建筑設(shè)備第14章-建筑物防雷及接地系統(tǒng)課件

1、第14章 建筑物防雷及接地系統(tǒng)14.1雷電危害 14.2建筑物的防雷分類14.3建筑物的防雷措施14.4防雷裝置14.5建筑物防雷計(jì)算 14.6接地系統(tǒng)概述14.7低壓系統(tǒng)的接地形式 14.8電氣裝置保護(hù)接地的范圍 14.9接地電阻 14.10等電位聯(lián)結(jié)14.1 雷電的危害在電力系統(tǒng)中,雷電是主要的自然災(zāi)害之一。它可能造成建筑物和設(shè)備損壞、停電、火災(zāi)、爆炸,也可能危及人身安全。雷電放電產(chǎn)生高溫引起廠房著火,設(shè)備損壞。2) 雷電放電產(chǎn)生強(qiáng)烈機(jī)械效應(yīng)造成廠房或設(shè)備損壞。3) 雷電放電時(shí),靜電和電磁感應(yīng)對(duì)廠房和設(shè)備造成破壞。4) 雷電放電造成附近人員傷亡。14.2建筑物的防雷分類14.3 建筑物的防

2、雷措施1.基本規(guī)定各類防雷建筑物應(yīng)設(shè)防直擊雷的外部防雷裝置,并應(yīng)采取防閃電電涌侵入的措施。第一類防雷建筑物和表14-1中第二類防雷建筑物的 57款所規(guī)定的第二類防雷建筑物,還應(yīng)采取防閃電感應(yīng)的措施。各類防雷建筑物應(yīng)設(shè)內(nèi)部防雷裝置,并應(yīng)符合下列規(guī)定:1) 在建筑物的地下室或地面層處,以下物體應(yīng)與防雷裝置做防雷等電位聯(lián)結(jié): 建筑物金屬體。 金屬裝置。 建筑物內(nèi)系統(tǒng)。 進(jìn)出建筑物的金屬管線。14.3 建筑物的防雷措施2) 除1)采取的措施外,外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內(nèi)系統(tǒng)之間,還應(yīng)滿足間隔距離的要求。表14-1中第二類防雷建筑物的24款所規(guī)定的第二類防雷建筑物還應(yīng)采取防雷擊電磁脈

3、沖的措施。其他各類防雷建筑物,當(dāng)其建筑物內(nèi)系統(tǒng)所接設(shè)備的重要性高,以及所處雷擊磁場(chǎng)環(huán)境和加于設(shè)備的閃電電涌無法滿足要求時(shí),也應(yīng)采取防雷擊電磁脈沖的措施。3)建筑物防雷不應(yīng)采用裝有放射性物質(zhì)的接閃器。4)新建建筑物防雷應(yīng)根據(jù)建筑及結(jié)構(gòu)形式與相關(guān)專業(yè)配合,宜利用建筑物金屬結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋等導(dǎo)體做防雷裝置。5)年平均雷暴日數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)(站)的資料確定14.3 建筑物的防雷措施14.4 防雷裝置1.接閃器1)專門敷設(shè)的接閃器應(yīng)由下列的一種或多種組成: 獨(dú)立接閃桿。 架空接閃線或架空接閃網(wǎng)。 直接裝設(shè)在建筑物上的接閃桿、接閃帶或接閃網(wǎng)。2)接閃器的材料、結(jié)構(gòu)和最小截面應(yīng)符合表14-9的

4、規(guī)定。2.引下線1)引下線的材料、結(jié)構(gòu)和最小截面應(yīng)按表14-9的規(guī)定取值。2)明敷引下線固定支架的間距不宜大于表14-12的規(guī)定。3)引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼,宜優(yōu)先采用圓鋼。4)專設(shè)引下線應(yīng)沿建筑物外墻外表面明敷,并經(jīng)最短路徑接地;建筑外觀要求較高者可暗敷,但其圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm,扁鋼截面不應(yīng)小于80mm2。14.4 防雷裝置在易受機(jī)械損傷之處,地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地線應(yīng)采用暗敷或采用鍍鋅角鋼改性塑料管或橡膠管等加以保護(hù)。8)第二類防雷建筑物或第三類防雷建筑物為鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土建筑物時(shí),在其鋼構(gòu)件或鋼筋之間的連接滿足GB500572010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定并

5、利用其作為引下線的條件下,當(dāng)其垂直支柱均起到引下線的作用時(shí),可不要求滿足專設(shè)引下線的間距。6)采用多根專設(shè)引下線時(shí),應(yīng)在各引下線上于距地0.31.8m裝設(shè)斷接卡。5)建筑物的鋼梁、鋼柱、消防梯等金屬構(gòu)件以及幕墻的金屬立柱宜作為引下線,但其各部件之間均應(yīng)連成電氣貫通,可采用銅鋅合金焊、熔焊、卷邊壓接、縫接、螺釘或螺栓連接;其截面應(yīng)按表14-9的規(guī)定取值;各金屬構(gòu)件可被覆有絕緣材料。14.4 防雷裝置1)接地體的材料、結(jié)構(gòu)和最小尺寸應(yīng)符合表14-14的規(guī)定。2)在符合表14-15規(guī)定的條件下,埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用熱鍍鋅角鋼、鋼管或圓鋼;埋于土壤中的人工水平接地體宜采用熱鍍鋅扁鋼或圓鋼。

6、接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。3)人工鋼質(zhì)垂直接地體的長(zhǎng)度宜為2.5m。其間距以及人工水平接地體的間距均宜為5m,當(dāng)受地方限制時(shí)可適當(dāng)減小。4)人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m,并宜敷設(shè)在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?其距墻或基礎(chǔ)不宜小于1m。接地體宜遠(yuǎn)離由于燒窯、煙道等高溫影響使土壤電阻率升高的地方。14.4 防雷裝置5)在敷設(shè)于土壤中的接地體連接到混凝土基礎(chǔ)內(nèi)起基礎(chǔ)接地體作用的鋼筋或鋼材的情況下,土壤中的接地體宜采用銅質(zhì)或鍍銅或不銹鋼導(dǎo)體。6)在高土壤電阻率的場(chǎng)地,降低防直擊雷沖擊接地電阻宜采用下列方法:7)防直擊雷的專設(shè)引下線距出入口或人行道邊沿不宜小于3m。8)接地裝置埋在土壤中的部分

7、,其連接宜采用放熱焊接;當(dāng)采用通常的焊接方法時(shí),應(yīng)在焊接處做防腐處理。14.4 防雷裝置4.防雷裝置使用的材料1)防雷裝置使用的材料及其應(yīng)用條件宜符合表14-15的規(guī)定。2)做防雷等電位連接各連接部件的最小截面,應(yīng)符合表14-16的規(guī)定。連接單臺(tái)或多臺(tái)級(jí)分類試驗(yàn)或 D1類電涌保護(hù)器的單根導(dǎo)體的最小截面,尚應(yīng)按下式計(jì)算14.4 防雷裝置表14-15防雷裝置的材料及使用條件14.4 防雷裝置表14-16防雷裝置各連接部件的最小截面14.5建筑物防雷計(jì)算1.建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)是指一年內(nèi),某建筑物單位面積內(nèi)遭受雷電襲擊的次數(shù),具體數(shù)值與建筑物等效面積、當(dāng)?shù)乩妆┤占敖ㄖ锏貨r

8、有關(guān)。年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)是建筑防雷必要性分析的一個(gè)指標(biāo),計(jì)算見表14-17。2.建筑物易受雷擊的部位建筑物易受雷擊的部位見表14-18。14.5建筑物防雷計(jì)算表14-18建筑物易受雷擊的部位14.5建筑物防雷計(jì)算 圖14-3單支接閃桿的保護(hù)范圍h接閃桿高度(m)hx被保護(hù)物的高度(m)hr滾球半徑(m)rx接閃桿在hx水平面上的保護(hù)半徑(m)14.5建筑物防雷計(jì)算3.單支接閃桿的保護(hù)范圍從雷電的危害中可以看出,無論對(duì)生產(chǎn)廠房、建筑物、設(shè)備或工作人員,危害最大的是直擊雷。防止直擊雷的最有效辦法是裝設(shè)接閃桿。接閃桿是將雷電吸引到自己身上來,把天空中積云的雷電流安全地導(dǎo)入大地,從而大大減少雷電向其附件物

9、體放電的可能,以達(dá)到保護(hù)的作用。單支接閃桿的保護(hù)范圍按下列方法確定,如圖14-3所示。接閃桿在地面上的保護(hù)半徑可按下式計(jì)算14.6接地系統(tǒng)概述1.基本概念(1)地(2)接地(3)接地極 (4)接地導(dǎo)體(接地線)為系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的給定點(diǎn)與接地極或接地網(wǎng)之間提供導(dǎo)電通路或部分導(dǎo)電通路的導(dǎo)體。(5)接地裝置(接地極系統(tǒng))由接地極、接地導(dǎo)體、總接地端子或接地母線組成的系統(tǒng)稱為接地極系統(tǒng)(接地裝置)。一般取總接地端子或接地母線為電位參考點(diǎn)。(6)接地配置(接地系統(tǒng))一個(gè)系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的接地所包含的全部電氣連接和器件。14.6接地系統(tǒng)概述2.接地的分類根據(jù)接地的不同作用,一般分為功能性接地和保護(hù)性接地

10、兩大類(1)功能性接地1)系統(tǒng)接地。2)信號(hào)電路接地。(2)保護(hù)性接地1) 電氣裝置保護(hù)接地。2) 雷電防護(hù)接地。3) 防靜電接地。4) 陰極保護(hù)接地。(3)功能和保護(hù)兼有的接地14.6接地系統(tǒng)概述3.共用接地根據(jù)電氣裝置的要求,接地配置可以兼有或分別地承擔(dān)防護(hù)和功能兩種功能。對(duì)于防護(hù)目的的要求,始終應(yīng)當(dāng)予以優(yōu)先考慮。建筑物內(nèi)通常有多種接地,如電力系統(tǒng)接地、電氣裝置保護(hù)接地、電子信息設(shè)備信號(hào)電路接地、防雷接地等。1) 每幢建筑物本身應(yīng)采用一個(gè)接地系統(tǒng)。2) 各個(gè)建、構(gòu)筑物可分別設(shè)置本身的共用接地系統(tǒng)。每個(gè)獨(dú)立接閃桿或每組接閃線是單獨(dú)的一個(gè)構(gòu)筑物,應(yīng)有各自的接地裝置。3) 功能上密切聯(lián)系的一組鄰

11、近建、構(gòu)筑物,宜設(shè)置一套共用接地系統(tǒng)。4) 在一定條件下,變電所的保護(hù)接地和低壓系統(tǒng)接地可以共用接地裝置。14.7低壓系統(tǒng)的接地型式1.低壓系統(tǒng)接地型式的表示方法以TN-C系統(tǒng)為例,第一個(gè)字母表示電源端對(duì)地的關(guān)系,第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分對(duì)地的關(guān)系,短橫線“-”后的字母(如果有)用來表示中性導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體的配置情況。以拉丁字母作為代號(hào),其意義為:T電源端有一點(diǎn)直接接地;I電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地;T電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地,此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn);N電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源端接地有直接電氣連接;S中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是分開的;C中性導(dǎo)

12、體和保護(hù)導(dǎo)體是合一的。14.7低壓系統(tǒng)的接地型式3.系統(tǒng)接地型式的選用(1)TN-C系統(tǒng)由于整個(gè)系統(tǒng)的N線和PE線是合一的,雖節(jié)省一根導(dǎo)線但其安全水平較低。如系統(tǒng)為一單相回路,當(dāng)PEN線中斷或?qū)щ姴涣紩r(shí),設(shè)備金屬外殼對(duì)地將帶220V的故障電壓,電擊死亡的危險(xiǎn)很大;并且不能裝用RCD來防電擊和接地電弧火災(zāi)。因PEN線不允許被切斷,檢修設(shè)備時(shí)不安全。PEN線因通過中性線電流,對(duì)信息系統(tǒng)和電子設(shè)備易產(chǎn)生干擾等。由于上述原因,目前已很少采用。(2)TN-S系統(tǒng)因PE線正常不通過工作電流,其電位接近地電位,不會(huì)對(duì)信息技術(shù)設(shè)備造成干擾,能大大降低電擊或火災(zāi)危險(xiǎn),較為安全。特別適用于設(shè)有對(duì)低壓電氣裝置供電的

13、配電變壓器的下列工業(yè)與民用建筑:14.7低壓系統(tǒng)的接地型式1)對(duì)供電連續(xù)性或防電擊要求較高的公共建筑、醫(yī)院、住宅等民用建筑。2)單相負(fù)荷較大或非線性負(fù)荷較多的工業(yè)廠房。3)有較多信息技術(shù)系統(tǒng)以及電磁兼容性EMC要求較高的通信局站、計(jì)算機(jī)站房、微電子廠房及科研、辦公、金融樓等場(chǎng)所。4)有爆炸、火災(zāi)危險(xiǎn)的場(chǎng)所。(3)TN-C-S系統(tǒng)在獨(dú)立變電所與建筑物之間為TN-C系統(tǒng),但進(jìn)建筑物后采用N與PE分開的TN-S系統(tǒng),其安全水平與TN-S系統(tǒng)相仿,因此宜用于未附設(shè)配電變壓器的上述TN-S中所列建筑和場(chǎng)所的電氣裝置。(4)TT系統(tǒng)(5)IT系統(tǒng)14.7低壓系統(tǒng)的接地型式4. TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)的兼容性1

14、)同一電源供電的不同建筑物,可分別采用TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。各建筑物應(yīng)實(shí)施總等電位聯(lián)結(jié)。2)同一建筑物內(nèi)宜采用TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中的一種。這是因?yàn)門T系統(tǒng)需要分設(shè)接地極,在同一建筑物內(nèi)難以實(shí)施。3)如能分設(shè)接地極,同一建筑物內(nèi)可以兼容TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。TN系統(tǒng)可以向總等電位聯(lián)結(jié)區(qū)以外的局部TT系統(tǒng)(如室外照明)供電。14.7低壓系統(tǒng)的接地型式5.IT系統(tǒng)與TN或TT系統(tǒng)的兼容性1)同一電源供電范圍內(nèi),IT系統(tǒng)不能與TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)兼容。同一電源供電范圍是指由同一變壓器或發(fā)電機(jī)供電的有直接電氣聯(lián)系的系統(tǒng)。2)同一建筑物內(nèi)IT系統(tǒng)可以與TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)兼容,只要IT系統(tǒng)與T字頭的系統(tǒng)不并聯(lián)運(yùn)行

15、。14.8電氣裝置保護(hù)接地的范圍根據(jù)GB/T 500652011交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定和要求,電氣裝置和設(shè)施的接地應(yīng)符合下列規(guī)定和要求。1)電力系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的下列部分(給定點(diǎn))均應(yīng)接地: 有效接地系統(tǒng)中部分變壓器的中性點(diǎn)和有效接地系統(tǒng)中部分變壓器、諧振接地、低電阻接地以及高電阻接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)所接設(shè)備的接地端子。 高壓并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)接地電抗器的接地端子。 電動(dòng)機(jī)、變壓器和高壓電器等的底座和外殼。 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)柜的外殼、發(fā)電機(jī)出線柜、封閉母線的外殼和變壓器、開關(guān)柜等(配套)的金屬母線槽等。 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的接地端子。14.8電氣裝置保護(hù)接地的范圍 配電、控制和保護(hù)用的屏

16、(柜、箱)等的金屬框架。 箱式變電站和環(huán)網(wǎng)柜的金屬箱體等。 發(fā)電廠、變電站電纜溝和電纜隧道內(nèi),以及地上各種電纜金屬支架等。 屋內(nèi)外配電裝置的金屬架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu),以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門。 電力電纜接線盒、終端盒的外殼,電力電纜的金屬護(hù)套或屏蔽層,穿線的鋼管和電纜橋架等。14.8電氣裝置保護(hù)接地的范圍14.8電氣裝置保護(hù)接地的范圍2)附屬于高壓電氣裝置和電力生產(chǎn)設(shè)施的二次設(shè)備等的下列金屬部分可不接地: 在木質(zhì)、瀝青等不良導(dǎo)電地面的干燥房間內(nèi),交流標(biāo)稱電壓380V及以下、直流標(biāo)稱電壓220V及以下的電氣裝置外殼,但當(dāng)維護(hù)人員可能同時(shí)觸及電氣裝置外殼和接地物件時(shí)除外。 安裝在配電屏、

17、控制屏和配電裝置上的電測(cè)量?jī)x表、繼電器和其他低壓電器等的外殼,以及當(dāng)發(fā)生絕緣損壞時(shí)在支持物上不會(huì)引起危險(xiǎn)電壓的絕緣子金屬底座等。 安裝在已接地的金屬架構(gòu)上,且保證電氣接觸良好的設(shè)備。 標(biāo)稱電壓220V及以下的蓄電池室內(nèi)的支架。14.9接地電阻1.基本規(guī)定高、低壓供配電系統(tǒng)及配電裝置接地電阻見表14-20。2.接地電阻值各類電氣裝置要求的接地電阻值,見表14-21。3.接地裝置確定變電站接地網(wǎng)的型式和布置時(shí),考慮保護(hù)接地要求,應(yīng)盡量降低接觸電位差和跨步電位差。1)高壓電氣裝置接地的一般規(guī)定。 電力系統(tǒng)、裝置或設(shè)備應(yīng)按規(guī)定接地。接地裝置應(yīng)充分利用自然接地極,但應(yīng)校驗(yàn)自然接地極的熱穩(wěn)定性。14.9接

18、地電阻 不同用途、不同額定電壓的電氣裝置或設(shè)備除另有規(guī)定外,應(yīng)使用一個(gè)總的接地網(wǎng),接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。 設(shè)計(jì)接地裝置時(shí),應(yīng)考慮土壤干燥或降雨和凍結(jié)等季節(jié)變化的影響,接地電阻、接觸電位差和跨步電位差在四季中均應(yīng)符合要求,但雷電保護(hù)接地的接地電阻,可只考慮在雷季中土壤干燥狀態(tài)的影響。2)110kV及以上有效接地系統(tǒng)和635kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí),變電站接地網(wǎng)的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過由下列二式計(jì)算所得的數(shù)值14.9接地電阻3)666kV不接地、諧振接地和高電阻接地的系統(tǒng),發(fā)生單相接地故障后,當(dāng)不迅速切除故障時(shí),發(fā)電廠和變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差

19、不應(yīng)超過下列二式計(jì)算所得的數(shù)值Ut=50+0.05sCs(14-42)Us=50+0.2sCs(14-43)注:上述式(14-40)式(14-41)推導(dǎo)中的人體電阻按1500考慮。表層衰減系數(shù)Cs可按圖14-4查取。14.9接地電阻圖14-4Cs與h和K的關(guān)系曲線14.9接地電阻圖中,K為不同電阻率土壤的反射系數(shù);h 為表層土壤厚度,單位為m。K按式(14-44)計(jì)算。14.9接地電阻在工程實(shí)踐中,若對(duì)地網(wǎng)上方跨步電位差和接觸電位差允許值的計(jì)算精度要求不高(誤差在5%以內(nèi))時(shí),也可采用下式計(jì)算14.9接地電阻4.接地電阻的計(jì)算1)單獨(dú)接地極或桿塔接地裝置的沖擊接地電阻可按下式計(jì)算Ri=R(14

20、-46)2)當(dāng)接地裝置由較多水平接地極或垂直接地極組成時(shí),垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍;水平接地極的間距不宜小于5m。由n根等長(zhǎng)水平放射形接地極組成的接地裝置,其沖擊接地電阻可按下式計(jì)算14.9接地電阻表14-22接地極的沖擊利用系數(shù)i14.10等電位聯(lián)結(jié)1.等電位聯(lián)結(jié)的作用建筑物的低壓電氣裝置應(yīng)采用等電位聯(lián)結(jié)以降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬物體間的電位差;避免自建筑物外經(jīng)電氣線路和金屬管道引入的故障電壓的危害;減少保護(hù)電器動(dòng)作不可靠帶來的危險(xiǎn)和有利于避免外界電磁場(chǎng)引起的干擾、改善裝置的電磁兼容性。2.等電位聯(lián)結(jié)的分類按等電位聯(lián)結(jié)的作用可分為保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)(如防間接接觸電擊的等電位

21、聯(lián)結(jié)或防雷的等電位聯(lián)結(jié))和功能等電位聯(lián)結(jié)(如信息系統(tǒng)抗電磁干擾及用于電磁兼容EMC的等電位聯(lián)結(jié))。按等電位聯(lián)結(jié)的作用范圍分為總等電位聯(lián)結(jié)、輔助等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。14.10等電位聯(lián)結(jié)(1)總等電位聯(lián)結(jié)每個(gè)建筑物內(nèi)的接地導(dǎo)體、總接地端子和下列可導(dǎo)電部分應(yīng)實(shí)施保護(hù)等電位聯(lián)結(jié):1)進(jìn)入建筑物的供應(yīng)設(shè)施的金屬管道,如燃?xì)夤?、水管等?)在正常使用時(shí)可觸及的裝置外可導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、集中供熱和空調(diào)系統(tǒng)的金屬部分。3)便于利用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋。從建筑物外進(jìn)入的上述可導(dǎo)電部分,應(yīng)盡可能在靠近入戶處進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。通信電纜的金屬護(hù)套應(yīng)作保護(hù)等電位聯(lián)結(jié),這時(shí)應(yīng)考慮通信電纜的業(yè)主或管理者的要求。(2)局部等電位聯(lián)結(jié)在一局部范圍內(nèi)將各可導(dǎo)電部分連通,稱為局部等電位聯(lián)結(jié)。可通過局