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研究生: 陳世浦
Chen, Shi-Pu
論文名稱: 建築物鋼構代替避雷引下線之分析
Analysis of Building Steel Structure Instead of Lightning Protection Down Lead
指導教授: 陳建富
Chen, Jiann-Fuh
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 58
中文關鍵詞: 避雷向下引線有限元素法箍筋電位差
外文關鍵詞: Lightning protection down lead, Finite element method, Stirrups, Potential difference
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  • 本文主要分析當建築物鋼構代替引下線之雷擊洩放電流的能力、下層箍筋感應電流、接觸電壓、步間電壓。主要模擬分析採用COMSOL多重物理有限元素,模型採用Heilder雷擊突波電流進行模擬,模擬中紀錄當雷擊位置固定改變接地位置後,鋼筋整體含接地線電位差及下層箍筋之感應電流,紀錄結果發現當雷擊位置與接地位置於同一個鋼筋上時之雷擊洩放電流能力最佳,並比較有向下引線之研究發現,代替向下引線之鋼構雷擊洩放電流能力較佳;探討接觸電壓及步間電壓紀錄並分析各項數據後發現其電流皆符合人體安全電流。

    This thesis mainly analyzes the ability of the steel structure of the building to replace the bleeder current of the downward lead, the induced current of the lower stirrup, the touch voltage, and the step voltage. COMSOL multiple physical finite elements is used in this study. The model uses Heilder lightning surge current to simulate. Form the simulation results, when the lightning strike position is fixed and the grounding position is changed, the steel bar has the grounding potential difference and the induced current of the lower stirrup. And, bleeder current is optimal when the lightning strike position and the grounding position are on the same steel bar. Then, the steel structure instead of downeard lead. The bleeder current capability is better than that of the copper down lead. Based on the steel structure , the touch voltage and the step voltage are discussed. And, the current will be safe for human body.
    SUMMARY
    This paper mainly analyzes the lightning bleeder current to discussed the steel structure of the building to replace the downward lead. The induced current of the lower stirrup, the touch voltage, and the step voltage will be discussed. COMSOL multiple physical finite elements is used in this simulation. Heilder lightning is adopted in the paper. From the simulation results, the lightning strike position and the grounding position are on the same steel bar is the best condition. And, when the lightning strikes, the underlying stirrups have a large current and must be grounded. Lastly, the induced currents for the touch voltage and the step voltage are all within the safe region for the human body.

    摘要 I 英文摘要 II 誌謝 VI 目錄 VII 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機與目的 4 1.3論文章節概要 5 第二章建築物避雷接地及雷擊突波 6 2.1建築法規 6 2.2建築鋼筋及高強度大六角螺栓 7 2.3雷擊形成的特性 9 2.4雷擊形式及入侵路徑 10 2.5雷擊波模型 11 第三章人體安全電流、接觸電壓、步間電壓 14 3.1人體安全電流 14 3.2接觸電壓&步間電壓 16 第四章避雷接地電磁場分析及COMSOL模擬方式 20 4.1電磁場分析理論與實體實驗分析研究 20 4.2有限元素論述 22 4.3 COMSOL Multiphysics (多重物理量耦合軟體) 23 4.4電流統御方程式 26 第五章模型建立及結果分析 27 5.1 模型建立介紹 27 5.1.1鋼構、空氣、土壤模型尺寸 27 5.1.2 模型建立(含雷擊位置及接地位置) 28 5.1.2 模型參數及邊界條件設定 29 5.1.3模型建立方式及步驟 30 5.1.4雷擊波之兩種形式 36 5.2模擬案例探討 38 5.2.1鋼構頂部雷擊位置到接地線底部的電位分析 39 5.2.2下層箍筋感應電由分析 42 5.2.3 接觸電壓產生的電流分析 44 5.2.4室內步間電壓產生的電流分析 49 5.2.5室外步間電壓產生的電流分析 52 第六章結論與未來發展 55 6.1 結論 55 6.2 未來方向 55 參考文獻 56

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