matlab的高层楼宇的防雷研究与设计(附件)
本课题主要针对高层的防雷系统进行研究和设计，主要设计内容包括根据建筑工程相关资料和国家执行的标准规范进行高层建筑防雷系统设计。具体设计工作如下简要概述了课题的研究设计背景、研究设计目的和研究设计意义，综述了高层楼宇防雷系统在国内外的研究现状和未来发展趋势，简要介绍了高层建筑防雷的特点。分析了系统的结构和工作原理，介绍了系统的主要保护措施和位置部署。设计了基于Matlab的避雷器系统仿真模型，获得了相关仿真结果，并对结果进行简要分析。在本次设计中，通过相关的调查研究和资料收集，了解借鉴《建筑电气设计规范》的相关定义和规定，防直击雷、防侧击感应雷的相关计算是根据高层楼宇的电气主接线要求进行的，根据仿真和计算结果进行防雷设备的布置方案设计，实现了接闪器、引下线和接地装置的设计和配置，完成了等电位连结方案设计、接地方案设计和电涌保护器的选择，设计出合理的屏蔽及相关的布线。最后绘制出了相应的防雷、接地装置平面图和综合布线图纸，实现了基于Matlab的避雷器系统仿真模拟。关键词高层建筑，防雷系统，Matlab，避雷器，接地装置
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 课题研究目的和意义 2
1.3 高层楼宇防雷系统研究现状与发展趋势 2
1.4 论文主要内容及工作安排 3
2 高层楼宇的防雷系统方案设计 4
2.1 课题的研究内容 4
2.2 系统设计方案 4
3 高层楼宇的防雷系统设计与参数计算方法 6
3.1 建筑物的防雷分类 6
3.2 外部防雷措施选择 7
3.3 内部防雷措施选择 14
3.4 接地系统设计 19
4 基于Matlab的高层楼宇的防雷系统仿真分析 22
4.1 Matlab的简要介绍 22
4.2 避雷器模块参数设置 22
4.3 仿真结果分析 26
总结与展望 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着城市化以及信息化进程的加快，住宅建筑物趋向高层化。但由于雷击的选择 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
性，区域内雷电电磁环境改变等因素，高层建筑物最易遭受雷电的攻击。与此同时，电气装置、通信网络设备以及智能楼宇系统中的微电子设备应用越来越广泛，而这些电子设备的耐冲能力较低, 在雷暴天气容易受到损害[1]。综上所述，对于高层住宅建筑物的防雷保护设计是必要的。
1.2 课题研究目的和意义
在经常出现雷暴天气的地区，高层楼宇的防雷保护设计能够有效保证建筑物及建筑物内人员与设备的安全。据国外相关资料介绍，超过0.03高斯（GS）的磁场强度会造成计算机误动,2.4GS即可击穿元件[2]。因此，高层建筑防雷的意义在于安全性、持续性和经济性三个方面。安全性指防雷措施可以有效保证建筑物内的人身安全和各种设备的正常运作[3]，降低雷击对电气设备的破坏。持续性指保障建筑物的电气系统在雷雨天气的正常持续运行，避免雷电干扰用电设备的稳定运作。经济性指完善的防雷保护措施有效减少了电气系统的维护费用。对避雷器装置遭受雷击的响应过程用Matlab在电脑上进行仿真，可以更直观地观察到保护设备的动作，也有助于防雷保护措施的进一步调整与完善。
1.3 高层楼宇防雷系统研究现状与发展趋势
目前法国的防雷技术在国际上是处于领先地位的。在雷电科研方面，早期的法国就已经建立了引雷实验，且能探测500KA的雷电流。在防雷装置方面，法国拥有性能卓越的接闪器和电涌保护器（SPD）。此外，法国研制的闪电计数器可以记录雷击次数、雷击发生时间、雷电流峰值及能量等数据，这些数据可以定位闪电以及补充校验大气电场，也是电涌保护器科学使用的理论依据。
在一些欧洲发达国家，现代智能建筑已是常态建筑。而且在信息化时代里，智能建筑防雷被列为重点项目，对于这个项目发达国家也是走在世界前列的。
就目前防雷系统的发展来看，雷电防护的基础部分是雷电监测，可以通过观察雷电的规律来进行雷电监测，进而制定相应的较为合适的防雷措施。雷电监测部分一般可以分为两部分：监测预警和闪电定位。实时监测被监测地区静电场的变化情况，并及时将监测信息传达给相应区域来提供防雷预警的过程即为监测预警；当发生雷击后收集相关参数来寻找和总结雷电的规律和特点即为闪电定位。法国目前共有20个闪电定位监测站，全国统一规划，实现数据资料共享[4]。
目前的高层建筑防雷设计，比较常用的是避雷针和避雷带，此外还有消雷器和放射性避雷针等。建筑物的防雷保护主要分为外部防雷和内部防雷[5]。外部防雷又包括防直击雷和防侧击雷,其作用是保护建筑物本身不遭受雷击,主要由接闪器、引下线和接地装置组成[6]。内部防雷包括防雷电感应,防反击以及防雷电波侵入[7]。内部防雷可以有效减少建筑物内的雷电流及其产生的电磁效应,而且还能有效降低二次雷害（包括反击、接触电压、跨步电压）和雷电磁脉冲造成的危害[8]。高层建筑通常采用统一的接地系统，即防雷接地、工作接地和保护接地需要共用一套接地装置[9]。共用接地装置利用建筑本身钢筋混凝土里的钢筋、金属物件和金属管道等接地体，安全可靠、经济美观且利于雷电流场流散[10]。为了有效降低雷电流在防雷保护区域内产生电磁效应，内部防雷的措施主要有以下几个：等电位连结、共用接地装置、屏蔽、电涌保护器等。对于防侧击雷，关键是防止10KA以下的小雷电流打在建筑物侧面上造成建筑物损坏[11,12]，所以要解决高层建筑物侧面外露接闪器的问题。目前的解决方法有金属门窗接地、塑钢窗加设接闪器[13]。
1.4 论文主要内容及工作安排
本课题主要针对高层建筑的防雷系统进行设计和研究，主要内容有根据高层建筑防雷工程设计资料并且按照国家相关标准进行系统设计，参照该建筑物本身的结构特点进行直击雷和侧击雷的防护计算，以计算结果为依据并以此来决定防雷设备的敷设、等电位连结布置以及接地系统的安排。本论文的主要设计工作安排如下：
第1章 首先简要介绍本课题的研究背景、研究现状、发展趋势及本研究的目的意义所在。
第2章 简要介绍本课题的研究设计内容，通过系统方案、系统结构框图与工作原理以及Matlab介绍对高层楼宇防雷系统进行全方位、系统的简述。
第3章 通过简要介绍几种常见的防雷保护，结合现实建筑物的实际情况选择防雷保护措施。然后保护措施的选型和铺设做详细介绍，绘制相应的电气接线图。
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 课题研究目的和意义 2
1.3 高层楼宇防雷系统研究现状与发展趋势 2
1.4 论文主要内容及工作安排 3
2 高层楼宇的防雷系统方案设计 4
2.1 课题的研究内容 4
2.2 系统设计方案 4
3 高层楼宇的防雷系统设计与参数计算方法 6
3.1 建筑物的防雷分类 6
3.2 外部防雷措施选择 7
3.3 内部防雷措施选择 14
3.4 接地系统设计 19
4 基于Matlab的高层楼宇的防雷系统仿真分析 22
4.1 Matlab的简要介绍 22
4.2 避雷器模块参数设置 22
4.3 仿真结果分析 26
总结与展望 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着城市化以及信息化进程的加快，住宅建筑物趋向高层化。但由于雷击的选择 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
性，区域内雷电电磁环境改变等因素，高层建筑物最易遭受雷电的攻击。与此同时，电气装置、通信网络设备以及智能楼宇系统中的微电子设备应用越来越广泛，而这些电子设备的耐冲能力较低, 在雷暴天气容易受到损害[1]。综上所述，对于高层住宅建筑物的防雷保护设计是必要的。
1.2 课题研究目的和意义
在经常出现雷暴天气的地区，高层楼宇的防雷保护设计能够有效保证建筑物及建筑物内人员与设备的安全。据国外相关资料介绍，超过0.03高斯（GS）的磁场强度会造成计算机误动,2.4GS即可击穿元件[2]。因此，高层建筑防雷的意义在于安全性、持续性和经济性三个方面。安全性指防雷措施可以有效保证建筑物内的人身安全和各种设备的正常运作[3]，降低雷击对电气设备的破坏。持续性指保障建筑物的电气系统在雷雨天气的正常持续运行，避免雷电干扰用电设备的稳定运作。经济性指完善的防雷保护措施有效减少了电气系统的维护费用。对避雷器装置遭受雷击的响应过程用Matlab在电脑上进行仿真，可以更直观地观察到保护设备的动作，也有助于防雷保护措施的进一步调整与完善。
1.3 高层楼宇防雷系统研究现状与发展趋势
目前法国的防雷技术在国际上是处于领先地位的。在雷电科研方面，早期的法国就已经建立了引雷实验，且能探测500KA的雷电流。在防雷装置方面，法国拥有性能卓越的接闪器和电涌保护器（SPD）。此外，法国研制的闪电计数器可以记录雷击次数、雷击发生时间、雷电流峰值及能量等数据，这些数据可以定位闪电以及补充校验大气电场，也是电涌保护器科学使用的理论依据。
在一些欧洲发达国家，现代智能建筑已是常态建筑。而且在信息化时代里，智能建筑防雷被列为重点项目，对于这个项目发达国家也是走在世界前列的。
就目前防雷系统的发展来看，雷电防护的基础部分是雷电监测，可以通过观察雷电的规律来进行雷电监测，进而制定相应的较为合适的防雷措施。雷电监测部分一般可以分为两部分：监测预警和闪电定位。实时监测被监测地区静电场的变化情况，并及时将监测信息传达给相应区域来提供防雷预警的过程即为监测预警；当发生雷击后收集相关参数来寻找和总结雷电的规律和特点即为闪电定位。法国目前共有20个闪电定位监测站，全国统一规划，实现数据资料共享[4]。
目前的高层建筑防雷设计，比较常用的是避雷针和避雷带，此外还有消雷器和放射性避雷针等。建筑物的防雷保护主要分为外部防雷和内部防雷[5]。外部防雷又包括防直击雷和防侧击雷,其作用是保护建筑物本身不遭受雷击,主要由接闪器、引下线和接地装置组成[6]。内部防雷包括防雷电感应,防反击以及防雷电波侵入[7]。内部防雷可以有效减少建筑物内的雷电流及其产生的电磁效应,而且还能有效降低二次雷害（包括反击、接触电压、跨步电压）和雷电磁脉冲造成的危害[8]。高层建筑通常采用统一的接地系统，即防雷接地、工作接地和保护接地需要共用一套接地装置[9]。共用接地装置利用建筑本身钢筋混凝土里的钢筋、金属物件和金属管道等接地体，安全可靠、经济美观且利于雷电流场流散[10]。为了有效降低雷电流在防雷保护区域内产生电磁效应，内部防雷的措施主要有以下几个：等电位连结、共用接地装置、屏蔽、电涌保护器等。对于防侧击雷，关键是防止10KA以下的小雷电流打在建筑物侧面上造成建筑物损坏[11,12]，所以要解决高层建筑物侧面外露接闪器的问题。目前的解决方法有金属门窗接地、塑钢窗加设接闪器[13]。
1.4 论文主要内容及工作安排
本课题主要针对高层建筑的防雷系统进行设计和研究，主要内容有根据高层建筑防雷工程设计资料并且按照国家相关标准进行系统设计，参照该建筑物本身的结构特点进行直击雷和侧击雷的防护计算，以计算结果为依据并以此来决定防雷设备的敷设、等电位连结布置以及接地系统的安排。本论文的主要设计工作安排如下：
第1章 首先简要介绍本课题的研究背景、研究现状、发展趋势及本研究的目的意义所在。
第2章 简要介绍本课题的研究设计内容，通过系统方案、系统结构框图与工作原理以及Matlab介绍对高层楼宇防雷系统进行全方位、系统的简述。
第3章 通过简要介绍几种常见的防雷保护，结合现实建筑物的实际情况选择防雷保护措施。然后保护措施的选型和铺设做详细介绍，绘制相应的电气接线图。
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