毕业论文-危某险品工房的防雷设计研究.doc

中北大学2013届毕业论文某危险品工房的防雷设计研究摘要雷电是一种常见的大气放电现象，它与人类的生活息息相关，是自然界不可或缺的物理过程。雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风,其危害可想而知。本论文结合危险品工房的现状以及现有的防雷设计规范，了解了危险品工房防雷等级划分的标准。针对爆炸危险性的工房进行了防雷设计，主要从包括对直击雷，感应雷以及雷电波入侵等设计了相应的防雷措施，同时结合某危险品工房详细设计了防雷装置，如对避雷针、避雷线、避雷杆以及引下线和接地装置等进行了严格的计算和设计。最后对防雷装置的安全管理进行了分析。关键词：雷电，防雷，危险品工房，防雷设计AbstractLightning was a common phenomenon of atmospheric discharge, It was closely related to human life,it was an integral physical process part of nature. Was accompanied by lightning of the thunder and lightning and thunder a spectacular and was a bit daunting discharge phenomenon. Lightning usually generated by convection development exuberant cumulonimbus clouds, so often accompanied by strong wind and heavy rain, sometimes accompanied by hail and tornado. One can imagine the harm.This paper combined with the present situation of the dangerous goods workshops and existing code for the design of lightning protection, understand the workshops lightning protection grade division standard of dangerous goods. For explosion risk workshops for the lightning protection design, Mainly from including a lightning strike, induction thunder and thunder electric wave invasion and design the corresponding lightning protection measures, at the same time combined with a dangerous goods workshops designed the lightning protection device in detail, Such as the lightning rod, wire, lightning rod, and down lead and grounding device and so on has carried on the strict calculation and design. Finally, the management of the lightning protection device was introduced.Key words：Thunder and lightning，Lightning protection，Dangerous goods workshops，Lightning protection design第II页 目录1.绪论11.1雷电的危害11.2国内外关于雷电防护的研究11.3防雷技术的发展31.4本课题研究的目的和意义32危险品工房的防雷等级划分52.1工房概况52.2工房危险因素分析52.3工房防雷等级的划分62.4第一类防雷建筑物防雷技术要求62.4.1第一类建筑物防直击雷技术要求62.4.2第一类建筑物防感应雷技术要求72.4.3第一类建筑物防雷电波入侵的技术要求83危险品工房直击雷的防护93.1工房平面图93.2工房落雷频率计算93.3危险品工房直击雷的防护设计123.3.1接闪器的设计123.3.2引下线的设计153.3.3接地装置的设计153.4现代的防雷器的发展164危险品工房防雷电电磁感应设计174.1雷电电磁脉冲简介174.2浪涌保护器184.3防感应雷设计184.4防雷电波入侵设计184.5等电位连接设计195防雷装置管理205.1防雷装置的日常检查与维护205.2防雷档案管理205.3防雷装置的检测216结论22参考文献23致谢25第II页 1.绪论1.1雷电的危害雷电不仅仅是一种雄伟壮观的自然景象，它更会给人类带来巨大的灾害1。雷电是一种典型的天然强电磁脉冲，据统计，全球范围内每秒约发生100次闪电过程。雷电放电通道的峰值电压高达数百万副伏，电流达几十万安，电流上升率达几万安/微妙。因此，在放电通道周围会产生强大的电磁感应效应、热效应、电动力效应、高电压波入侵和电磁辐射效应，对附近的建筑物、人员和电子设备构成严重威胁2。雷电的主要危害分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体危害表现如下： (1)雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。 (2)雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。 (3)雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。 (4)雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。 (5)雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。 (6)雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。1.2国内外关于雷电防护的研究国内对防雷技术发展的研究及现状：自从1990年，国际电工委员会颁布了建筑物防雷标准IEC 1024-1，正式定义了雷电流标准波形和参数，作为防雷研究的依据，规定了用峰值电流I、电流上升率 、波头（或者波前）时间T、半峰值时间T描述电流3。我国第一部建筑物防雷设计规范GBJ57-83于1983年11月公布，紧接着于1994年4月颁布了第二部建筑物防雷设计规范GB 50057-94，此规范吸收了许多的外国的先进的防雷技术，并将接闪器保护范围的计算方法改为IEC推荐的“滚球法”并结合我国的防雷设计的实际经验增加了许多新的条款。1998年2000年期间，受国家电力公司的委托，由广东电力试验研究所牵头与原中国科学院兰州高原大气物理研究所及武汉水利电力大学合作在广东从化（1998-1999）及韶关地区（1999-2000）进行了火箭引雷试验，对闪电通道底部电流进行测量，并研究半导体消雷器的防雷效果4。试验采用火箭拖带的细钢丝直接接地和通过100m左右的绝缘尼龙线再经过电流测试装置和大地连接两种方式。前者是传统的引雷方式，可以模拟高层建筑物激发的上行雷；后者称为空中引雷方式，可以模拟下行雷与地面目标的连接，试验共取得5次成功，其中有3次空中引雷被高速摄像机记录到，1999年实验地点与1998年相同，重点是研究半导体消雷器的防雷效果，共有效发射20发火箭，都是采用钢丝经6m的尼龙线和消雷器相连接的方式以保证人工引雷能击中消雷器，试验记录到有意义的数据和图像一共11次，其中8次成功地将雷电网地电位升高，快慢电场变化高速摄像等一批综合观测资料。国外对防雷技术的研究以及现状：20世纪90年代以前，国际和国内的标准、规范都缺少关于雷电电磁脉冲防护的规定，1992年，国际电工委员会防雷专委会（IEC-TC/81）开始讨论这个问题，1995年2月，该机构发布了国际标准雷电电磁脉冲的防护IEC 1312-1、2、3，分别对雷电电磁脉冲的定义、分区防护和过电保护器件测试做出了规定。 20世纪90年代以后，防雷工程主要致力于改进避雷装置以减小雷电流峰值和上升率，减弱电磁辐射5。比如：美国、意大利和我过先进的公司都应该有生产此设备；采用优化避雷针抑制雷电流上升速率；使用有源避雷针，屏蔽地面上行先导等，但经过实践证明上诉改进并不理想，都存在流通能力低、抗风能力差、成本高和引雷的致命弱点。美国国家航天局在20世纪80年代中期就将雷电预警系统用于航天器材发射。另外，主动预防雷电技术也已经有所发展，1997年1月日本科学家用CO激光引发雷电，病获得了初步的成功,以飞秒激光等为代表的高功率激光技术的发展，给激光消雷技术带来了光明的应用前景；美国海军曾经试验用水下爆炸的方法激起水柱引发雷雨云放电，以避免对军舰的威胁。1.3防雷技术的发展近代雷电发展是从1752年富兰克林发明了尖头避雷针到科学家们发现大气电场的存在，以及对大气电场从定型到定量的转变，加之科学家们的不断努力，最终奠定了现代雷击及其电磁脉冲防护的理论基础5。第二次世界大战期间，由于雷暴威胁飞机和气球飞行，干扰无线电通信，没的双方都投入了大量的人员进行研究，加上雷达和航空技术的进步，为雷电科学提供了新的测量手段，Schonland(1956年)和Berger(1966年)先后提出闪击由先导放电和主放电两个发展阶段组成6。原始的防雷技术是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，雷电过电压下间隙击穿接地，放电降压而起到保护线路或设备绝缘的作用。保护间隙，其两极由角形棒组成，一极固定在绝缘件上连接带电导线，而另一极接地，间隙击穿后电弧在角形棒间上升拉长，电弧电流较小时可以自行熄弧，电弧电流大到几十安培以上时就不可能自行熄弧；雷电过电压时，单相、两相或三相间隙都可能击穿接地，造成接地故障、两相或三相间短路故障，以致线路电源断路器保护动作分闸。管型避雷器，是一种具有喷气熄弧功能的间隙装置，它有内外两个间隙，外间隙类似保护间隙，两极均固定在绝缘件上，内间隙置于避雷器管内，当雷电过电压内外间隙击穿时，雷电流和工频短路电流经管内壁接地，管壁物质受热气化，有较大压力气体经内间隙喷出管外，强制间隙熄弧。管型避雷器的选用受安装地点最大、最小短路电流制约，最大短路电流大于避雷器的断流上限时避雷器会爆炸；短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧，避雷器可能烧坏。另外管型避雷器多次动作后，管内径会逐渐增大，熄弧能力会下降甚致消失。 保护间隙和管型避雷器都是靠间隙击穿接地放电降压起到保护作用，这种作用同时会造成接地故障或相间短路故障，保护作用不完善是显见的，在现行防雷保护中仅将它们限用于线路防雷，并尽量与自动重合闸装置配合，以减少线路停电事故。而对于电气设备防雷多采用阀型避雷器，它像似带有自动闸阀器具，在过电压下自动开闸泄流降压，恢复运行电压时闭闸断流，这种保护作用是靠避雷器内电阻元件的限流限压作用实现的，过电压下电阻元件可将雷电流限制在5kA内，电压（即残压）限制在设备的雷电冲击绝缘水平以下；有些电阻元件在运行电压下仍有电流（即续流）通过，长时续流会使其损坏，故一般需加串联间隙隔离运行电压，并靠间隙灭弧和切断续流。避雷器的电阻元件可避免电力系统直接接地或相间短路故障，其保护作用不会影响电力系统的正常安全运行，是阀型避雷器突出优点。阀型避雷器的发展已有几代产品。总之，雷电防护技术已经由单纯的重视直击雷和强电防护转向直击雷和雷电磁脉冲并重，强电防护与弱电防护并举，在防护方法上，从分流，等电位连接，接电针对传导过电压的防护方法，发展到包括电磁场所防护的屏蔽，滤波等技术的综合防雷技术。1.4本课题研究的目的和意义随着经济的不断发展，社会的不断进步，危险品已经深入我们的日常生活中。石矿行业所采用的炸药；工业硫酸的生产；化肥的生产；乙炔气的制备等等一切，都是危险品。危险品是指易燃、易爆、有强烈腐蚀性的物品的总称。如汽油、炸药、强酸、强碱、苯、萘、赛璐珞、过氧化物等。不仅仅产品是危险的，而且它们的生产过程也是相当危险的，因此一旦此类工厂发生事故，那将造成不可估量的损失。雷电放电通道的峰值电压高达数百万副伏，电流达几十万安，电流上升率达几万安/微妙。因此，在放电通道周围会产生强大的电磁感应效应、热效应、电动力效应、高电压波入侵和电磁辐射效应，对附近的建筑物、人员和电子设备构成严重威胁，对于现代工业的危险品工房来说，其一生产量大；其二现代化的生产机器比较多，比如半自动化，自动化的生产机器等等。雷电的直击雷危害以及电磁感应危害都会对危险品工房造成不可估量的损失，因此对于现代化的工业厂房，尤其是此类危险品工房而言，对其进行严密的防雷设计是必不可少的。必须保证此类工房的安全性质。 2危险品工房的防雷等级划分2.1工房概况此工程位于山西省一处比较偏远的地方，这个工房分为两部分，第一部分是控制室，里面主要是一部大型的电子信息控制设备；第二部分是生产间，里面分为炸药准备区，弹体准备区，炸药融化混合区，保温冷却区以及一个临时库存区。里面的一切操作均由操作手进行操作，人利用控制室里的设备进行操作。关于生产工艺流程，该工艺主要用于TNT、梯黑铝、梯铝、梯黑等混合炸药。TNT的熔点只有80可做溶剂，加入HMX可提高威力，在装药时装药过程抽真空以消除缺陷，防止炸药后出现气泡或者产生裂纹。保温冷却，在低比压冷却罐里用热芯棒逐层冷却，8小时之后再进行自然冷却，这种装药需要连续混药，防止有界面断层出现。这条生产线实现了半自动化生产，但是仍需要人的干预，总控制室在土围外。2.2工房危险因素分析主要爆炸性物品分析：TNT：是一种烈性炸药，呈黄色粉末或鱼鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。由于威力大，常用来做副起爆药。爆炸后呈负氧平衡，产生有毒的一氧化碳，故不适用于地下工程爆破。它是一种带苯环的有机化合物，溶点为摄氏81度。它带有爆炸性，常用来制造炸药。它经由甲苯的氮化作用而制成。炸药的数量有被使用作为能量单位，每公斤可产生420万焦耳的能量，1000吨TNT相等于4.2兆焦耳，一百万吨相等于4200兆焦耳。其分子量 227.13。白色或苋色针状结晶，无臭，有吸湿性;蒸汽压0.01kPa(82)；熔点81.8；沸点280(爆炸)；溶解性:不溶于水，微溶于乙醇，溶于苯、芳烃、丙酮；密度:相对密度(水=1)1.65;稳定性:稳定；危险标记 1(爆炸品)；主要用途:用于制造染料、医药、炸药，也作试剂等。RDX：黑索金作为一种高能单质炸药，具有威力大，猛度高，化学安定性好等优点，广泛用于制造雷管、传爆药和导爆索。钝化黑索金以及黑索金制成的混合炸药用于炮弹、航弹、火箭（导弹）战斗部以及鱼雷、水雷、地雷等爆炸威力大的炸药装药，并在高能发射药和推进剂中作为一种组分获得了应用。纯的黑索金的熔点为：204.5205，压药密度为1.77g/cm时，爆速达到8600m/s，是最好的高能炸药之一。制备的黑索金由于含有少量的奥克托今而熔点略低。AL：铝有很大的能量，能释放出很多的热量。比如通过我们学过的铝热反应就能清楚的想到铝的热量是非常大的。其一旦被引燃，将或造成严重的经济损失和人员伤亡。2.3工房防雷等级的划分本工程分为3个部分，总控制室、生产间、临时库房，其中生产间和临时库房主要进行危险作业和储存危险品，定为1区爆炸危险环境，没有大型电子设备，主要进行直击雷的防护。总控制室没有危险作业，其中有一台大型电电磁的电子设备，主要需要进行防雷电感应以及防雷电波入侵的设计。依据GB 500572010版建筑物防雷设计规范相关规定如下：（1）凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。（2）具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。（3）具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 凡是满足上述要求的建筑物都属于第一类防雷建筑物。爆炸危险性是指制造、使用或存储大量爆炸物质，如火药、炸药、起爆药、火工品等，在电火花作用下或引起强烈爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡；以及在正常情况下爆炸性气体、可燃性粉尘或纤维/空气混合物可能会连续、短时间频率出现或长时间存在的这类爆炸危险场所。如火炸药生产车间、乙炔站、电石库和汽油提炼车间等7。所以，本论文所阐述的工程是属于第一类防雷建筑。2.4第一类防雷建筑物防雷技术要求2.4.1第一类建筑物防直击雷技术要求（1）装设独立避雷针或架空避雷线，使被保护建筑物及突出屋面的物体（如风帽、放散管等）均处于被保护范围之内；对排放有爆炸危险性气体或粉尘的管道，保护范围应高出管顶2m以上。对于使用独立避雷针或架空避雷线时应有独立接地装置，冲击接地电阻应不大于10。（2）对于难以装设独立避雷针或架空避雷线的场所，可在建筑物上装设避雷针或沿整个屋面装设网格不大于66m的避雷网。装设均压环时环间垂直距离不大于12m，并于建筑物内金属结构及设备相连，可利用电力设备接零干线或接地干线作均压环。对排放爆炸危险性气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀及排风管等，管顶及附近避雷针针尖应高出管顶3m以上，保护范围应高出管顶2m以上。（3）排放爆炸危险气体，蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围以内，当有管帽时，应按表21确定，当无管帽时，应为管口上方，半径为5m的半球体。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。表21 有管帽的管口处于接闪器保护范围内的空间装置内的压力与周围空气压力的压力差（kpa）排放物的比重管帽以上的垂直高度（m）距管口处的水平距离（m）5重于空气11525重于空气2.5525轻于空气2.5525重或轻于空气55（4）排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放 物达不到爆炸浓度，长期点火燃烧，一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。（5）独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。2.4.2第一类建筑物防感应雷技术要求（1）建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外表、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。（2）金属屋面周边每隔1824m应采用引下线接地一次。对于现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔1824m采用引下线接地一次。（3）防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，对于有特殊要求的电力、电子设备接地装置，在不能共用时也可分开设置。（4）对于平行敷设的长金属物体，当净距离小于100mm时应每隔2030m用金属线进行跨接；交叉净距离小于100mm时也应用金属线跨接；当管道连接处不能做到保持良好金属连接时，也应用金属线跨接。2.4.3第一类建筑物防雷电波入侵的技术要求（1）全长采用直接埋地电缆，入户处电缆金属外皮与防雷电感应接地装置相连。（2）采用长度不小于50m的金属铠装电缆直接埋地引入，入户处电缆金属外皮与防雷电感应接地装置相连，电缆与架空线路连接处装设阀型避雷器，并与电缆金属外皮和绝缘子铁脚一起接地，且冲击接地电阻不应大于10。（3）金属管道入户处应与防雷电感应接地装置相连，管道入户处及邻近100m内要求每隔25m左右接地一次，且要求各冲击接地电阻不应大于20。3危险品工房直击雷的防护3.1工房平面图要对一个建筑进行防雷设计，必须了解其规模大小，包括最基本建筑的长、宽、高，以及功能分布。此工房是一个长为80m，宽为10m，高度为5m的生产工房。平面图如图3.1所示：80m10m俯视图控制室生产间5m10m左视图图3.1 工房平面图3.2工房落雷频率计算雷电发生的频率是对雷电防护的一个至关重要的数据资料，每个国家的不同地区每年的落雷概率是不一样的，我们可以根据各个地区的不同情况，来针对其特点制定相应的防雷条框，根据这个来设计进行防雷工程。对于雷击事件而言，经常落雷的区域以及建筑物上常有的遭受雷击的部位都存在一定的统计规律，因此掌握这些规律并采取有针对性的防护措施，对减少雷击事件的发生是具有非常重要的作用的8。易于受雷击的部位主要包括以下几方面：(1) 缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等；（2）没有良好接地的金属屋顶；（3）潮湿或空旷地区的建筑物、树本等；（4）由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击；（5）建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方9-11。对于建筑物防雷等级的划分来说，是要考虑很多因素的，而建筑物年雷击率是建筑物防雷设计的重要依据，我国现行的防雷设计规范GB 500572010中给出了建筑物年雷击率n（次/年）的计算公式： （3.1）式中 ：建筑物预计雷击次数（次a）：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；Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次（km2a）a；与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。对于雷电发生的频率来说，我们一般采用两种方法进行描述：雷暴日和落雷密度。那么，什么是雷暴日呢？即以一年的当中该地区有多少天发生人耳能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷暴日的天数越多，表示该地区雷电活动越强；反之则越弱。因为人耳能听到的范围有限，一般距离在15km左右，所以雷暴日只能反映局部地区的雷电活动情况。那么什么是落雷密度呢？落雷密度是1km2范围内一年总共发生的雷电次数12,13。经过几代科学家们的共同努力终于发现，一个地区的落雷密度和暴日是相关的，满足一下公式： （3.2）式中 ：落雷密度（次/（km年）； 雷暴日（天/年）。无论是雷击风险评估还是防雷装置设计审核,对建筑物等效面积的计算都是必不可少的。建筑物等效面积能够直接影响到年预计雷击次数以及雷击风险值的计算,对建筑物防雷设计或风险评估具有重要的意义。建筑物等效面积 应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：图3.2 建筑物的等效面积（1）当建筑物的高H小于100m时，其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定 （3.3）式中： D建筑物每边的扩大宽度（m）；L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）。（2）当建筑物的高H等于或大于100m时，其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算；建筑物的等效面积应按下式确定：LW2H（LW）H*10 （3.4） （3）当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积 应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。 不同的建筑物有不同的雷击概率，我们可以根据建筑物的雷击概率来设计我们的防雷工程，雷击概率大的我们应该进行重点设计，复杂设计。所以雷击概率是一个非常有用的数据。我国地域广阔，地形复杂，气候区跨越亚热带和温带，南北气候差异明显。防雷工作者经过长期的观测、统计，将我国雷暴分布情况划分为4个区域：第一个区域为北纬37以南，东经107以东的地区；第二个区域为北纬37以南，东经107以西的地区；第三个区域为北纬37以北，东经107以东的地区；第四个区域北纬37以北，东经107以西的地区。如图是我国部分城市平均雷暴日。我国部分城市年平均雷暴日城市雷暴日（天/年）城市雷暴日（天/年）城市雷暴日（天/年）北京36.3石家庄31.2哈尔滨35.2上海28.4太原36.4南京32.6天津29.3呼和浩特36.1杭州37.6沈阳26.9长春35.2合肥28.2福州53.0南昌56.4济南25.4郑州21.4武汉34.2长沙46.6广州76.1南宁84.6成都34.0贵阳49.4昆明63.4拉萨68.9西安15.6兰州23.6西宁31.7银川18.3乌鲁木齐9.3海口104.3台北27.9香港34.0吉林40.5经查表得出：太原的雷暴日：36.4（天/年） 工房的尺寸：L=80m；W=10m；H=5m；代入公式计算得出：=0.009482；N=0.0487次；Ng=2.5683次3.3危险品工房直击雷的防护设计3.3.1接闪器的设计接闪器可以由以下一种或多种组成进行选择：（1）独立避雷针；（2）架空避雷线或架空避雷网；（3）直接装设在建筑物上的避雷针、避雷网或避雷带；根据GB500572010得出：第一类防雷建筑物的滚球半径为=30m，接地电阻的阻值不应该超过1013。由于此工房的长度远远大于第一类防雷建筑的滚球半径（30m）。故需要架设多只避雷针避雷针进行防护，会增加成本。因此出于经济考虑，本论文采用架设避雷线的方式进行直击雷的防护14。如图3.3所示：避雷线工房避雷杆避雷针图3.3 防雷装置示意图这是由两个避雷杆和一根避雷线组成的。避雷线应该采用截面积不小于35mm镀锌钢绞线连接。接下来我们需要对避雷杆进行严格的计算：首先是避雷杆的位置的计算：根据第一类建筑物架空避雷线与被保护建筑物之间的距离的公式： （3.4） （3.5） 式中：为被保护的工房的高度，取其为5m；为架设避雷线支柱处接地电阻的冲击接地电阻，取其为10。代入公式计算得出： 为保证安全，故取。房屋的高度为5m，第一类防雷建筑防反击最小距离为3m。又因为避雷线长度L=80+10=90120m。所以避雷线的最低悬垂点h=2m。因此，避雷柱的高度为5+3+2=10m。根据第一类防雷建筑物架空避雷线与被保护建筑物之间的垂直距离计算公式，确定避雷线的最小高度： （3.6） （3.7） 式中： S避雷线（网）至被保护屋的空气中距离，m； h一一避雷线(网)的支柱高度，m； l避雷线的水平长度，m；通过计算得出： 故取。因此避雷支柱的最小高度为h=5+4+2=11m。为了验证设计高度要求，用该库房的最宽处屋檐作为验证点，只要设计的避雷针能保护好屋檐，那么整个工房就是安全的15。因此，根据GJB 2269A2002中滚球法确定接闪器的保护范围中单根避雷线的保护范围计算方法验证。根据公式： （3.8）代入数据进行计算得出：在h=5m的高度上，b=5.7785m。因此能保护好。图3.2 避雷线的保护范围(单位/m）其次，应该在两个避雷杆上安装两根避雷针。根据GB500572010规定，选用长度为1.6m，直径为20mm的圆钢制作，并且在其表面经热镀锌处理。3.3.2引下线的设计引下线的作用是将接闪器借来的雷电流引入大地，它应能保证雷电流通过而不被融化16。一般来说，建筑物的金属构件，如消防梯，烟囱的铁爬梯等都可以作为引下线，但是所有的金属部件之间都应练成电气通路。根据GB500572010规定，选用直径为10mm的圆钢，并且在其表面同样进行热镀锌处理。为了保证引下线与接闪器连接牢固可靠，采用焊接，焊接长度为60mm。并且在距离地面0.5m处设置断接卡，将其用改性塑料管包裹。3.3.3接地装置的设计接地装置的作用是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运转17。接地装置是由接地线和接地体两部分组成的，其中接地线是指从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体，包括接地干线（也称母线）和接地分支线；接地体是指埋入地下的起电流疏散作用的导体，分为人工接地体和自然接地体两种18。接地线采用10mm的圆钢，与引下线在断接卡处可靠连接；接地体采用截面积为120mm的扁钢作为水平接地体。从接地线开始，沿放射方向设置3根做成放射状，并且在各个连接点进行焊接，以保证其牢固可靠，整个接地体的埋地深度为0.5m。太原此处的土地多为黄土、沙土，因其本身电阻率比较高，所以用进行换土作业，填入适量的电阻率比较低的粘土，然后将土壤分层务实，并且加入适量的木炭，以保证土中的含水量，也可以加入适量的降阻剂19。3.4现代的防雷器的发展避雷针，避雷网，避雷带等等的避雷装置已经发展比较完善了，现在又出现一些新型的防雷装置，这些装置尚未被防雷标准采纳，统称为非常规防雷装置19。其工作原理大致分为4类：第一、人工引雷，即人工创造放电通道使雷雨云电荷泄放到大地上；第二、消雷器，基本原理是通过尖端电晕放电，将地面电荷引向空中，与雷电先导内的电荷中和，从而消除下行雷击；第三、加装限流装置，它试图通过接在接闪器之下的阻尼电路实现对雷电流幅值及变化率的衰减；第四、提前放电避雷针，为了更好的使用避雷针引雷，早期预放电避雷针采用高电压模块，达到主动引雷的目的。这些产品主要有：激光引雷技术、火箭引雷技术、水注引雷技术、放射性避雷针、排雷器、消雷器以及优化避雷针和早期预放电避雷针。雷电定位理论是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场等特性来遥测闪电回击放电参数的远离、方法。如果能将雷电来的时间，地点，方位等等确定，我们是不是将会很容易的达到避雷的效果呢？这是毋庸置疑的。我相信这项技术一定会有很光明的未来。4危险品工房防雷电电磁感应设计4.1雷电电磁脉冲简介雷电电磁脉冲简称：LEMP。是伴随雷电放电产生的电流瞬变和强电磁辐射，属于雷电二次效应之一，它是最常见的一种天然强电磁脉冲干扰源。LEMP的危害区域远大于直击雷，它既可以由云地闪电产生，也可以由云内闪电和云间闪电产生，影响区域遍布对流层一下至大地表层，对空中飞行的火箭、飞机、导弹，地面架空输电线、各种电子设备都有不同程度的危害，因雷电电磁脉冲造成室内电磁设备损坏、失效、误动作等造成的间接损失更是难以估计。随着电子设备的高集成化、智能化、低功耗化，LEMP的危害日益突出20。LEMP可以划分3中形式：静电脉冲、地电流浪涌和电磁脉冲辐射场。以往防雷工程中强调的LEMP通常指地电流瞬变和架空输电线的传导浪涌，而现在对电磁脉冲辐射场的危害越来越重视了。静电放电脉冲的危害形式，主要表现为以下两种：（1）电压（流）浪涌。输电线路上的静电高压脉冲会沿导线向两边传播，形成高压浪涌，对相连的电气设备造成危害。（2）高压电击。垂直安放的导体，如果接地电阻较大，会在尖端出现火花放电，能点燃易燃易爆物品；如果人、畜在闪电过后的短暂时间内触摸或接近这类物体（如木门框上的铁门），可能遭电击身亡。雷击电磁脉冲是指当雷电击中接闪器或者建筑物时，由于雷电流的迅速变化而在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。因此，雷击电磁脉冲对建筑物内的电子信息设备具有较大的危害性，若不采取防止措施，将会使电子信息设备产生不可逆的硬件损毁。随着信息网络的高速发展，智能建筑中的智能化设备、通信设备的数量和规模在不断扩大，这些设备对雷击电磁脉冲非常敏感，如被破坏，将造成非常大的损失21。因而现代建筑设计中防雷击电磁脉冲就显得十分重要。现在已经进入信息时代，随着超大规模集成电路、计算机技术和计算机网络系统的发展，对电磁脉冲的敏感程度有所提高，由于对电磁脉冲的防护相对较为薄弱，因此雷暴日虽未增加，但雷电灾害却呈逐年上升之势。4.2浪涌保护器雷电电磁脉冲最终是以浪涌的形式（即瞬态过电压或过电流）对电子产品器件和设备产生破坏作用的，因此对其防护应该采用浪涌保护器。浪涌保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。工程上常用的浪涌保护器有：火花间隙、气体放电管、金属氧化物压敏电阻、瞬态抑制二极管等等。浪涌保护器工作过程是这样的：来自电源插座的电流输送给电源板上插接的多个电气和电子设备。如果产生浪涌或尖峰，使电压超过了可接受的级别，浪涌保护器会将多出来的电流转移到电源插座的地线。 在最常见的浪涌保护器中，都有一个称为金属氧化物变阻器的元件，用来转移多余的电压。4.3防感应雷设计根据规定，本论文采用在四周的屋檐和屋脊上敷设避雷带防感应雷。避雷带采用圆钢，其直径为15mm。支持卡高为20cm，支持间距为1.0m。焊接长度为180mm，避雷带的拐弯处做成弧形。在工房表面敷设引下线，与避雷带可靠焊接，引下线的间距要小于12m，以保证达到防雷设计规范。将此工房中的设备、管道、构架、电缆金属外表、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。金属屋顶必须接地，对于钢筋混凝