建筑電氣技術基礎0講義8課件

1、第八章 建筑防雷及接地第一節(jié) 過電壓與防雷一 有關概念（一）內(nèi)部過電壓（二）雷電過電壓1.直擊雷過電壓2.感應雷過電壓3.入侵波過電壓（三）雷電的危害1.雷電的 機械效應2.雷電的熱效應3.雷電的電磁效應4.雷電的閃絡放電（四）雷電活動情況1.雷暴日 多雷區(qū)：雷暴日大于40的為多雷區(qū)。 少雷區(qū)：雷暴日小于15的為多雷區(qū)。2.雷擊次數(shù)第二節(jié) 建筑物及變電所對雷擊的防護一 防雷設備（一）接閃器1.避雷針 宜采用圓鋼或焊接鋼管，其直徑不應小于： 1m以下 ： 圓鋼為12mm，鋼管為20mm。 12m： 圓鋼為16mm，鋼管為 25mm。2.避雷帶或避雷網(wǎng) 圓鋼直徑不應小于8mm。 扁鋼截面不應小于4

2、8m2，厚度不應小于4mm。3.避雷線 截面不應小于35m2 的鍍鋅鋼絞線。4.金屬屋面 除一類防雷建筑物外，金屬屋面的建筑物宜利用其屋面作為接閃器。（二）引下線圓鋼直徑不應小于8mm。扁鋼截面不應小于48m2，厚度不應小于4mm。（三）接地裝置1.人工接地體垂直接地體宜采用圓鋼、鋼管或角鋼，最常用為鋼管長2.5，直徑50mm。水平接地體宜采用扁鋼、圓鋼。圓鋼直徑不應小于10mm。扁鋼截面不應小于100m2，厚度不應小于4mm。角鋼厚度不應小于4mm。鋼管厚度不應小于3.5mm。2.自然接地體 兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、管道和建筑物的鋼筋混凝土基礎等。 對于變配電所，只能利用

3、它本身的建筑鋼筋混凝土基礎作為自然接地體。 在高層建筑中，推薦利用柱子、基礎內(nèi)的鋼筋作為引下線和接地裝置。主要優(yōu)點：(1)接地電阻低。(2)電位分布均勻，均壓效果好。 (3)施工方便可省去大量土方挖掘工程量。 (4)節(jié)約鋼材。 (5)維護工程量少。 （四）避雷器1.閥式避雷器普通型（FS、FZ 主用于保護變配電所的電氣設備。磁吹型（FCD 主要用于保護絕緣比較薄弱的旋轉電機。2.管型避雷器（排氣式避雷器 只用于室外，一般用于架空線上防雷保護。3.保護間隙 只裝于室外且負荷次要的線路上。4.金屬氧化物避雷器(壓敏電阻避雷器 廣泛用于低壓設備的防雷保護，只用于室內(nèi)。二 民用建筑物的防雷等級及措施（

4、一）防雷等級1.一類防雷建筑物具有特別重要用途的建筑物。國家級文物保護的建筑物及構筑物。超高層建筑物，如40層及以上的住宅建筑、高度超過100m的其它建筑。2.二類防雷建筑物重要的或人員密集的大型建筑。省級文物保護的建筑物及構筑物。19層及以上的住宅建筑和高度超過50m的其它建筑。省級及以上的大型計算中心和裝有重要電子設備的建筑物。3.三類防雷建筑物10至18層的普通住宅。高度不超過50 m的教學樓、普通旅館、辦公樓、圖書館等建筑。（二）建筑物的防雷措施1.一類防雷建筑及二類防雷建筑物中有爆炸危險場所，應有防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的措施。(1)防直接雷 采用避雷針，避雷帶或避雷網(wǎng)。

5、接閃器：避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)。 接閃器引來雷電流，通過引下線和接地體安全地引導入地， 使接閃器下面一定范圍內(nèi)的建筑物免遭直接雷擊。(2)防間接(感應)雷 通過將建筑物的金屬屋頂、房屋中的大型金屬物品，全部加以良好的接地處理來消除。防雷裝置與建筑物內(nèi)外電氣設備、電線或其它金屬線的絕緣距離應符合防雷的安全距離。將相互靠近的金屬物體全部可靠地連成一體并加以接地的辦法來消除。(3)防高電位侵入 在整個雷害事故中占5070 。配電線路全部采用地下電纜;進戶線采用50100m長的一段電纜;在架空線進戶之處，加裝避雷器或放電保護間隙。 2.二類、三類建筑物，防直擊雷和防雷電波侵入的措施。3.不屬一、二、三

6、類建筑物，應有防雷電波侵入的措施。4.易遭雷擊的部位（與屋頂?shù)钠露扔嘘P）裝設避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)。 （三）具體實施1.防直擊雷 (1)接閃器：在易遭雷擊的屋角、屋脊、女兒墻、屋面四周的檐口設254mm2的鍍鋅扁鋼或12的鍍鋅圓鋼避雷帶，并在屋面設置不大于10m 10m(一類建筑物)/ 15m 15m(二類建筑物)/ 20m 20m(三類級建筑物)的254mm2的鍍鋅扁鋼的網(wǎng)格，與避雷帶相連，作為防直擊雷的接閃器。凸出屋面的物體，沿四周設避雷帶；在屋面接閃器保護范圍之外的物體，包括其低層的群房都應裝設避雷帶；屋面上的金屬物體應與屋面避雷帶相連。（2）引下線沿外墻明敷時按引下線的要求；沿外墻明敷

7、時,引下線截面加大一級。優(yōu)先考慮利用柱內(nèi)鋼筋，當柱內(nèi)鋼筋直徑為16mm及以上時，應利用其中兩根綁扎或焊接作為一組引下線；當柱內(nèi)鋼筋直徑為10mm及以下時，應利用其中四根綁扎或焊接作為一組引下線。采用人工引下線應在1.7m左右，設引下線斷接卡，以便測量接地電阻。 利用柱內(nèi)鋼筋作為引下線時，頂部及室外離地0.3m處各預埋與主筋相連的鋼板，上部與避雷帶相連，下部用作外形接地極或測量接地電阻用。當利用柱內(nèi)主筋作為引下線又利用基礎主筋作接地裝置，兩者相互連接時，則不必設斷接卡。專設引下線時，其根數(shù)不應少于2根，宜對稱布置，引下線間距不應大于18m(一類)/20m（二類/25m(三類)。利用柱內(nèi)主筋作為引

8、下線時，引下線間距不應大于18m(一類)/20m（二類/ /25m(三類)，但建筑外廓各角上的柱筋都應利用。（3）接地裝置人工接地體按接地裝置尺寸，垂直接地體的長度一般為2.5m，其頂距地面0.60.7m,相距5m。水平及垂直接地體應離建筑物外墻、出入口、人行道不小于3m,否則，可采用深埋接地極等方式。應優(yōu)先利用基礎內(nèi)的鋼筋作為接地。（當基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于4，基礎外表面無防水層 時。） 利用基礎內(nèi)的鋼筋作為接地極，利用地圈梁組成閉環(huán)回路，其接地裝置應滿足沖擊接地電阻要求。沖擊接地電阻應小于10（一類/20（二類）/30(三類。2.防感應雷及高電位反擊 當進出線路與各種管

9、道很多（一類、二類建筑，很難做到與避雷引下線及接地裝置離開一定距離時，采用總電位連接，即將建筑物的柱子、圈梁、樓板基礎主筋相互焊接，其余的互相綁扎成通路，柱頂主筋與避雷帶相連，所有變壓器的中心點，電子設備的接地點，進入或引出建筑物各種管道、電纜等線路的PE線都通過建筑物基礎一點接地。 在連接點用銅排引出，通過銅排用404的扁鋼將各種設備的接地點、PE線及進戶處的各種金屬管道相連接。 每隔三層將各種垂直管線的穿線鋼管、PE線、各種垂直管道與相應高度的柱子主筋或圈梁主筋線路相連接，以防感應過電壓和高電位作用下相互平行的金屬物跳擊擊穿，以防室內(nèi)跨步電壓及接觸高電位引起人身事故。 僅用于防雷其接地電阻

10、可為10（一類/20（二類；用于防雷及變壓器中心點接地則為4；用于共有接地系統(tǒng)則1。3.防止高電位從線路引入所有引入引出建筑物的高低壓線路一律采用電纜埋地引入。確有困難時，電纜長度不應小于15m，在架空線與電纜線路換接處設置避雷器，電纜的金屬外包層及鎧裝線路或穿線鋼管與避雷器的接地相連，沖擊電阻不應大于10（一類/20（二類）/30(三類。低壓電纜引入時應在電源引入的總配電箱專設過電壓保護裝置，安裝氧化鋅避雷器。高壓電纜引入時，應在高壓母線上專設閥型避雷器。二級防雷建筑物在年雷暴日30及以下地區(qū)可采用低壓架空直接引入，避雷器的接地電阻和瓷瓶鐵腳，電源的PE或PEN線連接后，與避雷的接地裝置相連

11、，其沖擊電阻不應大于5/30（三類。4.防側擊雷從30m（一類/45m（二類起每隔不大于6m沿建筑物四周設水平避雷帶并與引下線相連（一類/鋼構架和混凝土的鋼筋互相連接（二類。30m （一類/45m（二類 /60m（三類及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接。在電源引入的總配電箱處，宜裝過電壓保護器（一類。三 變配電所的防雷措施（一）防直擊雷 如果變配電所在附近高大建筑物上的避雷裝置保護范圍以內(nèi)，或變配電所本身為室內(nèi)型時，不必考慮防直擊雷。 否則裝設避雷針。（二）防雷電波侵入 主要用來保護變壓器，防止雷電波沿高壓線路和低壓線路侵入。 高壓側裝設閥型避雷器。 低壓側裝設閥型避雷器或保

12、護間隙。四 避雷針、避雷線的保護范圍計算 目前采用滾球法計算，是以hr為半徑的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體滾動的軌跡，上觸及接閃器頂端，下觸及地面，而中間沒有觸及被保護的建筑物在此針保護范圍。單支避雷器保護范圍計算雙支及多支保護范圍計算避雷線保護范圍計算第三節(jié) 電子設備與電力設備防雷 信息系統(tǒng)（計算機、通訊設各和控制系統(tǒng)均歸為信息系統(tǒng)）及微電子設備較多的重要建筑物內(nèi)應考慮內(nèi)部防雷裝置。一、電子設備防雷 防雷電電磁脈沖(LEMP)的影響。（一）等電位連接 1. 用連接導線或過電壓保護器將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置、電氣設備、金屬物體信息系統(tǒng)的金屬部件等，以最短的路線互相焊接或連

13、接起來，構成統(tǒng)一的導電系統(tǒng)。 2.全樓建筑物結構的梁、板、柱、基礎內(nèi)的鋼筋是等電位連接的一部分應焊接或綁扎成統(tǒng)一的導電系統(tǒng)，接到綜合共用接地裝置上。 3.在大型建筑物的各層可作多塊接地連接板，在地下室或靠近地面處的連接板或連接母帶應與共用接地裝置焊接。4.在建筑物的每層或每戶局部的網(wǎng)狀或放射狀的等電位連接網(wǎng)應有一個接地基準點(ERP)的連接板，各等電位連接網(wǎng)只能通過這唯一的一點，再焊接到共用按地裝置上。 （二）屏蔽措施： 1.在電子設備和信息系統(tǒng)較多的建筑物內(nèi)，應根據(jù)防雷分區(qū)和設備的要求，可將建筑物作成全屏蔽(外部屏蔽)、部分屏蔽、局部屏蔽或設備及管線的屏蔽，使雷擊時的電磁場層層衰減。 全屏蔽

14、(外部屏蔽)即法拉第籠。鋼筋混凝土建筑物的外墻面及有金屬外護墻的建筑物最好的屏蔽條件，必須充分利用 。2.重要的微電子設備如電子計算機等的位置宜放在大樓的中心部位、深部或下部樓層。3.穿金屬管敷線是最基本的屏蔽措施 ，其兩端須與等電位連接系統(tǒng)可靠連接。（三） 提高布線合理性。1合理布線分為兩部分：一是220v380v電源線路(包括照明、動力及插座)和信息系統(tǒng)的管線路走向要合理，二是除原設備內(nèi)已加裝過電壓保護器或穩(wěn)壓設備外，各種架空進戶線處和相近的強弱電之間的線路上要加裝過電壓保護器。 2各種上升干管線路宜集中于大樓的中心部位，并應避開靠近作為引下線的柱子附近。 3樓內(nèi)的各種水平或垂直的金屬橋架

15、最少應在兩端焊接到接地系統(tǒng)上。 4各種架空進戶線上均應在各相線上加裝避雷器。TN系統(tǒng)尚應在中性線上加裝避雷器。 5 電纜進線時宜在變電室或總配電盤內(nèi)加裝避雷器。 （四）接地電阻值的確定 若采用統(tǒng)一接地，則接地阻值必須小于等于1歐。（五）建筑物綜合防雷的概念 在常規(guī)防雷基礎之上，針對建筑物、特殊用房和重要設施輔以各種相應的防雷保護措施，以確保建筑構和建筑物內(nèi)所有保護對象的防雷安全。二、電力設備防雷（一）10kV及以下的架空線路（略）（二）310kV的變配電所（見前）（三）旋轉電機的保護（見書）第三節(jié) 電氣設備接地一 電流對人體作用及有關概念（一）觸電形式高壓或雷擊觸電低壓觸電（二）安全電壓安全電

16、流值 30mAs。安全電壓值 50V（三）防護形式直接觸電防護間接觸點防護二 工作接地與保護接地（一）工作接地電力系統(tǒng)中性點的接地防雷接地等（二）保護接地 按國際電工委員會(IEC)的規(guī)定低壓電網(wǎng)有五種接地方式。第一個字母表示電源中性點的對地關系；（電力系統(tǒng)的對地關系） T一點直接接地； I所有帶電部分與地絕緣，或一點經(jīng) 阻抗接地。第二個字母表示裝置的外露可導電的部分對地關系； T外露可導電部分對地直接電氣連接， 與電力系統(tǒng)的任何接地點無關； N外露可導電部分與電力系統(tǒng)的接地 點直接電氣連接。橫線后面的字母(S、C或C-S)表示保護線與中性線的結合情況。1.TN系統(tǒng)(1)TNC系統(tǒng)PE與N合為

17、一根PEN，投資較省。設備外露可導電部分均接PEN線。PEN線可能有電流流過，設備外殼正常帶對地電壓和雜散電流，容易打火引起火災和爆炸及可對電子設備產(chǎn)生電磁干擾。如PEN線斷線，可使接PEN的設備外露可導電部分帶電，造成人身觸電危險；可使單相設備燒壞。在一相接殼或接地故障時過電流保護裝置動作，將切除故障線路。 在我國低壓配電系統(tǒng)中應有普遍，但不適于安全要求高，及抗電磁干擾要求高的場所。 適用于工廠配電。(2)TNS系統(tǒng)PE線與N線分開，設備外露可導電部分均接PE線。PE線與N線分開,PE線中無電流流過，因此對接PE線的設備無電磁干擾。PE線斷線時，正常情況不會使PE的設備外露可導電部分帶電，但

18、在有設備發(fā)生一相接殼故障時，將會帶電，危及人身安全。在一相接殼或接地故障時過電流保護裝置動作，將切除故障線路。PE線與N線分開,投資較TNC高。 適于對安全或抗電磁干擾要求高的場所。 常用于變壓器設在用電建筑物中的民用建筑供電。(3)TNCS該系統(tǒng)前部分全為TNC系統(tǒng)，而后邊有一部分為TNC系統(tǒng)，有一部分為TNS系統(tǒng)。設備外露可導電部分分接PEN或PE線。綜合了TNC與TNS系統(tǒng)的特點。PE與N線一旦分開，兩者不能在相連。 此系統(tǒng)比較靈活，對對安全或抗電磁干擾要求高的場所采用TNS系統(tǒng)，而其它情況則采用TNC系統(tǒng)。 廣泛地應用于分散的民用建筑中，特別適合一臺變壓器供好幾幢建筑物用電的系統(tǒng) 。2

19、.TT系統(tǒng)沒有公共的PE線，設備外露可導電部分經(jīng)各自的PE線直接接地。由于各設備的PE線之間無電磁聯(lián)系，因此互相之間無電磁干擾。當發(fā)生一相接地故障時則形成單相短路，但短路電流不大，影響保護裝置動作，此時設備外殼對地電壓近110v，危及人身安全。省去了公共PE線，較TN經(jīng)濟，但單獨裝設PE線，又增加了麻煩。 適用于抗電磁干擾要求高的場所及分散的用電系統(tǒng)。(3)IT系統(tǒng)沒有N線，不適于接相電壓的單相設備。設備外露可導電部分經(jīng)各自的PE線直接接地，互相之間無電磁干擾。發(fā)生一相接地故障時三相用電設備仍能繼續(xù)工作。應裝設單相接地保護裝置，以便發(fā)生一相接地故障時，給予報警信號。 應用于對連續(xù)供電要求高及有

20、易燃易爆的危險場所。三 重復接地 在TN系統(tǒng)中為確保公共PE或PEN線安全可靠，除電源中性點進行工作接地外，還必需在PE或PEN線的下列地方進行必要的重復接地。電流或架空線在引入建筑物或車間處。在架空線的干線和分支線的終端及沿線每一公里處。 重復接地雖可使PE或PEN斷線，并發(fā)生一相接地故障時對人的危險程度大大降低，但對人還是有危險，所以，PE或PEN一定要可靠牢固，不允許裝設開關或熔斷器。四 接地故障保護（一）TN系統(tǒng)的接地故障保護1.切除故障的時間要求：相對地額定電壓為220V的TN系統(tǒng)： 配電干線和供給固定式用電設備的末端配電線路不應大于5s。供電給手握式或移動式用電設備的末端配電線路不

21、應大于0.4s。2.單相接地故障的保護措施(1)利用線路的過電流保護空氣斷路器：當Sp2或1.5時，可在0.10.4s(DW)之間切除或0.010.02s(DZ) 之間切除。 熔斷器：當被保護線路末端單相短路電流為熔體額定電流的某一倍數(shù)時才能達到 5s 或 0.4s切除。(2)采用等電位連接 單相接地短路時，切除故障時間超過5s 或 0.4s,可采用總等電位或局部等電位連接，使人體接觸故障設備外殼時，其電壓差不大于50V。(3)采用零序保護 只適用于變壓器低壓側出現(xiàn)單相接地故障，當高壓側過電流保護兼作變壓器低壓側單相接地保護靈敏度不夠時采用，在低壓線路上很少采用。(4)采用漏電保護 保護人體觸

22、電不發(fā)生心室纖維顫動的界限值30mAs。（二）TT系統(tǒng)的接地故障保護1.TT系統(tǒng)接地故障保護應符合： Iop(E) 接地故障保護裝置動作電流。 RE設備金屬外殼的接地電阻。2.TT系統(tǒng)切除單相接地故障只有使用漏電保護。（三）IT系統(tǒng)的接地故障保護1.IT系統(tǒng)接地故障保護應符合： Id 發(fā)生第一次接地故障時的故障電流。 RE設備金屬外殼的接地電阻。 由于IT系統(tǒng)中性點是絕緣的，因此單相接地短路電流很小，UE50V，因此IT系統(tǒng)的單相接地短路可以不必斷開故障線路，系統(tǒng)仍可繼續(xù)運行。2.IT 系統(tǒng)接地故障保護有幾種：(1)采用絕緣監(jiān)視裝置(2)采用過電流保護裝置 當接地故障發(fā)展到二相、三相時，采用過

23、電流保護裝置，切除故障的時間要求與TN系統(tǒng)一樣。(3)采用漏電保護 當過電流保護裝置不能滿足切除故障的時間時，采用。則：漏電保護器的額定不動作電流Iop(E)0 大于第一次接地故障時相線上的電流。(4)采用過電壓保護 單相接地故障或二相接地故障時，非故障相的電壓升高相電壓的3倍或2倍。（四）漏電保護 漏電保護整定電流及時間的選擇1.單級時：(1)漏電保護器額定動作電流RE設備金屬外殼的接地電阻。Ur安全接觸電壓，一般干燥場所取56V；潮濕場所取25V；特別潮濕場所取 2.5V。(2)漏電保護器額定不動作電流應大于系統(tǒng)的正常泄漏電流Ig ，即：對照明線路和居民生活用電的單相回路：對三相電力線路或電力照明混合線路：Iop(E)0漏電保護器的額定不動作電流， mA；IN