英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
高层建筑雷电防护安全性研究
伊尔汗·坦默
土耳其穆尼亚科曼大学
摘要：本文论述了高层建筑雷电防护的安全性。同时也提出了滚球方法分析具有的优势和不利。网络接闪器系统的设计已经显示“滚球”的图形方法是一种强有力的分析。可以在全球范围内对同一物体的屋顶结构和周围的技术装置结构和结构之间的相互作用进行研究。
关键词 - 防雷，滚球方法，防雷安全，电几何模型
1、介绍
现在有很多高层建筑物，如电讯塔，宣礼塔、尖塔，冷却塔，移动设备的基站塔在城市以及城市地区。 他们全部需要有一个安全的保护，免受毁灭性的闪电电流的伤害，制定必要的防雷措施。 IEC 62305标准定义了个别雷电防雷系统的分类并规定了雷电保护方法。包括特殊保护装置在内的雷电过电压的内部保护表明该解决方法以及设计好的好的元素模型非常合适。 根据几种做法推断，雷电保护必须在内部和外部进行。应遵循关于减少直接雷击事故造成的人身损害和生命危险的标准的讨论。如果雷电威胁、所有风险事件均已估计，所确定的风险事件的后果均在可容忍的风险水平以上，则采取防护措施将风险降低到可容忍的水平以下。马塞蒂和弗利索夫斯基在他们的著作中解释了闪电对建筑物的危害及其评估，认为这是雷击造成的风险防雷系统的配置应该在一定范围内保证截取和传导选定保护等级的雷击的能力。
防雷系统应配置为保证截取和传导选定防护等级的雷电的能力，根据雷电电流的加入值范围，确定雷电电流的大小。为了减少雷电电流在防雷系统中流动造成损坏的可能性，引下线的布置方式应形成从雷击点到地的方式。在工业建筑中，结构之间的相互作用允许设计减小实际最大值，即下行导线中的流动电流的参考值。在由环形导体互连的周边周围以相等间隔安装尽可能多的下行导体，降低了危险火花的可能性，并有利于内部安装的保护。也就是说，下导体和环形导体的几何形状影响外部保护部件和其它导电部件之间电绝缘的间隔距离。滚球理论被称为空气终端系统的最佳设计程序。 有人作了修改，在新程序中空中使用滚球法防止建筑物的雷电防护。 在此基础上提出了一种基于雷电附着的新型物理模型。
滚球理论被认为是网络接闪器系统的最佳设计方法。在他的论述中，提出了一种利用滚球法对航站楼进行防雷定位的修改方案。提出了一种基于雷电附着物理的模型。
本文对高层建筑防雷系统的安全性进行了探讨。作为本研究的第一步，雷击拦截的效率似乎是最重要的。已经示出了“滚动球体”保护的一些有利特征。
- 网络接闪器系统的电气几何模型
对于闪电到地球，下行先导从雷云开始发展。当先导在几十米内接近地球时，就超过了地面附近空气的电绝缘强度。另一个类似于下行先导的引线开始朝着下行先导的头部生长。上行先导定义雷击点。上行先导的起点以及随后的连接点主要由下行先导的头部决定。下行先导的头部只能在一定的打击距离内接近地面。距离由向下引线的头部接近时地面电场强度的临界值定义。
在一个点上超过了电气强度，形成了导致最终打击并且设法跨越最终打击距离的上行先导。 对保护线和大型立式钢塔式结构（塔架）的保护效果的观察被用作所谓电子几何模型的基础[4,7]。 这是基于假设，即下行先导的头部接近地面上的物体，不受任何影响，直到达到最终的打击距离。然后由最接近下行先导头部的对象确定连接点。
滚动球体不仅可以接触到尖塔，而且可以在几个点接触到清真寺的正厅。在屋顶上可以看到最暴露的区域:坟墓、尖塔、中央高块和前面的尖塔，是案例研究的关键标志区域。所有接触的点都是潜在的雷击点。
雷电电流峰值与保持在下行先导中的电荷之间存在比例关系。此外，当下行先导荷。因此，雷电电流的峰值与最终冲击距离之间存在关系。这是滚动球体的半径，由下式给出：
r=10*I0.65
其中：r以m计，I以 kA计。
以电气几何模型的假设为基础，即下行先导以不受任何影响的任意方式接近地球上的物体，直到到达最终的雷击距离，可以推导出一种通用方法，可以检查任何布置的体积是否被保护。执行滚球法需要确定保护建筑物/结构的比例模型，包括外部防雷设备和接闪器系统(如果适用)，以及周围建筑物和被调查对象的位置。此外，根据雷电防护系统的等级，需要一个与最终的雷击距离相对应的真实比例的球体。滚球体的半径r必须对应于公式中给出的半径r。所使用的“滚球体”的中心对应于相应的上行先导将要接近的下行先导的头部。可以通过滚动半径可变的球体来执行图形模拟，该球体与建筑物的每个结构和对象的类别的适当或相互保护级别相关。图1展示出了围绕结构的模型球体。图2展示出了结构处的两个滚球体。
图I.用周围结构对物体进行3D模拟的模型
在图1和2中表明如何进行滚球分析
图2.在高物体顶部呈现两个滚动球体
“滚球体”现在围绕被检查物体滚动，并且在每种情况下都标记代表可能的打击点的接触点。然后将“滚球体”在所有方向上滚动到对象上，还 可以看到由要保护的物体的几何形状和其周围环境产生的自然保护区域。“滚动球体”可以追溯到这样一个事实，即在多次闪电的情况下，闪电的底部会因为风的条件而移动。因此，可以在确定的雷击发生地点周围形成区域。
在设计空气终端系统时，拦截标准是采用指定给防雷系统级别的雷电的最小预期值，确定更多穿透球体的半径。截取剖面可在建筑物和建筑物的屋顶平面图中显示，并作为“拦截标记图”，即由相应防雷等级的滚动球体接触追踪的所有热点的区域。
众所周知，滚球法是保护建筑物的最佳模型，用于验证空气终端系统的性能，估算雷电流在引下线中流动的雷电电流比。 通常设计人员使用二维图形分析防雷系统。
屋顶上暴露最严重的区域有四个塔，最暴露的区域在屋顶可见。有四个塔楼，一个中央高块和前面的垂直塔，以及案例研究的临界标志区。 对应于滚动球体中的半径( r )的雷电电流( IM )如图2所示。滚动球体位于中心结构块的塔内。
图形分析允许根据保护级别研究接闪器系统的行为，使其达到雷电电流的最大值(表I )。本表将重点介绍较高结构部件、安装的配件杆以及移动电话基站( GSM )、高压线路的塔等物体的贡献。它们具有非常复杂的空间。它们的几何形状也非常复杂。
图形分析允许研究空气终止系统行为的最大值雷电流根据保护水平表1。 本表将重点介绍高层结构部件，安装棒和移动电话基站（GSM），高压线塔架等物体的贡献， 可以说他们的几何形状非常复杂。
表1列出了不同雷电保护等级的最大雷电流IM的参数，摘自IEC的表5-6和7 的IEC62305-1。
表1.闪电的最大值和最小值根据防雷水平的参数
由表I可知，如果雷电电流最大值为3ka，那么滚动球体半径( r )可能为20m [ 4 ]。雷电电流冲击的最大值一般在的中心区域和接闪器系统的区域上，它来自于杆和网状导体之间的网状互连，被减小到KC * lM的预期电流，并且到达屋顶环形接地体，引下线。
为了确定每个建筑物和建筑物屋顶上的保护体积，考虑到安装技术设备的需要，也可以进行分析，如图3所示。
图3.接闪器系统结构截面的滚动层。
预期行程靠近一般引下线，对应于可能在屋顶边界的环形接地体上行程的临界半径较低的球体(图3 )。最低电流值假定为IDC在下行导体中流动的预期值。可采用IDC / IM比值来确定下列公式中给出的安全差距
引下线中从屋顶环形导线流出的实际电流影响危险火花的发生概率和保护内部装置的间隔距离。
所建议的方法基于滚球法，考虑到周围结构的贡献，提供了对最大预期第一短路电流使用较低值的可能性。参考相关研究案例(一般引下线附近的雷击和雷击暴露的危急情况)，并考虑周围结构，接闪器系统将雷电电流作为低于选定保护等级的最大峰值IM的最大雷电电流IDC传递到引下线。
- 一个结构复杂的研究案例
在某高层建筑综合体中，针对一类LPS进行了“滚动球”法的三维研究，以保护其免受破坏性雷电流的影响。图形分析定义为EEC 62305 - 1 art给出的雷电电流的最高峰值a . 4，并考虑到网状接闪器系统的分区和周围结构给出的限制，评估最大预期电流。
在上述复杂结构三维模拟的基础上，应用滚球法，定义了一个原始的标记图，以定位结构中的接闪器系统、引下线和自然存在的接闪器系统。根据拦截准则，所采用的滚动球半径等于20m，对应于I类LPS的最低雷电电流3ka。考虑到雷电电流冲击接闪器系统的定位，滚球体作为三层放置在建筑物屋顶。
接闪器系统的最终定位提供了对高达99 %的预期雷电电流值的直接雷电冲击的保护。在此基础上，对雷电防护系统进行了I级雷电电流最大值的验证，给出了以米为单位的小半径滚动接触临界区的标记图。图4和图5显示了结构上雷电电流的尖端接触区。这些关键区暴露在最大雷电冲击下，在确定引下线尺寸和评估间隔距离时应考虑这些临界区。对于最大雷电电流，可考虑两种相关情况:
-探测轮胎引下线上的电流，以了解雷电对接闪器系统关键区域的影响。
雷电防护系统( LPS )等级的最大雷电电流将在临界区域和通常在接闪器系统的中间区域被探测到，但是在来自空气终端系统的网状互连的引下线上可以探测到减小的雷电电流kg * IM，只要设计得当。
-探测引下线上的电流，以了解雷电对屋顶环形接地体和接闪器系统相关边界区域的影响。
由于建筑物之间的相互作用，建筑物上滚动的最大半径的球体可以撞击屋顶环形导体，并且不会被附近的其他建筑物拦截，从而定义了实际的雷电值。作为参考该最高值表征为在引下线中流动的电流。
书中指出，如果雷电电流值变为888kA，那么滚动球体半径( r )可能为184 m。为了确定所选防雷等级( LPL )的最大IM的有效探测比，在建筑物的右拐角处打上标记。因此，它将是一个相关的边界区，因为饰面结构比周围的其他建筑物相对更远或更低。
为了保护在建筑物顶部的两个滚球体之间建立的接闪器系统，必须放置两个滚动球体以覆盖建筑物的屋顶。这种布置可以为两个滚动球体之间的接闪器系统提供有效的保护。它还能保护建筑物免受破坏性雷电电流的影响。
综合起来，必须分析设计成符合拦截标准的接闪器系统，标记其临界区，因此必须配置成尽可能增加互连，以划分引下线中的实际雷电电流。在这种情况下，网络接闪器系统被配置为在I级防雷系统( LPS )中为具有高冲击暴露的边界区域获得系数KC lt; 0.44，对应于最大电流的划分，探测等于KC *IM = 200 * 0.44 lt; 88KA的减小值。假定该减小值类似于在下行导线中流动的有效较高雷电电流，则使用滚动球体将半径定义为184m，考虑到周围结构的干扰，必须验证其是否可以假定为屋顶环形接地体上最大球体行程的半径。这一分析证实了目前的展望价值。该分析标记了另一个相关区域( RZ )，即靠近左塔的边界区域，如图3所示，因为它面向大型公用设施结构区域。
结论
在设计接闪器系统时，“滚动球体”的图解方法是一种有力的分析方法，可以全面研究同一物体屋顶上的结构之间以及周围技术设施和建筑结构之间的相互作用。它允许设计:
-截取标记图，作为定位结构块的接闪器系统的基本集成布局。
-从屋顶到地面安装网络接闪器系统。
它还使专家能够:
-验证虚拟表面(滚动层)，其确定可用于技术设备(例如电信单元和设备)的受保护体积，
-评估可能撞击环形导体(空气终端的边界)的最大雷电电流减小的情况。
由此推断，滚球体必须在结构上滚动，并且同时接触地面和接闪器系统。这种几何应用在不可能发生直接雷击的地方提供保护。对直接雷击的防护越强，接闪器就达到越高。
致谢
作者要感谢华沙工业大学的兹多布斯劳·弗利索尔德教授的宝贵帮助。
参考
[1]. Mazzetti C, Fiamingo F, Kisielewicz T, Krasowski D,
Sul P, Kuca B, Simulated and tested protection effects
on electrical equipment terminals at overvoltages
incoming through distant SPD, in Conf. Rec. 2011 The
rNuclear Power Congress, Warsaw, pp.42^8.
[2]. Parise G, Martirano L, Lucheroni M, Level, class and
prospected safety performance of a lightning protection
system for a complex of structures (LPCS), ICPS
2007Industrial amp; Commercial Power Systems
Technical Conference, 6-11 May 2007 IEEE/IAS,
IEEE XploreTransactions of Industry Applications.
[3]. IEC 62305 International Standard on Protection
against lightning. First edition, 62305-2: Risk
management; 62305-4: Electrical and electronic
systems within structures, January 2006.
[4]. DEHN SOHNE Gm
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[21372]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
