nc确定电子信息系统设备要安装雷电防护装置。

四、设计方案

1、外部防雷装置

（1）在图书馆屋面的女儿墙上设防雷接闪器，其做法采用屋顶明敷避雷带（10镀锌圆钢）加混泥土块支架（间距1000），沿不同标高屋面女儿墙敷设，屋面上的栏杆、通信杆等金属器件都要用导体连在一起并与防雷装置相连。

在五米搞的阁楼上设一根5米高的接闪杆，在离此杆15米处设一根8米高的接闪杆。

b0=

（如附图1所示）

（2）在屋面设三处引下线采用直径10毫米的镀锌圆钢作明敷引下线，接地母线采用

镀锌扁钢与接地极焊接，引下线与接地线间均匀明设短接卡，接地极采用

等边角钢植入土地中。

（如附图2所示）

（3）应将多根接地体连接成地网，地网的布置应优先采用环型地网，引下线应连接在环型地网的四周，这样有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。

垂直接地体一般长为米，埋深米，地极间隔5米，水平接地体应埋深1米，其向建筑物外引出的长度一般不大于50米。

框架结构的建筑应采用建筑物基础钢筋做接地体。

2、内部防雷装置

（1）建筑内部防雷系统式防止雷电和其他形式的过电压侵入设备中造成毁坏。

当建筑物直接遭受雷击或其附近区域发生雷击时，由雷电放电引起的电磁脉冲和暂态过波会通过各种途径侵入建筑物内，危害建筑物内的各种设备的安全可靠的运行。

所以要对进出各保护区的电线、金属管道等都要连接防雷装置和过电压保护器。

（2）建筑物电子信息系统的防雷设计需要采取等地位连接和接地保护措施。

电子信息系统的机房应设等电位连接网络，电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器接地端等均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。

（3）低压电源线路引入的总配电箱处装设I级实验的电涌保护器，在电子系统的室外线路采用金属线时，在其引入的终端箱处应安装D1类高能量试验类型的电涌保护器，在电子系统的室外线路采用光缆时，其引入的终端箱处的电气线路侧，因无金属线路引出本建筑物至其他有自己接地装置的设备，所以安装B2类慢上升率试验类型的电涌保护器，其短路电流选用50A。

（4）在距天馈线3米处设一个3米高的接闪杆为天馈线防直击雷，天馈线路浪涌保护器的选择，应根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数，选用插入损耗及电压驻波比小适配的天馈线路浪涌保护器，天馈线路浪涌保护器，宜安装在收/发通信设备的射频出、入埠处。

天馈线路浪涌保护器接地端应采用截面积不小于6mm2的多股绝缘铜导线连接到直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZl）交界处的等电位接地端子板上。

同轴电缆的上部、下部及进机房入口前应将金属屏蔽层就近接地。

（5）光纤的防护：

在光纤配线盘前，把光纤加强钢芯，及外层金属保护层直接与地连接。

（6）所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连通。

这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。

如电缆全程穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。

五、设计总结语

（1）这次设计是对图书馆的外部防雷设计其主要是要防直击雷，对图书馆的内部防雷设计是防闪电感应、雷击电磁脉冲、电位反击及高电位反击、闪电电涌等。

（2）防雷设计一定要做到安全可靠、技术先进、经济合理。

（3）对图书馆做了防雷措施避免了雷电对建筑物的直击危害、闪电感应、雷击电磁脉冲、电位反击及高电位反击、闪电电涌等对建筑物内的电子电气的危害。

六、附图

附图1图书馆东立面接闪杆图

附2图六层建筑物的屋顶防雷措施