建筑供配電與照明課件

1、課題9 防雷與接地9.1 過電壓與防雷9.2 接地9.1 過電壓與防雷過電壓（over voltage）是指電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓的現(xiàn)象。按照過電壓產(chǎn)生的原因不同，可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓兩大類。1.內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓稱為內(nèi)部過電壓，又分為暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓三種。9.1.1 過電壓暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障而使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓，又稱工頻電壓升高。常見的有： 空載長線電容效應(yīng)（費蘭梯效應(yīng)）。在工頻電源作用下，由于遠距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓

2、分布不等，末端電壓最高。 不對稱短路接地。三相輸電線路a相發(fā)生短路接地故障時，b、c相上的電壓會升高。 甩負荷過電壓。輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負荷時，由于電源電動勢尚未及時自動調(diào)節(jié)而引起的過電壓。操作過電壓是由于進行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快、持續(xù)時間較短的過電壓，常見的有空載線路合閘和重合閘過電壓、切除空載線路過電壓、切斷空載變壓器過電壓和弧光接地過電壓。諧振過電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的瞬間高電壓。一般按起因分為線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓和參量諧振過電壓。 內(nèi)部過電壓的幅值一般不超過電網(wǎng)額定電壓的33.5倍，對供電

3、系統(tǒng)的危害較小。這是因為它比大氣過電壓小得多，且電氣設(shè)備和線路在設(shè)計時的絕緣強度留有一定的裕量。2.外部過電壓外部過電壓又稱雷電過電壓或大氣過電壓，是由大氣中的雷云對地面放電而引起的，主要有直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。雷電過電壓的持續(xù)時間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。1.雷電的形成雷電的形成過程可分為氣流上升、電荷分離和放電三個階段。在雷雨季節(jié)，地面上的水分受熱變成蒸汽上升，與冷空氣相遇之后凝成水滴，形成積云。云中水滴受強氣流摩擦產(chǎn)生電荷，小水滴容易被氣流帶走，形成帶負電的云；較大水滴形成帶正電的云。由于靜電感應(yīng)，大地表面與云層之間、云層與云層之間會感應(yīng)出異性電荷，當電

4、場強度達到一定值時，即發(fā)生雷云與大地或雷云與雷云之間的放電。典型的雷擊發(fā)展過程如圖9.1所示。 9.1.2 雷與防雷設(shè)備9.1.2.1 雷電基本知識據(jù)測試，對地放電的雷云大多帶負電荷。隨著雷云中負電荷的積累，其電場強度逐漸增加，當達到2530 kV/cm時，使附近的空氣絕緣破壞，便產(chǎn)生雷云放電。2.雷電的特點及作用形式（1） 雷電的特點雷電流是一種沖擊波，雷電流幅值Im的變化范圍很大，一般為數(shù)十至數(shù)千安培。雷電流幅值一般在第一次閃擊時出現(xiàn)，也稱主放電。典型的雷電流波形如圖9.2所示。雷電流一般在14 s內(nèi)增長到幅值Im，雷電流在幅值以前的一段波形稱為波頭；從幅值起到雷電流衰減至Im/2的一段波

5、形稱為波尾。雷電流是一個幅值很大、陡度很高的電流，具有很強的沖擊性，其破壞性極大。（2） 雷擊的選擇性建筑物遭受雷擊的部分是有一定規(guī)律的，建筑物易遭受雷擊的部位如下: 平屋面或坡度不大于1/10的屋面檐角、女兒墻、屋檐，如圖9.3（a）、（b）所示。 坡度大于1/10且小于1/2的屋面屋角、屋脊、檐角、屋檐，如圖9.3（c）所示。 坡度不小于1/2的屋面屋角、屋脊、檐角，如圖9.3（d）所示。（3） 雷電擊的基本形式 直擊雷當天空中的雷云飄近地面時，就在附近地面特別是凸出的樹木或建筑物上感應(yīng)出異性電荷。電場強度達到一定值時，雷云就會通過這些物體與大地之間放電，發(fā)生雷擊。這種直接擊在建筑物或其他

6、物體上的雷電叫直擊雷。直擊雷使被擊物體產(chǎn)生很高的電位，引起過電壓和過電流，不僅會擊斃人畜、燒毀或劈倒樹木、破壞建筑物，而且還會引起火災(zāi)和爆炸。 感應(yīng)雷當建筑上空有雷云時，在建筑物上便會感應(yīng)出相反電荷。在雷云放電后，云與大地電場消失了，但聚集在屋頂上的電荷不能立即釋放，此時屋頂對地面便有相當高的感應(yīng)電壓，造成屋內(nèi)電線、金屬管道和大型金屬設(shè)備放電，引起建筑物內(nèi)的易爆危險品爆炸或易燃物品燃燒。這里的感應(yīng)電荷主要是由于雷電流的強大電場和磁場變化產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成的，所以稱為感應(yīng)雷或感應(yīng)過電壓。 雷電波侵入當輸電線路或金屬管路遭受直接雷擊或發(fā)生感應(yīng)雷，雷電波便沿著這些線路侵入室內(nèi)，造成人員、電

7、氣設(shè)備和建筑物的傷害和破壞。雷電波侵入造成的事故在雷害事故中占相當大的比重，需引起足夠重視。 球形雷球形雷的形成研究還沒有完整的理論，通常認為它是一個溫度極高的特別明亮的眩目發(fā)光球體，直徑為1020 cm或更大。球形雷通常在電閃后發(fā)生，以每秒幾米的速度在空氣中漂行，它能從煙囪、門、窗或孔洞進入建筑物內(nèi)部造成破壞。3.雷暴日雷電的大小、多少與氣象條件有關(guān)，評價某地區(qū)雷電的活動頻繁程度一般以雷暴日為單位。在一天內(nèi)只要聽到雷聲或者看到雷閃就算一個雷暴日。由當?shù)貧庀笈_站統(tǒng)計的多年雷暴日的年平均值稱為年平均雷暴日數(shù)。年平均雷暴日不超過15天的地區(qū)稱為少雷區(qū)，超過40天的地區(qū)稱為多雷區(qū)。4.雷電的危害雷電

8、的形成伴隨著巨大的電流和極高的電壓，在它的放電過程中會產(chǎn)生極大的破壞力。雷電的危害主要是以下幾方面：(1) 雷電的熱效應(yīng)雷電產(chǎn)生強大的熱能使金屬熔化，燒斷輸電導(dǎo)線，摧毀用電設(shè)備，甚至引起火災(zāi)和爆炸。(2) 雷電的機械效應(yīng)雷電產(chǎn)生強大的電動力可以擊毀電桿，破壞建筑物，人畜亦不能幸免。(3) 雷電的閃絡(luò)放電雷電產(chǎn)生的高電壓會引起絕緣子燒壞，斷路器跳閘，導(dǎo)致供電線路停電。圖9.1雷云對地放電示意圖 圖9.2雷電流波形 圖9.3建筑物易受雷擊的部位防雷裝置由接閃器、接地引下線和接地體三部分組成。1.避雷針避雷針屬于接閃器，它是用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，頭部呈尖形，為保證足夠的雷電流流通量，其直徑應(yīng)不小

9、于表9.1（見P276）給出的數(shù)值。避雷針的下端經(jīng)引下線與接地裝置焊接，形成可靠連接。避雷針通常安裝在構(gòu)架、支柱或建筑物上。9.1.2.2 防雷裝置由于避雷針安裝高度高于被保護物，又與大地相連，因此，當雷電先導(dǎo)臨近地面時，避雷針能使雷電場發(fā)生畸變，改變雷電先導(dǎo)的通道方向，將之引向避雷針的本體。一旦雷電經(jīng)避雷針放電，強大的雷電流就經(jīng)避雷針、引下線泄放至大地而避免了被保護物遭受雷擊。從這一意義上說，避雷針實質(zhì)上是“引雷針”，而不是“避雷針”。在避雷針下方有一個安全區(qū)域，處在這個安全區(qū)域內(nèi)的被保護物遭受直接雷擊的概率非常小，該區(qū)域就稱為避雷針的保護范圍。避雷針的保護范圍以往常用“折線法”計算，目前根

10、據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范（GB 5005794）采用“滾球法”來計算。滾球法確定防護范圍的步驟為：選擇一個半徑為hr（滾球半徑）的球體，沿需防護直擊雷的部分滾動。當球體觸及接閃器或者同時觸及接閃器和地面，而不能觸及接閃器下方部位時，則該部位就在這個接閃器的保護范圍之內(nèi)。滾球半徑hr是按不同建筑物的防雷類別確定的，見表9.2（見P277）。避雷針保護的范圍見圖9.4，具體計算步驟如下：（1） 當避雷針高度h小于或等于滾球半徑hr時 距地面hr處作一平行于地面的平行線。 以避雷針針尖為圓心，以hr為半徑，作弧線交平行線于A、B兩點。 分別以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該兩條弧線上與避雷針尖相交，下

11、與地面相切，再將此兩條弧線以避雷針為軸旋轉(zhuǎn)180，形成的圓弧曲面體空間就是避雷針的保護范圍。 避雷針在hx高度xx平面上的保護半徑rx按下式確定：（2） 當避雷針高度h大于滾球半徑hr時，取h=hr，再按第（1）條方法計算?！纠?.1】某廠有一座第二類防雷建筑物，高10 m，其屋頂最遠一角距離高50 m的煙囪為15 m遠，煙囪上裝有一根2.5 m高的避雷針。試用“滾球法”驗算此避雷針能否保護這座建筑物?！窘狻恳阎猦=50+2.5=52.5 m，hx=10 m，滾球半徑hr=45 m（第二類防雷建筑物），所以在rx水平面上避雷針的保護半徑為能保護該建筑物。2.避雷線避雷線的原理及作用與避雷針基本

12、相同，它主要用于保護架空線路，因此又稱為架空地線。避雷線的材料為35 mm2的鍍鋅鋼線，分單根和雙根兩種，雙根的保護范圍大一些。避雷線一般架設(shè)在架空線路導(dǎo)線的上方，用引下線與接地裝置連接，以保護架空線路免受直接雷擊。單根避雷線的保護范圍按下列方法確定，如圖9.5所示。（1） 距地面hr處作一平行于地面的平行線。（2） 以避雷線為圓心、hr為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點。（3） 分別以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該兩弧線相交或相切并與地面相切，從該弧線起到地面止就是保護范圍。（4） 當避雷線的高度滿足hrh2hr時，保護范圍最高點的高度h0為h0=2hr-h（5） 避雷線在hx高度xx

13、平面上的保護寬度bx為 （6） 當避雷線的高度h2hr時，無保護范圍。3.避雷網(wǎng)和避雷帶避雷網(wǎng)和避雷帶普遍用來保護高層建筑物免遭直擊雷和感應(yīng)雷的侵害。避雷帶采用直徑不小于8 mm的圓鋼或截面不小于48 mm2、厚度不小于4 mm的扁鋼，沿屋頂周圍裝設(shè)，高出屋面100159 mm，支持卡間距為11.5 m。避雷網(wǎng)則除了沿屋頂周圍裝設(shè)外，屋頂上面還用圓鋼或扁鋼縱橫連接成網(wǎng)狀。避雷帶、避雷網(wǎng)必須經(jīng)12根引下線與接地裝置可靠地連接。4.避雷器由前所述，當雷電所產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓沿架空線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)時，將發(fā)生閃絡(luò)，甚至將電氣設(shè)備的絕緣擊穿。因此，假如在電氣設(shè)備的電源進線端并聯(lián)一種保護設(shè)備，

14、如圖9.6所示，令其放電電壓低于被保護設(shè)備的絕緣耐壓值，當過電壓來臨時，該保護設(shè)備立即對地放電，從而使被保護設(shè)備免受雷擊。常用避雷器的形式有閥式、管式、保護間隙和金屬氧化物等。（1） 閥式避雷器閥式避雷器主要分為普通閥式避雷器和磁吹閥式避雷器兩大類。普通閥式避雷器有FS和FZ兩種系列；磁吹閥式避雷器有FCD和FCZ兩種系列。閥式避雷器型號中的符號含義如下：F閥式避雷器；S配（變）電作用；Z電站用；Y線路用；D旋轉(zhuǎn)電機用；C具有磁吹放電間隙。 閥式避雷器主要由平板火花間隙與碳化硅電阻片（閥片）串聯(lián)而成，裝在密封的瓷管內(nèi)，外殼有接線螺栓供安裝用。避雷器中的碳化硅電阻具有非線性特性,在正常電壓時其阻

15、值很大,過電壓時其阻值隨之變小。閥式避雷器在正常的工頻電壓作用下火花間隙不被擊穿，但在雷電波過電壓下，避雷器的火花間隙被擊穿；碳化硅電阻的阻值隨之變得很小，雷電波巨大的雷電流順利地通過電阻流入大地中，電阻閥片對尾隨雷電流而來的工頻電壓呈現(xiàn)了很大的電阻，從而工頻電流被火花間隙阻斷，線路恢復(fù)正常運行。由此可見，電阻閥片和火花間隙的密切配合使避雷器很像一個閥門，對于雷電流“閥門”打開，對于工頻電流“閥門”則關(guān)閉，故稱之為閥式避雷器。FS系列閥式避雷器的結(jié)構(gòu)如圖9.7（a）所示，此系列避雷器閥片直徑較小，通流容量較低，一般用于保護變配電設(shè)備和線路。FZ系列閥式避雷器的結(jié)構(gòu)如圖9.7（b）所示，此系列避

16、雷器閥片直徑較大，且火花間隙并聯(lián)了具有非線性的碳化硅電阻，通流容量較大，一般用于保護35 kV及以上大、中型工廠中總降壓變電所的電氣設(shè)備。磁吹閥式避雷器（FCD型）的內(nèi)部附有磁吹裝置來加速火花間隙中電弧的熄滅，專門用來保護重要的或絕緣較為薄弱的設(shè)備，如高壓電動機等。（2） 保護間隙和管式避雷器保護間隙是最簡單的防雷設(shè)備，其原理結(jié)構(gòu)如圖9.8所示。保護間隙一般用鍍鋅圓鋼制成，由主間隙和輔助間隙兩部分組成。主間隙做成角形的，水平安裝，以便滅弧。為了防止主間隙被外來的物體短路而引起誤動作，在主間隙的下方串聯(lián)有輔助間隙。因為保護間隙滅弧能力弱，一般要求與自動重合閘裝置配合使用，以提高供電的可靠性。管式

17、避雷器的基本元件是安裝在產(chǎn)氣管內(nèi)的火花間隙，間隙由棒型和環(huán)型電極構(gòu)成，如圖9.9所示。管式避雷器由滅弧管內(nèi)間隙和外間隙組成。滅弧管一般用纖維膠木等能在高溫下產(chǎn)生氣體的材料制成。當雷電波過電壓來臨時，管式避雷器的內(nèi)、外間隙被擊穿，雷電流通過接地線泄入大地。接踵而來的工頻電流產(chǎn)生強烈的電弧，電弧燃燒管壁并產(chǎn)生大量氣體從管口噴出，很快地吹滅電弧。同時外部間隙恢復(fù)絕緣，使滅弧管或避雷器與系統(tǒng)隔開，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。因管式避雷器是靠工頻電流產(chǎn)生氣體而滅弧的，如果開斷的短路電流過大，產(chǎn)氣過多超出滅弧管的機械強度時，會使其開裂或爆炸，因此管式避雷器通常用于戶外。（3） 金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器（亦稱

18、壓敏避雷器）是20世紀70年代開始出現(xiàn)的一種新型避雷器。與傳統(tǒng)的碳化硅閥式避雷器相比，金屬氧化物避雷器沒有火花間隙，且用氧化鋅（ZnO）代替碳化硅（SiC），在結(jié)構(gòu)上采用壓敏電阻制成的閥片疊裝而成，該閥片具有優(yōu)異的非線性伏安特性：工頻電壓下，它呈現(xiàn)極大的電阻，有效地抑制工頻電流；而在雷電波過電壓下，它又呈現(xiàn)極小的電阻，能很好地泄放雷電流。金屬氧化物避雷器具有保護特性好、通流能力強、殘壓低、體積小、安裝方便等優(yōu)點。目前金屬氧化物避雷器已廣泛地用于高、低壓電氣設(shè)備的保護。5.引下線引下線是連接防雷裝置與接地裝置的一段導(dǎo)線，其作用是將雷電流引入接地裝置。一般可用圓鋼或扁鋼制成。圓鋼直徑不小于8 mm

19、；扁鋼截面積不小于48 mm2，厚度不小于4 mm。引下線可以明裝，也可以暗裝。明裝時，必須沿建筑物的外墻敷設(shè)。引下線應(yīng)在地面上1.7 m和地面下0.3 m的一段線上用鋼管或塑料管加以保護；在1.8 m處設(shè)斷接卡。暗裝時，可以利用建筑物本身的金屬結(jié)構(gòu)，如鋼筋混凝土柱子的主筋作為引下線，但暗裝的引下線應(yīng)比明裝時增大一個規(guī)格，每根柱子內(nèi)要焊接兩根主筋，各構(gòu)件之間必須連成電氣通路。屋內(nèi)接地干線與防感應(yīng)雷接地裝置的連接不應(yīng)少于2處。6.接地裝置將雷電流通過引下線引入大地的散流裝置稱為接地裝置。接地裝置由接地體和接地線組成。接地線是連接引下線和接地體的導(dǎo)線，一般用直徑為10 mm的圓鋼組成。接地體包含人

20、工接地體和自然接地體（埋入建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋；行車的鋼軌；埋地的金屬管道、水管，但可燃液體和可燃氣體管道除外；敷設(shè)于地面下而數(shù)量不少于2根的電纜金屬外皮等）。在裝設(shè)接地裝置時，首先應(yīng)充分利用自然接地體，以節(jié)約投資。當實地測量所利用的自然接地體電阻不能滿足規(guī)范要求時才考慮添加裝設(shè)人工接地體作為補充。人工接地體可用圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管等組成，其最小尺寸不小于下列數(shù)值：圓鋼直徑為10 mm；扁鋼截面為100 mm2，厚度為4 mm；角鋼厚度為4 mm；鋼管管壁厚度為3.5 mm。人工接地體有垂直埋設(shè)和水平埋設(shè)兩種基本結(jié)構(gòu)，如圖9.10所示。垂直埋設(shè)時，為了減小相鄰接地體的屏蔽效應(yīng)，各接地體之間的

21、距離一般為5 m。圖9.4單根避雷針的防護范圍圖9.5單根架空避雷線的保護范圍(a) 當h小于2hr但大于hr時；（b） 當h小于或等于hr時 圖9.6避雷器的連接圖9.7閥式避雷器的結(jié)構(gòu)(a) FS-10 閥式避雷器；(b) FZ-10 閥式避雷器 圖9.8保護間隙 圖9.9管式避雷器 圖9.10人工接地體 （1） 架設(shè)避雷線運行經(jīng)驗表明，架設(shè)避雷線是防雷的有效措施。但是它的造價高，所以只在63 kV以上的架空線路上才沿全線裝設(shè)，35 kV的架空線路上只在進、出變電所的一段線路上裝設(shè)，而10 kV及以下線路上一般不裝避雷線。（2） 提高線路本身的絕緣水平 在架空線路上可采用木橫擔、瓷橫擔，或

22、采用高一級的絕緣子，以提高線路的防雷水平，這是10 kV及以下架空線路防雷的基本措施。9.1.3 架空線路的防雷保護（3） 利用三角形排列的頂線兼作保護線由于310 kV線路通常是中性點不接地的系統(tǒng)，因此可在三角形排列的頂線絕緣子上裝設(shè)保護間隙。在雷擊時頂線承受雷擊，擊穿保護間隙，對地泄放雷電流，從而保護了下面兩根導(dǎo)線，也不會引起線路斷路器跳閘。（4） 裝設(shè)自動重合閘裝置線路上因雷擊放電而產(chǎn)生的短路是由電弧引起的。斷路器跳閘后，電弧即自動熄滅。如果采用一次自動ARD裝置，使開關(guān)經(jīng)0.5 s或更長時間自動重合閘，電弧通常不會復(fù)燃，從而能恢復(fù)供電，對一般用戶不會有什么影響。（5） 個別絕緣薄弱點裝

23、設(shè)避雷器對架空線路上個別絕緣薄弱點，如跨越桿、轉(zhuǎn)角桿、分支桿、帶拉線桿、木桿線路中個別金屬桿或個別橫擔電桿等處，可裝設(shè)排氣式避雷器或保護間隙。工廠變配電所的防雷保護主要有兩個重要方面:一是要防止變配電所建筑物和戶外配電裝置遭受直擊雷；二是防止過電壓雷電波沿進線侵入變配電所，危及變配電所電氣設(shè)備的安全。變配電所的防雷保護常采用以下措施:（1） 防直擊雷一般采用裝設(shè)避雷針（線）來防直擊雷。如果變配電所位于附近的高大建（構(gòu)）筑物上的避雷針保護范圍內(nèi)，或者變配電所本身是在室內(nèi)的，則不必考慮直擊雷的防護。9.1.5 變電所（配電所）防雷保護（2） 雷電波的侵入對35 kV進線，一般采用在沿進線50060

24、0 m的這一段距離安裝避雷線并可靠地接地，同時在進線上安裝避雷器即可滿足要求。對610 kV進線可以不裝避雷線，只要在線路上裝設(shè)FZ型或FS型閥式避雷器即可，如圖9.11所示。圖9.11中接在母線上的避雷器主要是保護變壓器不受雷電波危害，在安裝時應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地的中性點及金屬外殼一起接地，如圖9.12所示。 （3） 高壓電動機的防雷保護高壓電動機的繞組由于制造條件的限制，其絕緣水平比變壓器低，它不能像變壓器線圈那樣可以浸在油里，而只能靠固體介質(zhì)來絕緣。電動機繞組長期在空氣中運行，容易受潮、受粉塵污染、受酸堿氣體的侵蝕。另外，長時間的發(fā)熱，繞組中的固體介質(zhì)容易老化，

25、所以電動機的絕緣只能達到1.52UN。對高壓電動機一般采用如下的防雷措施：對定子繞組的中性點能引出的大功率高壓電動機，在中性點加裝相電壓磁吹閥式避雷器（FCD型）或金屬氧化物避雷器；對中性點不能引出的電動機，目前普遍采用FCD磁吹閥式避雷器與電容器C并聯(lián)的方法來保護，如圖9.13所示，該電容器的容量可選1.52 F，電容器的耐壓值可按被保護電動機的額定電壓選用，電容器接成星形，并將其中性點直接接地。圖9.11610 kV防雷電波侵入接線示意圖 圖9.12變壓器防雷保護 圖9.13高壓電動機防雷保護的接線示意圖1.第一類建筑物凡存放爆炸性物品，或在正常情況下能形成爆炸性混合物，因電火花而爆炸的建

26、筑物，稱為第一類建筑物。這類建筑物裝設(shè)獨立避雷針（或消雷器）防止直擊雷。為防感應(yīng)過電壓和雷電波侵入，對非金屬屋面應(yīng)敷設(shè)避雷網(wǎng)并可靠接地。室內(nèi)的一切金屬設(shè)備和管道均應(yīng)良好接地，電源進線處也應(yīng)裝設(shè)避雷器并可靠接地。9.1.5 建筑物的防雷9.1.5.1 建筑物防雷的分類2.第二類建筑物條件同第一類，但電火花不易引起爆炸或不至于造成巨大破壞和人身傷亡；預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.06次/a的部、省級辦公建筑及其他重要或人員密集的公共建筑；預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般民用建筑。這類建筑物的防雷措施基本與第一類相同，即要有防直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波侵入的保護措施。3.第三類建筑物（1） 省級重

27、點文物保護的建筑物及省級檔案館。（2） 預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建筑及其他重要或人員密集的公共建筑。（3） 預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般民用建筑。（4） 預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a的一般工業(yè)建筑。（5） 在平均雷暴日大于15 d/a的地區(qū)，高度在15 m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳構(gòu)筑物；在平均雷暴日小于或等于15 d/a的地區(qū)，高度在20 m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳構(gòu)筑物。根據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范的要求，在確定建筑物的防雷類別時，預(yù)計雷擊次數(shù)是一個很重要的指標。因此，

28、要根據(jù)實際的情況，計算建筑物的年預(yù)計雷擊次數(shù)，確定建筑物的防雷類別，做到：該高的不能低，以免造成不應(yīng)該發(fā)生的雷擊損失；該低的不要高，沒有達到第三類防雷類別的建筑物不需要進行防雷設(shè)計，以免造成建設(shè)上的浪費。9.1.5.2 建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)（1） 建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)應(yīng)按下式確定：N=KNgAe （2） 雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式確定： Ng=0.024T1.3d （3） 建筑物等效面積Ae，應(yīng)為其實際平面積向外擴大后的面積。其計算方法應(yīng)符合下列規(guī)定： 當建筑物高度H0.069.1.6 建筑物的防雷案例根據(jù)規(guī)范，該建筑物屬于第三類防雷建筑。查表得到第三類防雷建筑的滾球半徑hr=60 m。避雷

29、針的高度h=28+8=36（m）在高度為28 m+1 m（女兒墻）位置的保護半徑為rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx)=3.619710(m)而樓頂?shù)拈L度是50 m，所以該建筑物不能得到安全防護。9.2 接地9.2.1 人體觸電的類型1.人體觸電事故類型當人體接觸帶電體或人體與帶電體之間產(chǎn)生閃絡(luò)放電，并有一定電流通過人體，導(dǎo)致人體傷亡的現(xiàn)象，稱為觸電。以是否接觸帶電體，可分為直接觸電和間接觸電。前者是人體不慎接觸帶電體或是過分靠近高壓設(shè)備，后者是人體觸及因絕緣損壞而帶電的設(shè)備外殼或與之相連接的金屬構(gòu)架。以電流對人體的傷害，可分為電擊和電傷。電擊主要是電流對人體內(nèi)部的生理作用，表現(xiàn)為人體

30、的肌肉痙攣、呼吸中樞麻痹、心室顫動、呼吸停止等；電傷主要是電流對人體外部的物理作用，常見的形式有電灼傷、電烙印以及皮膚中滲入熔化的金屬物等。除上述分類之外，還有以人體觸電方式分類、以傷害程度分類等。2.人體觸電事故原因（1） 違反安全工作規(guī)程。如在全部停電和部分停電的電氣設(shè)備上工作，未落實相應(yīng)的技術(shù)措施和組織措施，導(dǎo)致誤觸帶電部分；錯誤操作（帶負荷分、合隔離開關(guān)等）以及使用工具及操作方法不正確等。（2） 運行維護工作不及時。如架空線路斷線導(dǎo)致誤觸電；電氣設(shè)備絕緣破損使帶電體接觸外殼或鐵芯，從而導(dǎo)致誤觸電；接地裝置的接地線不合標準或接地電阻太大等導(dǎo)致誤觸電。（3） 設(shè)備安裝不符合要求。主要表現(xiàn)在

31、進行室內(nèi)外配電裝置的安裝時不遵守國家電力規(guī)程有關(guān)規(guī)定，野蠻施工，偷工減料，采用假冒偽劣產(chǎn)品等。3.電流強度對人體的危害程度觸電時人體受害的程度與許多因素有關(guān)，如通過人體的電流強度、持續(xù)時間、電壓高低、頻率高低、電流通過人體的途徑以及人體的健康狀況等，其中最主要的因素是通過人體電流強度的大小。當通過人體的電流越大，人體的生理反應(yīng)越明顯，致命的危險性也就越大。按通過人體的電流對人體的影響，將電流大致分為三種：（1） 感覺電流它是人體有感覺的最小電流。（2） 擺脫電流人體觸電后能自主地擺脫電源的最大電流稱為擺脫電流。（3） 致命電流在較短的時間內(nèi)，危及生命的最小電流稱為致命電流。一般情況下通過人體的

32、工頻電流超過50 mA時，心臟就會停跳，人就會發(fā)生昏迷，很快致死。人體觸電時，若電壓一定，則通過人體的電流由人體的電阻值決定。不同類型、不同條件下的人體電阻不盡相同。一般情況下，人體電阻可高達幾十千歐，而在最惡劣的情況下可能降至1000 ，而且人體電阻會隨著作用于人體的電壓升高而急劇下降。人體觸電時能擺脫的最大電流稱為安全電流。我國規(guī)定安全電流為30 mA，且通過時間不超過1 s，即30 mAs。按安全電流值和人體電阻值，大致可求出其安全電壓值。我國規(guī)定允許人體接觸的安全電壓如表9.3（見P286）所示。電氣設(shè)備的某金屬部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。1.接地的類型和接地裝置（1）

33、接地的類型按其功能可分為工作接地、保護接地、雷電保護接地和防靜電接地四種方式。9.2.2 接地及接地裝置工作接地是為了保證電氣設(shè)備在正常的情況下可靠的工作而進行的接地。各種工作接地都有其各自的功能。如變壓器、發(fā)電機的中性點直接接地能在運行中維持三相系統(tǒng)中相線對地電壓不變；又如電壓互感器一次線圈中性點接地是為了測量一次系統(tǒng)相對地的電壓源，中性點經(jīng)消弧線圈接地能防止系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓等。保護接地是將電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架、線路的塔桿等正常情況下不帶電，但可能因絕緣損壞而帶電的所有部分接地。因為這種接地的目的是保護人身安全，故稱為保護接地或安全接地。雷電保護接地是給防雷保護裝置（避雷針、避雷

34、線、避雷網(wǎng)）向大地泄放雷電流提供通道。防靜電接地是為了防止靜電引起易燃易爆氣體或液體發(fā)生火災(zāi)或爆炸，而對貯氣體或液體管道、容器等設(shè)置的接地。此外還有為進一步確保接地可靠性而設(shè)置的重復(fù)接地等。圖9.15所示為幾種常見接地形式。（2） 接地裝置以及散流現(xiàn)象埋入大地與土壤直接接觸的金屬物體稱為接地體或接地極。連接接地體及設(shè)備接地部分的導(dǎo)線稱為接地線。接地線又可分為接地干線和接地支線。接地線與接地體統(tǒng)稱為接地裝置。由若干接地體在大地中互相連接而組成的總體稱為接地網(wǎng)。當發(fā)生接地故障時，其故障電流經(jīng)接地裝置進入大地是以半球面形狀向大地散開的，故稱為散流現(xiàn)象。離接地體越遠的地方，呈半球形的散流表面積越大，散

35、流電阻也就越小。一般情況下，離接地體20 m處散流電阻趨近于零，該處的電位也趨近于零，通常將電位為零的點稱為電氣上的“地”。電氣設(shè)備接地部分與“地”之間的電位差稱為電氣設(shè)備接地部分的對地電壓UE，接地體與“地”之間的電阻稱為接地體的散流電阻。2.接地保護在發(fā)生觸電事故時，除直接接觸帶電體觸電外，還有接觸電壓觸電與跨步電壓觸電兩種形式。（1） 接觸電壓與跨步電壓電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，人站在地面上，手觸及設(shè)備帶電外殼的某一點，此時手到腳所站的地面上的那一點之間所呈現(xiàn)的電位差稱為接觸電壓Utou。由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。人在接地故障點周圍行走，兩腳之間的電位差稱為跨步電壓Ustep，

36、由跨步電壓引起的觸電稱為跨步電壓觸電。上述兩種電壓如圖9.16所示。（2） 接地保護的形式接地保護是防止間接觸電的安全措施，通常有兩種形式：一種是將設(shè)備外殼通過各自的接地體與大地緊密相接；另一種是將設(shè)備外殼通過公共的PE線或PFN線接地。在我國，前者過去稱為“保護接地”，現(xiàn)在屬于IT系統(tǒng)；后者過去稱為“保護接零”，現(xiàn)屬于TN系統(tǒng)。 TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并引出N線，屬三相四線制系統(tǒng)，如圖9.17所示。當設(shè)備帶電部分與外殼相連時，短路電流經(jīng)外殼和N線（或PE線）而形成單相短路，顯然該短路電流較大，可使保護線快速而可靠地動作，將故障部分與電源斷開，消除觸電危險。其中，中性線N和保護

37、線PE完全分開的稱為TN-S系統(tǒng)（又稱三相五線制）；N線與PE線前段共用、后段分開的稱為TN-C-S系統(tǒng)；N線與PE線完全共用的稱為TN-C系統(tǒng)。 TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的電源中性點直接接地，也引出N線，屬三相四線制系統(tǒng)，而設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分則經(jīng)各自的PE線分別接地，其功能可用圖9.18來說明。如圖9.18（a)所示，電氣設(shè)備沒有采用接地保護措施時，一旦電氣設(shè)備漏電，其漏電電流不足以使熔斷器熔斷（或過電流保護裝置動作），設(shè)備外殼將存在危險的相電壓。若人體誤觸其外殼時，就會有電流流過人體，其值Im為Im=U/(Rm+R0) R0值一般取4 ，與Rm相比可以略去。若U220 V，Rm=1000 ,則流

38、過人體的電流Im=0.22 A,這個電流對人體是危險的。在TT系統(tǒng)中，電氣設(shè)備采用接地保護措施后圖9.18(b)，當發(fā)生電氣設(shè)備外殼漏電時，由于外殼接地故障電流Ik通過保護接地電阻RE和中性點接地電阻回到變壓器中性點，其值為Ik=U/(R0+RE)=220/(4+4)=27.5 A，這一電流通常能使故障設(shè)備電路中的過電流保護裝置動作，切斷故障設(shè)備電源，從而減少人體觸電的危險。因某種原因，即使過電流保護裝置不動作，由于人體電阻Rm遠大于保護接地電阻RE（此時相當于Rm與RE并聯(lián)），因此通過人體的電流Im也很小，一般小于安全電流，對人體的危害也較小。由上述分析可知，TT系統(tǒng)的使用能減少人體觸電的危

39、險，但是畢竟不夠安全,因此,為保障人身安全，應(yīng)根據(jù)國際IEC標準加裝漏電保護器（漏電開關(guān)）。 IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的電源中性點不接地或經(jīng)阻抗（約1000 ）接地，且通常不引出N線，而電氣設(shè)備的導(dǎo)電外殼經(jīng)各自的PE線分別直接接地，因此它又被稱為三相三線制系統(tǒng)。在IT系統(tǒng)中，當電氣設(shè)備發(fā)生單相接地故障時，接地電流將通過人體和電網(wǎng)與大地之間的電容構(gòu)成回路，如圖9.19所示。由圖可知，流過人體的電流主要是電容電流。一般情況下，此電流是不大的，但是，如果電網(wǎng)絕緣強度顯著下降，這個電流可能達到危險程度。 3.重復(fù)接地在中性點直接接地的TN系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除在中性點進行工作接地外，還

40、必須在PE線和PEN線的一些地方進行多次接地，這就是所謂的重復(fù)接地。當未進行重復(fù)接地時，在PE線或PEN線發(fā)生斷線并有一相與電氣設(shè)備外殼相碰時，接在斷線后面的所有電氣設(shè)備外殼上都存在著近乎相電壓的對地電壓，如圖9.20（a）所示，這是很危險的。如果實施了重復(fù)接地，如圖9.20（b）所示，斷線后面的PE線對地電壓UEIERE。若電源中性點接地電阻RE與重復(fù)接地電阻RE相等，則斷線后的PE線（PEN線）對地電壓為UE=REU/(RE+RE)=U/2，危險性大大下降。但是,U/2的電壓對人體而言仍然是不安全的，而且在大多數(shù)情況下RE均大于RE，也就是說，人體接觸電壓高于U/2,因此，在施工安裝和運行

41、過程中應(yīng)盡量避免PE線或PEN線的斷線故障。另一個問題同樣值得注意，即在同一個保護系統(tǒng)中，不允許一部分電氣設(shè)備采用TN制，而另一部分設(shè)備采用TT制。假如在TN系統(tǒng)中，有個別位置遙遠的電動機為了節(jié)省PEN線而采用直接接地的措施（相當于采用TT制），如圖9.21所示，當采用直接接地的電動機一旦發(fā)生絕緣損壞而漏電時，接地電流通過大地與變壓器的接地極形成回路，使整個PEN線出現(xiàn)了約為U/2的危險電壓。若人體接觸到采用PEN線保護的帶有U/2電壓的用電設(shè)備外殼時，將會產(chǎn)生嚴重后果。圖9.15工作接地、保護接地、重復(fù)接地示意圖 圖9.16接觸電壓與跨步電壓示意圖 圖9.17TN系統(tǒng)（a） TN-S系統(tǒng)；（

42、b） TN-C-S系統(tǒng)；（c） TN-C系統(tǒng) 圖9.18 TT系統(tǒng)保護接地功能說明（a） 外露可導(dǎo)電部分未接地時；（b） 外露可導(dǎo)電部分接地時圖9.18 TT系統(tǒng)保護接地功能說明（a） 外露可導(dǎo)電部分未接地時；（b） 外露可導(dǎo)電部分接地時圖9.19保護接地的作用（a） 沒有保護接地的電動機一相碰殼時；（b） 裝有保護接地的電動機一相碰殼時 圖9.20重復(fù)接地示意圖（a） 未重復(fù)接地；（b） 已重復(fù)接地 圖9.21同一系統(tǒng)中采用不同保護措施的危險性 等電位聯(lián)結(jié)技術(shù)是我國20世紀90年代出現(xiàn)的新技術(shù)。等電位聯(lián)結(jié)，顧名思義是“使各外露可導(dǎo)電部分和裝置外可導(dǎo)電部分電位基本相等的電氣連接”。在具體的實踐

43、中，等電位聯(lián)結(jié)就是把建筑物內(nèi)附近的所有金屬物，如建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、自來水管、煤氣管及其金屬屏蔽層，電力系統(tǒng)的零線、建筑物的接地系統(tǒng)，用電氣連接的方法連接起來，使整座建筑物成為一個良好的等電位體。9.2.3 等電位聯(lián)結(jié)9.2.3.1 概述配置有信息系統(tǒng)的機房內(nèi)的電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機柜、機架、計算機直流地、防靜電接地、屏蔽線外層、安全保護地及各種SPD(浪涌保護器等)接地端均應(yīng)以最短的距離就近與等電位網(wǎng)絡(luò)可靠連接。等電位聯(lián)結(jié)的目的就是使整個建筑物的正常非帶電導(dǎo)體處于電氣連通狀態(tài)，防止設(shè)備與設(shè)備之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間危險的電位差，確保設(shè)備和人員的安全。等電位聯(lián)結(jié)技術(shù)對用電安全、防雷以及電子信息

44、設(shè)備的正常工作和安全使用都是十分必要的。國際電工委員會(IEC標準)把等電位聯(lián)結(jié)作為電氣裝置最基本的保護。我國有關(guān)電氣裝置設(shè)計規(guī)范已將建筑物內(nèi)做等電位聯(lián)結(jié)規(guī)定為強制性的電氣安全措施。2002年建設(shè)部發(fā)布實行了新的等電位聯(lián)結(jié)安裝標準設(shè)計圖集，詳盡介紹了設(shè)計、施工的具體方法和質(zhì)量檢驗標準。（1） 總等電位聯(lián)結(jié)(MEB)總等電位聯(lián)結(jié)作用于全建筑物，它在一定程度上可以降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害。應(yīng)通過進線配電箱近旁的總等電位聯(lián)結(jié)端子板(接地母排)將下列導(dǎo)電部分互相連通：進線配電箱的PE(PEN)母排：公用設(shè)施的金屬

45、管道，如上、下水管及熱力管、煤氣管道；應(yīng)包括建筑物金屬結(jié)構(gòu)：如果做T接地，也包括其接地極引線。 9.2.3.2 等電位聯(lián)結(jié)的分類建筑物每一電源進線都應(yīng)做總等電位聯(lián)結(jié)，各個總等電位聯(lián)結(jié)端子板應(yīng)互相連通。圖9.22所示為在建筑物中將各個要保護的設(shè)備連接到接地母排上形成總等電位聯(lián)結(jié)。（2） 輔助等電位聯(lián)結(jié)(FEB)將兩導(dǎo)電部分用導(dǎo)線直接做等電位聯(lián)結(jié)，使故障接觸電壓降至接觸電壓限值以下，稱為輔助等電位聯(lián)結(jié)。（3） 局部等電位聯(lián)結(jié)(LEB)在一局部場所范圍內(nèi)將各導(dǎo)電部分連通，稱為局部等電位聯(lián)結(jié)。可通過局部等電位聯(lián)結(jié)端子板將下列部分互相連通，以簡便地實現(xiàn)該局部范圍內(nèi)的多個輔助等電位聯(lián)結(jié)，包括：PE母線或P

46、E干線；公用設(shè)施的金屬管道；建筑物金屬結(jié)構(gòu)。下列情況下需做局部等電位聯(lián)結(jié)： 電源網(wǎng)絡(luò)阻抗過大，使自動切斷電源時間過長，不能滿足防電擊要求時; 自TN系統(tǒng)同一配電箱供給固定式和移動式兩種電氣設(shè)備，而固定式設(shè)備保護電器切斷電源時間不能滿足移動式設(shè)備防電擊要求時; 為滿足浴室、游泳池、醫(yī)院手術(shù)室等場所對防電擊的特殊要求時; 為滿足防雷和信息系統(tǒng)抗干擾的要求時。圖9.22總等電位聯(lián)結(jié)示意圖 浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖。可能引起浪涌的原因有重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機啟動。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地

47、吸收突發(fā)的巨大能量，以保護連接設(shè)備免于受損。9.2.4 浪涌保護器9.2.4.1 浪涌保護器的概念浪涌保護器（Surge Protection Device）也叫信號防雷保護器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通信線路提供安全防護的電子裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”，英文簡寫為SPD。浪涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲兀Ｗo設(shè)備或系統(tǒng)免受沖擊而損壞。浪涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)因用途不同而異，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。用于浪涌保護器的基本元器件有放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。1.按工作原理分（1） 開關(guān)型其工作原理是：當沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用做