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研究生: 許皓翔
Hao-xiang Xu
論文名稱: 雷擊對RC結構作接地之建築物突波電壓分佈研究
Study of Lightning Surge Voltage Distribution on RC Structure Building Grounding
指導教授: 蕭弘清
Horng-ching Hsiao
口試委員: 辜志承
Jyh-cherng Gu
黃仲欽
Jonq-chin Hwang
楊金石
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 建築物雷擊突波接地
外文關鍵詞: building, lightning surge, ground
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雷擊事故的發生,國內外皆有所聞,當雷擊打到大樓時,如何將其突波電壓降至最低,達到完全的避雷,是各國所努力之方向。目前國內建築物之避雷針大部份都採用直接接地方式,而以建築物結構接地之情況則少之又少。

本論文主要研究分析建築物採直接接地及建築物結構接地之不同處,利用EMTP軟體架設八層樓之RC鋼筋混泥土建築物,以每段主鋼筋之樑或柱等效成一電阻及電感串聯之模組,進而組成一棟主鋼筋架構之大樓,其雷擊模組則採用Heilder型式之雷擊電流波形函數,探討雷擊對RC結構作接地之建築物突波電壓分佈。結果顯示,大樓之避雷針採用直接接地會比RC結構接地所得到的雷擊突波電壓值低,且雷擊突波電壓上升速率也較為緩和,對於設備及人員生命安全是提高了許多。再者,大樓內之三相電源(受電側)採用中性點接地比中性點不接地時,所得之突波電壓值也略微減低;而三相負載之引接方式(如Y接或Δ接)亦會影響注入大樓之雷擊突波電壓值大小。


The lightning strikes are natural phenomenon has been a major concern in every Countries. How to lower the surge voltage and complete lightning protection is the first consideration during building design and implementation. The lightning-protection rod of the building is grounded directly through the grounding conductor. It is seldom to ground the lightning rod via the steel structure of the building.

The thesis discussed the difference between direct-grounded method and building-steel-structure-grounded method. The construction is simulated with an eight floors Reinforce Concrete (RC) structure using EMTP software. Every section of the column and beam of steel structure is simulated with resistance and inductance. The lightning model of the Heilder-type is used to simulate the lightning current. Lightning surge voltage distribution on RC structure building grounding is studied in this thesis. The results show that surge voltage of direct-grounded method is lower than that of RC-structure- grounded method in terms of building lightning-protection rod. According to the advantages for direct-grounded method, the rising rate of surge voltages are lowered which are much more safe to mechanic equipment and working environment to employee.

Furthermore, the surge voltage of neutral grounded is lower than that of neutral non-grounded in a 3-phase power supply of building; meanwhile, the different connection of 3-phase-load, Y or Δ, will affect the surge voltage distribution when lightning strikes.

中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖表索引 VII 第一章 緒論 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 2 1.4 研究流程與方法 4 1.5 章節概述 4 第二章 雷突波及接地系統相關理論 2.1 前言 6 2.2 雷擊生成情形 7 2.3 雷擊電流函數 9 2.3.1 三角波形雷擊電流波形函數 9 2.3.2 雙指數型雷擊電流波形函數 9 2.3.3 Heidler模型雷擊電流波形函 11 2.3.4 其他較精密的雷擊電流波形函數 13 2.4 台灣地區落雷次數統計分析 14 2.5 接地系統介紹 17 2.5.1 接地觀念 17 2.5.2 接地系統組成 19 2.5.3 建築物之避雷保護 20 2.6 接地網相關計算公式 21 2.7 接地網設計流程說明 31 第三章 地網設計時之各種考量因素分析 3.1 前言 36 3.2 地網深度 36 3.3 大地電阻係數 37 3.4 外加表層電阻係數 38 3.5 地網銅線長度 39 3.6 地網長寛 40 3.7 地棒數量 42 3.8 各項考量因素檢討 43 第四章 雷擊突波電壓對建築物接地網之模擬分析 4.1 EMTP模擬軟體介紹 44 4.2 地網設計 45 4.3 計算地網接地電阻 46 4.4 地網模組建立 48 4.5 模擬地網遭雷擊時之電壓分佈情形 51 4.6 綜合檢討 57 第五章 雷擊突波電壓對建築物接地之模擬分析 5.1 RC結構建築物模型之建立 60 5.2 大樓鋼筋樑與柱之電路模組 60 5.3 大樓每層樓鋼筋之電路模組建立 62 5.4 雷擊注入大樓之RC結構接地及直接接地分析 71 5.4.1 各樓層觀察點之突波電壓變化情形 71 5.4.2 第五層各觀察點之突波電壓變化情形 76 5.4.3 分析三相電源中性點接地問題 80 5.4.4 考慮負載引接方式 84 5.5 綜合檢討 87 第六章 結論與未來研究方向 6.1 結綸 88 6.2 未來研究方向 90 參考文獻 91 作者簡介 94

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