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1．本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述
高层建筑的特点是高耸空中,雷雨季节,雷击危害首当其冲。且年预计雷击次数随着建筑高度的增加而增加,同时现代高层建筑正在向智能化方向发展,一般都拥有大量的电子设备和网络系统,而这些设备大多数属于耐压等级和绝缘强度低,过电压能力差,线路上只要有几百伏乃至几十伏的浪涌电压,就会击穿破坏这些设备,且最怕受雷击(无论直击、侧击雷还是感应雷);再者高层建筑人员密集又大多为不熟悉电气的人员,电气设备很多,且很多电器常为人们所接触,跟工业建筑相比,空间比较小,电气线路纵横。因此为了大厦、人员、设备等的安全,在高层建筑防雷设计中,必须将外部防雷和内部防雷统一考虑,只有这样才能真正控制雷击事故。
雷击分为直接雷击和感应雷击"感应雷击在雷击灾害中占80%"感应雷击会在附近导体上产生静电感应和电磁感应"电气设备的外界电涌主要是指感应雷击"感应雷击是瞬间(百万分之一秒)产生的高电压和高电流,它沿着导体在瞬间冲击与导体相连的电器设备,造成设备故障或损坏，而电器设备能够忍受的瞬间高电压和高电流是很有限的家用电器包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等,是在特定的电压范围内工作的,如果超过了一定限度将发生系统崩溃!机器毁坏甚至人员伤亡的事故;含有微处理器的电气设备更容易受到感应雷击的损坏,这包括计算机和计算机的辅助设备,超规模的集成芯片,电路更密集,元器件间隙更小!导线更细,从而增加了计算机等设备受感应雷击损坏的概率，感应雷击也会使这些电器设备的寿命和精确度受到影响。美国超过95%的用电场合都采取了防雷击措施，尤其是银行!金融保险系统!电讯网络!石油化工厂等重要部门都安装了防雷击保护器等防雷击设备,而中国却低于5%，特别是建筑物内必要的防雷击保护措施欠缺。我国每年的雷击损失高达100亿人民币。每当雷雨季节,室内家用电器遭雷击损坏的事件时有发生,严重的造成电器爆炸甚至引起火灾,威胁着人们的生命财产安全。因此,高层住宅建筑防雷击保护是住宅设计中优先考虑的问题。
随着我国经济消费水平的迅猛提高，空调机安装进人住宅及办公写字间等也越来越多，其中分体式空调机由于其所特有的优点，在此类机器中占有较大比例。但通过现场观察目前高层建筑分体式空调机的使用情况后，发现存在着绝大多数建筑物外墙上的空调外挂机金属外壳及其金属支架，均未与建筑物的防雷装置相连接。即安装使用的外挂空调机未采取中华人民共和国强制性国家标准《建筑物防雷设计规范》GB5057-94中要求的防侧击雷措施。因为规范中防侧击雷的要求:“第二类防雷建筑物45m及以上外墙栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接;第三类防雷建筑60m及以上外墙的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。
1造成上述问题的主要原因
1.1分体式空调机的安装均是在建筑物交工验收后住户或房间使用者自行找生产厂家或销售商安装的。其安装设置位置、外形尺寸均是由使用者自己选定，而不是由建筑工程通风空调专业的设计人员设讨。
1.2很多建筑工程通风空调设计人员在建筑工程设计阶段未设计此部分内容，同时也就造成建筑电气专业设计人员未在建筑物外墙上设置供空调外挂机金属外壳及其金属固定支架防侧击雷的连接预埋点。
2．毕业设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法
1 建立防雷接地系统,主要防止直接雷击
直接雷击作用在金属导体上,高压雷电以波的形式沿导体向两端传播进入室内,有时直接雷击在建筑物和建筑物附近入地,或建筑物防雷装置采用共同接地,其接地极上释放雷电流(或浪涌电流),会在接地极上因电阻耦合发生数十kV乃至上百kV的高电位,该电位通过金属导体,以波的形式传入室内,形成高电位损坏。
1)建筑物防直接雷击"根据GB50057294防雷规范第3.3.1条规定:第二类防雷建筑物防直接雷击的措施,宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器高层住宅的避雷网(带)沿屋角，屋脊，屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设,在整个屋面组成不大于10m*10m和12m*8m的网络屋面电梯机房等突出物装设避雷针"避雷针是由1根耸立在建筑物顶上的金属棒(接闪器)，金属引下线和金属接地体等三部分组成的防雷装置，它的作用是使可能袭击建筑物的雷电吸引到它上面,再引入大地,借以保护建筑物。根据GB50057294防雷规范第3.3.3条规定:金属引下线为两根直径不小于10mm,沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不大于18m，高层住宅是利用建筑物柱子钢筋作为引下线,并按跨度设引下线,其间距均不大于18m,每根引下线的冲击接地电阻不大于108.2)建筑物防侧向雷击，高层住宅高度为65m,根据GB50057294防雷规范第3.3.10条规定:采用了等电位措施,即在底层以及距地30m和以上部分每隔三层绕建筑物外廓的墙内做均压环,并与引下线焊接"同时在户内做局部等电位。
2 建立电源防雷系统,主要防止感应雷击
感应雷入侵导致设备破坏的通道很多,主要是通过电源线，信号线，天馈线的耦合等侵入设备,也可以通过其它金属管道引入,如上下水管，煤气管!电缆金属外皮等"因此,必须对感应雷入侵的每个通道进行防护,防护措施是:感应雷入侵的通道安装适当的防雷击保护器,并做等电位连接。
3 建立等电位连接系统
为消除雷电引起的破坏性电位差,电源线、信号线等进出备的线路均通过防雷击保护器进行总等电位连接"具体做法在把建筑物顶层的接闪器、上下水金属管道和其他大件金属物及建筑物梁!柱内钢筋进行可靠连接,并与建筑物相关的埋入下的未带电的金属部件进行可靠连接，各户做局部等电位连并与接地线连成一体，从而使整个建筑物等电位也就是使整建筑物及其内部的电气设备与大地是等电位的"等电位连接防雷设计中的一个重要环节，等电位连接线采用铜导线,其横截面积根据防雷击保护器
额定放电电流进行选择。
3．本毕业设计课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路
1 高层建筑的外部防雷
高层建筑的外部防雷主要指防直击雷和侧击雷,其作用是保护建筑物本身免遭雷击,它由接闪器、引下线和接地装置组成,即常规的避雷装置。
1.1 接闪器
设计要根据本建筑物的防雷等级、使用性质和建筑物形状来决定方案,确定接闪器保护范围可采用滚球法、保护角法、折线法和网格尺寸法等。在屋顶设置了接闪器后还应将屋顶周边混凝土圈梁内的主钢筋互相通长焊通,并与引下线焊接,作为屏蔽和后备接闪器之用。
1.2 引下线 是将接闪器与接地体连接起来的导体,引下线常利用柱内或剪力墙的两根不小于516主钢筋焊接而成。引下线数量的多少直接影响分流效果,引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围也小,因此应尽可能的增加引下线的数量,减小引下线的间距,且在建筑物的中间部位增加均压环减小引下线的电感。这样做不仅可以分流,也可降低反击电压
1.3 接地体和接地线称为接地装置 其作用是将雷电流引至地,消除雷击和过电压的危害。高层建筑的基础通常是槽形或板形结构,只要基础采用硅酸盐水泥和周围土壤含水量不低于4%,基础外表面无防腐层或有沥青层的防腐层时,都可利用基础地梁和桩基的钢筋作为接地线和接地体,组成接地装置。它具有经济美观、安全可靠、便于雷电流场流散、接地电阻值稳定性高、不需要维护、使用期限长等特点。
1.4 均压带 高层建筑易受侧向雷击,当建筑物高度超过30m时,应在30米及其以上每2层围绕建筑物四周加均压带以防侧击雷,均压带采用510镀锌圆钢或25mm×4mm镀锌扁钢敷设于结构圈梁内或直接利用圈梁内主筋,并与引下线连接。
2 高层建筑物的内部防雷
内部防雷装置包括防雷电感应,防反击以及防雷电波侵入和防生命危险。良好的内部防雷能减小建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应,并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电电磁脉冲所造成的危害。内部防雷主要采取等电位联结、屏蔽和加装避雷器(过压保护器)等措施。
2.1 等电位联结 等电位联结是减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危 险的重要措施,是指将建筑物的各部位构成同一个均衡电位,是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。
2.1.2 进线配电箱PE母排、进出建筑物的金属管道,建筑物的钢筋接地网及金属结 构、所有的强弱电电源线、信号线的接地线的等电位联结:连接到总等电位联结板上的MEB导线截面应等于相线截面积或采用40×4镀锌扁钢。煤气管道的户外地下部分不能作为接地极,可在管道入户后,插入一绝缘段,并在绝缘段两侧间跨接一放电间隙电涌防护器,以消除雷击时绝缘段两侧的高电位差在管道内产生电火花。
2.1.3 电气设备、电子设备的电源线路上的等电位联结电气设备和电子信息设备 的电源线路上可感应雷电瞬态对地过电压而上述设备一般均为耐压低,过电压能力差,故此过电压完全可能击坏设备的绝缘,为此也应作等电位联结来防范。而电源线路中带电导体是不能直接和PE线或地线相连的,因此要解决这个问题就要采用电涌防护器(SPD)来实现等电位联结。
2.2 屏蔽与防雷电电磁脉冲(LEMP)
屏蔽其主要目的是对建筑物内的各种通讯设备、电子计算机、精密仪器和各种微电子设备的防护。这些设备当防雷装置接闪时,会受到强大雷电流对它的电磁干扰。因此高层建筑常常采用法接第笼——即尽量利用钢筋混凝土结构内的顶板、地板、墙面和梁、柱,使其构成一个六面体的网笼,从而达到屏蔽效果。良好的屏蔽不仅能防各种电磁波的干扰,还可以达到良好的等电位和分流作用。若对建筑物整体进屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。
4．完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法
〔1〕丁明往、汤继东,《高层建筑电气工程》,水利电力出版社,北京,1988，
P266—283
〔2〕王时煦等,《建筑物防雷设计》,中国建筑工业出版社,北京,1985,
P55—68
〔3〕《建筑物防雷设计规范》,(GB50057—94)
〔4〕《实用接地技术》《电世界》,1996增刊,P96—104
〔5〕王厚余,低压电气装置的安全接地和接地故障保护,中国航空工业规划设计研究院,
北京,1995,P6—31
（6）GB50057294,建筑物防雷设计规范[S].
（7）JGJ/T16292,民用建筑电气设计规范[S].
