建筑設(shè)備第十五章(共7頁(yè))

1、PAGE PAGE 12第十五章 建筑電氣(dinq)安全第一節(jié) 安全電壓(nqun diny)當(dāng)人體同時(shí)觸及兩個(gè)不同電位的導(dǎo)電部分(b fen)時(shí)電流通過(guò)人體，稱(chēng)為電接觸。當(dāng)電接觸通過(guò)人體的電流過(guò)大，通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，人將受到傷害甚至死亡，即電擊。人體能感覺(jué)的最小電流值為05mA，此值與通電時(shí)間無(wú)關(guān)。當(dāng)工頻（f50Hz）電流流過(guò)人體時(shí)，安全電流為lOmA。在設(shè)計(jì)電氣裝置時(shí)，計(jì)算人體的電流IB比較困難，計(jì)算接觸電壓Uc比較方便。人體的電阻主要集中在厚度0.050.2mm的角質(zhì)層，去掉角質(zhì)層后的皮膚電阻約為8001200。去掉皮膚后內(nèi)組織的電阻約500800。若取人體電阻R1200，得到安全電壓UI

2、R0.01120012V。人體阻抗并非定值，與工作環(huán)境、身體狀況、皮膚情況、接觸面積和壓力有關(guān)。因此，安全電壓分為12V、24V、36V等多個(gè)等級(jí)，根據(jù)空氣干燥程度、工作環(huán)境條件等因素選取。第二節(jié) 建筑防雷一、雷電的危害雷電是在特定場(chǎng)合和條件下，以某種主導(dǎo)因素而形成的一種自然現(xiàn)象。雷電環(huán)境是天空中聚集有大量帶電的雷云而造成的。雷電現(xiàn)象就是雷云與雷云之間、雷云與大地之間的一種放電現(xiàn)象。閃電就是放電時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈的光和熱。雷聲就是巨大的熱量使空氣在極短的時(shí)間內(nèi)急劇膨脹而產(chǎn)生的爆炸聲響。根據(jù)雷電現(xiàn)象形成和活動(dòng)的形式，一般可分為直接雷、間接（感應(yīng)）雷兩大類(lèi)。直接雷是指雷云對(duì)地面的直接放電。間接雷是指雷云

3、的二次作用（靜電感應(yīng)效應(yīng)和電磁效應(yīng)等）造成的危害現(xiàn)象。無(wú)論是直接雷還是間接雷，都有可能演變成雷電的第三種作用形式高電位侵人，即誘發(fā)很高的電壓（可達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏）沿著供電線路或金屬管道，高速涌入變配電室、電用戶等建筑內(nèi)部，引起故障。雷電的共同特點(diǎn)是：放電時(shí)間短、放電電流大、放電電壓高、破壞力極強(qiáng)。其破壞作用主要表現(xiàn)在：強(qiáng)大的雷電流通過(guò)物體時(shí)產(chǎn)生的巨大電動(dòng)力。強(qiáng)大的雷電流通過(guò)物體時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量，使物體內(nèi)的水份急劇蒸發(fā)而形成的內(nèi)壓力，造成多種機(jī)械性破壞：使物體遭受外部沖擊或內(nèi)部劈裂的熱力性破壞，所產(chǎn)生的巨大熱量可造成金屬熔化和物體燃燒；絕緣擊穿性破壞，極高的電壓使供配電系統(tǒng)中的絕緣材料被擊穿，造成相間

4、斷路，使破壞的范圍和程度迅速擴(kuò)大和增強(qiáng)。無(wú)線干擾性破壞，由于雷電波中夾雜有大量高頻雜波，對(duì)通信、廣播、電視等電子設(shè)備和系統(tǒng)的正常工作有強(qiáng)烈的干擾破壞作用。為了克服上述雷電的破壞，建筑防雷設(shè)計(jì)就是要做到：（1）保護(hù)建筑物內(nèi)部的人身安全；（2）保護(hù)建筑物不遭破壞(phui)和燒毀；（3）保護(hù)建筑內(nèi)部存放的危險(xiǎn)物品不會(huì)損壞(snhui)、燃燒和爆炸；（4），保護(hù)(boh)建筑物內(nèi)部的電氣設(shè)備和系統(tǒng)不受損壞。防雷設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物本身的重要性，結(jié)合當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)情況和周?chē)h(huán)境特點(diǎn)，按我國(guó)有關(guān)規(guī)范規(guī)定要求，綜合考慮確定是否安裝防雷裝置及安裝何種類(lèi)型的防雷裝置。二、建筑物的防雷分級(jí)民用建筑物的防雷等級(jí)，是根

5、據(jù)政治影響、容納人數(shù)的多少或文化藝術(shù)價(jià)值，分為三類(lèi)：一級(jí)防雷的民用建筑物，是指具有特別重要用途的、屬于國(guó)家級(jí)的大型建筑物，如國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑、檔案館、大型博展建筑；特大型、大型鐵路客站；國(guó)際性航空港、通信樞紐；國(guó)賓館、大型旅游建筑、國(guó)際港口客運(yùn)站；國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物和構(gòu)筑物；高度超過(guò)100m的建筑物等。二級(jí)防雷的民用建筑物，是指重要的或人員密集的大型建筑物。如部、省級(jí)辦公樓；省級(jí)會(huì)堂、博展、體育、交通、通信、廣播等建筑；大型商店、影劇院；19層以上住宅建筑和高度超過(guò)50m的其他民用建筑及省級(jí)以上大型計(jì)算中心和裝有重要電子設(shè)備的建筑物等。三級(jí)防雷的民用建筑物，是指年雷擊次數(shù)大于或等

6、于0.01、或通過(guò)調(diào)查確認(rèn)需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群邊緣高度超過(guò)20m的建筑物；高度超過(guò)15m的煙囪、水塔等孤立的建筑物或構(gòu)筑物，在雷電活動(dòng)較弱的地區(qū)（年平均雷暴日不超過(guò)15）其高度可為20m以上；歷史上雷電事故較多地區(qū)的建筑物。一、二級(jí)民用建筑物應(yīng)有防直擊雷、防雷電感應(yīng)和防雷電波侵入的措施，三級(jí)民用建筑物應(yīng)有防直擊雷和防雷電波侵人的措施。防直接雷主要采用接閃器系統(tǒng)。防感應(yīng)雷主要采用將所有設(shè)備的金屬外殼可靠接地，以消除感應(yīng)或電磁火花。防雷波侵入多用避雷器。一級(jí)民用建筑物的接地電阻Rch5lO；二級(jí)民用建筑物的接地電阻Rch10；三級(jí)民用建筑物的接地電阻Rch30。工業(yè)建筑根據(jù)其

7、生產(chǎn)性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，也分為三類(lèi)。對(duì)雷區(qū)活動(dòng)情況，可用當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤諗?shù)n、年計(jì)算雷擊次數(shù)N等參數(shù)反映。年平均雷暴日數(shù)n可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站的資料確定。我國(guó)雷電活動(dòng)從強(qiáng)到弱的分布規(guī)律為華南、西南、長(zhǎng)江流域、華北、東北、西北。海南澄邁的雷電日達(dá)133.4個(gè)，而青海省的格松僅0.3個(gè)雷電日。我國(guó)規(guī)定雷電日小于15個(gè)算少雷區(qū)，超過(guò)40個(gè)算多雷區(qū)。年計(jì)算雷擊次數(shù)N可用下式計(jì)算：N0.015 nk（l5h）（b5h）10-6 （151）式中 l、b、h建筑物的長(zhǎng)、寬、高，m；k校正系數(shù)，一般情況取1，在下列情況下取1.52.0，即：位于曠野孤立建筑物或金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物；位于河邊、

8、湖邊、山坡下或山地及特別潮濕的建筑物；建筑群中高于25m、曠野中高于20m的建筑物；n年平均(pngjn)雷暴日數(shù)。建筑物遭雷擊選擇性的因素首先是地質(zhì)條件，土壤電阻率小處易遭雷擊。在山坡與稻田交界處、巖石與土壤交界處，多在稻田與土壤中產(chǎn)生雷擊。地下水面積大和地下金屬管道多的地點(diǎn)易遭雷擊。其次是地形和地物條件，建筑群中的高聳建筑和空曠地區(qū)的孤立建筑易遭雷擊。山口(shnku)或風(fēng)口等雷暴走廊處、鐵路樞紐和架空線路轉(zhuǎn)角處易遭雷擊；第三是建筑物的構(gòu)造及其附屬構(gòu)仵條件，建筑物本身所能積蓄的電荷越多，越容易接閃雷電。建筑構(gòu)件（梁、板、柱、基礎(chǔ)等）內(nèi)的鋼筋、金屬屋頂、電梯間、水箱間、樓頂突出部位（天線、旗

9、桿、煙道、通氣管等）均容易接閃雷電；第四是建筑物內(nèi)外設(shè)備的條件，金屬管道設(shè)備越多，越易遭雷擊。三、接閃器接閃器系統(tǒng)由接閃器、引下線和接地體三部分組成。建筑防雷采用的接閃器有避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)三種形式，見(jiàn)圖15l。接閃器是在建筑物頂部人為設(shè)立的最突出的金屬導(dǎo)體。在天空雷云的感應(yīng)下，接閃器處形成的電場(chǎng)強(qiáng)度最大所以最容易與雷云間形成導(dǎo)電通路，使巨大的雷電(lidin)流由接閃器，經(jīng)引下線、接地裝置疏導(dǎo)于大地之中，從而保護(hù)了建筑物及其中人身和設(shè)備的安全。因此，接閃就是引雷的作用，而并非避雷作用。1避雷針避雷針是使被保護(hù)的建、構(gòu)筑物及其突出屋面部位均應(yīng)處于該避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)，一般采用鍍鋅圓鋼或焊接

10、鋼管做成。當(dāng)針長(zhǎng)1m以下，為圓鋼直徑取12mm，鋼管直徑取20mm；當(dāng)針長(zhǎng)12m，為圓鋼直徑取16mm、鋼管直徑25mm：煙囪頂上的針采用20mm的圓鋼，若采用鋼管，壁厚不得小于3mm。避雷針針頂端形狀可做成尖形、圓形或扁形；應(yīng)考慮防腐。避雷針設(shè)于屋頂高聳部位或弧立的高大建、構(gòu)筑物上。對(duì)于磚木結(jié)構(gòu)的房屋，可把避雷針立于山墻頂部或屋脊上?？衫媚緱U或大樹(shù)作支撐物，但針尖應(yīng)高出支撐物30cm以上。避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定。單支避雷針的保護(hù)范圍，如圖15-2所示，在地面上的保護(hù)半徑r為：r=1.5h （152）式中 h避雷針的高度（由地面算起），m。避雷針在被保護(hù)物高度hx（m）水平面上的保護(hù)半

11、徑rx（m）可按下式計(jì)算：當(dāng)hxh/2時(shí)，rx（h-hx）phap 當(dāng)hxh/2時(shí)，rx（1.5h-2hx）p （152a）式中 hx避雷針的有效高度，m；p高度影響系數(shù)，當(dāng)h30m時(shí)，取p1；當(dāng)30h120m時(shí)，取p=5.5/h裝設(shè)兩支等高避雷針的保護(hù)范圍，如圖153，其兩針外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計(jì)算方法確定。即兩針之間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)o的圓弧確定。圓弧半徑為R。o點(diǎn)為假想避雷針的頂點(diǎn)，其高度可按下式計(jì)算：h。=h-D/(7p) （153）式中 h。兩針保護(hù)范圍(fnwi)內(nèi)上部邊比最低點(diǎn)的高度，m；D兩避雷針間的距離(jl)，m。兩針間在hx水平面

12、上(min shn)保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度可按下式計(jì)算：bx 1.5（h。-hx） （154）式中 bx保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度，m。當(dāng)D7hp時(shí)，取bx0。求出bx后，就可按圖153計(jì)算并繪出兩針之間的保護(hù)范圍。兩針之間距與針高之比D/h不宜大于5。當(dāng)裝設(shè)三支等高避雷針時(shí)，保護(hù)范圍如圖154所示；當(dāng)裝設(shè)四支等高避雷針時(shí)，保護(hù)范圍如圖155所示。裝設(shè)兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍見(jiàn)圖156。2避雷網(wǎng)和避雷帶在屋頂各部位受雷擊的幾率并不一樣，避雷帶是對(duì)建筑物雷擊機(jī)率高的部位進(jìn)行 重點(diǎn)保護(hù)的一種接閃裝置。避雷網(wǎng)適用于屋頂面積較大、坡度不大、又沒(méi)有高聳的突出部分的高層建筑的屋面保護(hù)。避雷帶和避雷網(wǎng)分為明裝

13、和暗裝兩種。明裝時(shí)采用直徑8mm的圓鋼或截面12mm4mm的扁鋼。為避免接閃部位的振動(dòng)力，宜將帶（網(wǎng)）從屋面支起lO20cm，支撐點(diǎn)間距取11.5m，暗裝時(shí)可利用建筑構(gòu)件內(nèi)不小于3mm的鋼筋，所用的鋼筋應(yīng)焊成一體。四、引下線接閃系統(tǒng)的引下線又稱(chēng)引流器，其作用是將接閃器承受的雷電流順利引到接地裝置。有明裝和暗裝兩種。明裝引下線一般采用直徑不小于8mm的圓鋼或截面不小于12mm4mm的扁鋼（厚度不小于3mm）。在易受腐蝕部位，截面應(yīng)適當(dāng)加大。每幢建筑物至少應(yīng)有兩根引下線。對(duì)一級(jí)、二級(jí)防雷建筑物引下線間距應(yīng)為1224m，對(duì)二級(jí)建筑物應(yīng)為3040m。引下線應(yīng)沿建筑物外墻敷設(shè)，距墻面15mm，支持卡間距

14、保持1.52m。斷接卡子距地面2m。從地下0.3m到地上1.7m的一段引下線應(yīng)采用非金屬管（槽）保護(hù)，以防接觸。引下線的敷設(shè)應(yīng)盡量短而直。若必須彎曲時(shí)，彎角應(yīng)大于90，敷設(shè)時(shí)應(yīng)保持一定的松緊度?？衫媒ㄖ锏慕饘贅?gòu)件，如消防梯、鐵扒梯等作為引下線，但應(yīng)注意將各部件連成可靠的電氣通路。在易受腐蝕部位，截面還應(yīng)適當(dāng)加大。暗裝引下線時(shí)可利用鋼筋混凝土柱中的主筋作為引下線。最少要利用四根柱子，每根柱子中至少有兩根直徑不小于16mm的主筋從上到下焊成一體。引下線應(yīng)和墻內(nèi)的其他金屬部件保持一定的距離。因柱內(nèi)鋼筋不便斷開(kāi)，故采取由建筑物四角部位的主筋焊接引出接線端子，以測(cè)量總接地電阻。暗裝時(shí)引下線的截面一般

15、應(yīng)比明裝時(shí)加大一級(jí)。五、接地體接閃系統(tǒng)的接地體是用于將雷電流或雷電感應(yīng)電流迅速疏散到大地中去的導(dǎo)電系統(tǒng)。防雷接地體有：防直接雷接地，消除在引下線引流過(guò)程中對(duì)周?chē)笮徒饘傥矬w產(chǎn)生出感應(yīng)電勢(shì)的防感應(yīng)雷接地，防高電位沿架空線侵人的放電間隙或避雷器接地等。采用(ciyng)40mm4mm的扁鋼，圍繞全樓最外圈做封閉式周?chē)拥伢w。每條引下線均需與接地體焊接成一體。接地體應(yīng)距建筑物2m以外，埋入地下11.5m以下。防雷裝置(zhungzh)應(yīng)與電氣設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地焊成一體，成為一個(gè)總的接地網(wǎng)。第三節(jié) 接 地一、接地(jid)類(lèi)型從電源到電氣裝置內(nèi)，電氣設(shè)備的整個(gè)供電系統(tǒng)有兩種接地：工作接地是指電源

16、的接地；保護(hù)接地是指電氣裝置的接地。（一）工作接地 工作接地是將作為電源的配電變壓器、發(fā)電機(jī)的一點(diǎn)接地，該點(diǎn)通常為電源星形繞組的中性點(diǎn)。工作接地可以保證供電系統(tǒng)的正常工作，如：當(dāng)電氣線路因雷電而感應(yīng)瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí)，工作接地能夠泄放雷電流，抑制過(guò)電壓保證線路正常工作；另外，當(dāng)線路一相發(fā)生接地事故時(shí)，可以將另外兩相的對(duì)地電壓限制在250V以下，以保證系統(tǒng)工作正常。工作接地還為線路提供故障電流通路：當(dāng)電氣裝置絕緣損壞外露導(dǎo)電部分帶故障電壓時(shí)，在電源一點(diǎn)的工作接地可以為此故障電流提供通路。（二）保護(hù)接地保護(hù)接地包括保護(hù)接地和接零，保護(hù)接地是用于防止供配電系統(tǒng)中由于絕緣損壞使電氣設(shè)備金屬外殼帶電，防止電壓

17、危及人身安全所設(shè)置的接地，如圖157所示。保護(hù)接地可應(yīng)用于變壓器中性點(diǎn)不接地的供配電系統(tǒng)，即小型接地電流系統(tǒng)中，由于不接地時(shí)用電有危險(xiǎn)。若電氣設(shè)備絕緣良好，外殼不帶電，人觸及外殼無(wú)危險(xiǎn)。若絕緣損壞，外殼帶電，此時(shí)人若觸及外殼，則人將通過(guò)另外兩相對(duì)地的漏阻抗形成回路，造成觸電事故，如圖157（a）所示。若進(jìn)行了保護(hù)接地時(shí)則可使用電安全。這是因?yàn)槿巳粲|及帶電的外殼，人體電阻R人和接地地阻R地相互并聯(lián)，再通過(guò)另外兩相對(duì)地的漏阻抗形成回路。即R地4比R人小得多，將分流絕大部分電流，故通過(guò)人體的電流非常小，通常小于安全電流0.01A，從而保證了安全用電，如圖157（b）所示。電力設(shè)備金屬外殼等與零線連接

18、，稱(chēng)為保護(hù)接零，如圖15-8所示。保護(hù)接零適用于變壓器中性點(diǎn)接地（大接地電流）的供配電系統(tǒng)。這是因?yàn)樵谧儔浩髦行渣c(diǎn)接地的三相四線制配電系統(tǒng)中，相電壓一般為220V。若電氣設(shè)備絕緣損壞，外殼帶電時(shí)，則絕緣損壞的一相，經(jīng)過(guò)設(shè)備外殼和兩個(gè)接地裝置，與零線構(gòu)成導(dǎo)電回路。兩接地裝置的接地電阻均為4，回路中導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)，則回路中電流約為I地220/(4+4)27.5A，這么大的電流通常不能將熔斷器的熔體熔斷，從而使設(shè)備外殼形成一個(gè)對(duì)地的電壓，其值為UI地R地27.54l10V，此時(shí)，人若觸及設(shè)備外殼，必將造成觸電傷害，如圖158（a）所示。若進(jìn)行保護(hù)接零時(shí)則用電安全。這是由于絕緣破壞使設(shè)備外殼帶電，

19、絕緣破壞的一相將通過(guò)設(shè)備外殼、接零導(dǎo)線與零線間發(fā)生短路，如圖158（b）所示。短路電流數(shù)值很大，使短路一相的熔斷器迅速熔斷，將帶電的外殼從電源上切除，從而可靠地保證了人身安全。（三）重復(fù)(chngf)接地與變壓器接地的中性點(diǎn)相連的中性線稱(chēng)為零線，將零線上的一點(diǎn)或多點(diǎn)與大地再次作電氣連接稱(chēng)重復(fù)接地，如圖159所示。重復(fù)接地即同時(shí)采用保護(hù)接地和保護(hù)接零，除作為工作接地的一種措施，可維持三相四線制供配電系統(tǒng)中三相電壓平衡外，還可起到如下作用：如圖159所示，若不采用重復(fù)接地，則用電危險(xiǎn)。這是因?yàn)閮H采用保護(hù)接地的設(shè)備因絕緣損壞，外殼帶電時(shí)，故障相通過(guò)兩組接地裝置而長(zhǎng)期流過(guò)275A的電流（不能使熔斷器的

20、熔絲熔斷），一方面使零線的電壓也升高(shn o)約1 1 O V的危險(xiǎn)電壓，另一方面使零線的電壓也升高約l10V，使系統(tǒng)內(nèi)所有接零設(shè)備的外殼上，都帶上了危險(xiǎn)的電壓，對(duì)人身造成更大范圍的危險(xiǎn)，故絕不允許采用這種接法。如果采用重復(fù)接地，則用電安全。即將采用保護(hù)接地的設(shè)備外殼再與系統(tǒng)的零線連接起來(lái)，這時(shí)，接地設(shè)備的接地裝置上系統(tǒng)的零線接通，形成為系統(tǒng)的重復(fù)接地，一方面可維持系統(tǒng)的三相電壓平衡，另一方面當(dāng)任一相絕緣損壞使外殼帶電時(shí)，都將造成絕緣相與零線間的短路，如前所述，故障相的熔斷器迅速熔斷，將帶電的設(shè)備立即從電源上切除(qich)，同時(shí)也保證了系統(tǒng)中其他設(shè)備的用電安全。（四）過(guò)電壓保護(hù)接地用于防雷或其他原因造成過(guò)電壓危害而設(shè)置的接地。（五）其他接地防靜電接地、屏蔽接地等。二、接地體（1）自然接地體：利用地下的具有其他功能的金屬物體作為防雷接地裝置，如直埋鎧裝電纜金屬外皮、直埋金屬管（如水管等），但不可采用易燃易爆物輸送管、鋼筋混凝土電桿等。自然接地體無(wú)需另增設(shè)備