建筑設備第十五章(共7頁)

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)當人體同時觸及兩個不同電位的導電部分(b fen)時電流通過人體，稱為電接觸。當電接觸通過人體的電流過大，通電時間過長，人將受到傷害甚至死亡，即電擊。人體能感覺的最小電流值為05mA，此值與通電時間無關。當工頻（f50Hz）電流流過人體時，安全電流為lOmA。在設計電氣裝置時，計算人體的電流IB比較困難，計算接觸電壓Uc比較方便。人體的電阻主要集中在厚度0.050.2mm的角質層，去掉角質層后的皮膚電阻約為8001200。去掉皮膚后內組織的電阻約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。因此，安全電壓分為12V、24V、36V等多個等級，根據空氣干燥程度、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合和條件下，以某種主導因素而形成的一種自然現象。雷電環(huán)境是天空中聚集有大量帶電的雷云而造成的。雷電現象就是雷云與雷云之間、雷云與大地之間的一種放電現象。閃電就是放電時產生的強烈的光和熱。雷聲就是巨大的熱量使空氣在極短的時間內急劇膨脹而產生的爆炸聲響。根據雷電現象形成和活動的形式，一般可分為直接雷、間接（感應）雷兩大類。直接雷是指雷云對地面的直接放電。間接雷是指雷云

3、的二次作用（靜電感應效應和電磁效應等）造成的危害現象。無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（可達數十萬伏）沿著供電線路或金屬管道，高速涌入變配電室、電用戶等建筑內部，引起故障。雷電的共同特點是：放電時間短、放電電流大、放電電壓高、破壞力極強。其破壞作用主要表現在：強大的雷電流通過物體時產生的巨大電動力。強大的雷電流通過物體時產生的巨大熱量，使物體內的水份急劇蒸發(fā)而形成的內壓力，造成多種機械性破壞：使物體遭受外部沖擊或內部劈裂的熱力性破壞，所產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大和增強。無線干擾性破壞，由于雷電波中夾雜有大量高頻雜波，對通信、廣播、電視等電子設備和系統(tǒng)的正常工作有強烈的干擾破壞作用。為了克服上述雷電的破壞，建筑防雷設計就是要做到：（1）保護建筑物內部的人身安全；（2）保護建筑物不遭破壞(phui)和燒毀；（3）保護建筑內部存放的危險物品不會損壞(snhui)、燃燒和爆炸；（4），保護(boh)建筑物內部的電氣設備和系統(tǒng)不受損壞。防雷設計應根據建筑物本身的重要性，結合當地的雷電活動情況和周圍環(huán)境特點，按我國有關規(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型的防雷裝置。二、建筑物的防雷分級民用建筑物的防雷等級，是根

5、據政治影響、容納人數的多少或文化藝術價值，分為三類：一級防雷的民用建筑物，是指具有特別重要用途的、屬于國家級的大型建筑物，如國家級的會堂、辦公建筑、檔案館、大型博展建筑；特大型、大型鐵路客站；國際性航空港、通信樞紐；國賓館、大型旅游建筑、國際港口客運站；國家級重點文物保護的建筑物和構筑物；高度超過100m的建筑物等。二級防雷的民用建筑物，是指重要的或人員密集的大型建筑物。如部、省級辦公樓；省級會堂、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50m的其他民用建筑及省級以上大型計算中心和裝有重要電子設備的建筑物等。三級防雷的民用建筑物，是指年雷擊次數大于或等

6、于0.01、或通過調查確認需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群邊緣高度超過20m的建筑物；高度超過15m的煙囪、水塔等孤立的建筑物或構筑物，在雷電活動較弱的地區(qū)（年平均雷暴日不超過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、二級民用建筑物應有防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的措施，三級民用建筑物應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)。防感應雷主要采用將所有設備的金屬外殼可靠接地，以消除感應或電磁火花。防雷波侵入多用避雷器。一級民用建筑物的接地電阻Rch5lO；二級民用建筑物的接地電阻Rch10；三級民用建筑物的接地電阻Rch30。工業(yè)建筑根據其

7、生產性質、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，也分為三類。對雷區(qū)活動情況，可用當地年平均雷暴日數n、年計算雷擊次數N等參數反映。年平均雷暴日數n可根據當地氣象臺、站的資料確定。我國雷電活動從強到弱的分布規(guī)律為華南、西南、長江流域、華北、東北、西北。海南澄邁的雷電日達133.4個，而青海省的格松僅0.3個雷電日。我國規(guī)定雷電日小于15個算少雷區(qū)，超過40個算多雷區(qū)。年計算雷擊次數N可用下式計算：N0.015 nk（l5h）（b5h）10-6 （151）式中 l、b、h建筑物的長、寬、高，m；k校正系數，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構建筑物；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。建筑物遭雷擊選擇性的因素首先是地質條件，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生雷擊。地下水面積大和地下金屬管道多的地點易遭雷擊。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)或風口等雷暴走廊處、鐵路樞紐和架空線路轉角處易遭雷擊；第三是建筑物的構造及其附屬構仵條件，建筑物本身所能積蓄的電荷越多，越容易接閃雷電。建筑構件（梁、板、柱、基礎等）內的鋼筋、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；第四是建筑物內外設備的條件，金屬管道設備越多，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、避雷帶和避雷網三種形式，見圖15l。接閃器是在建筑物頂部人為設立的最突出的金屬導體。在天空雷云的感應下，接閃器處形成的電場強度最大所以最容易與雷云間形成導電通路，使巨大的雷電(lidin)流由接閃器，經引下線、接地裝置疏導于大地之中，從而保護了建筑物及其中人身和設備的安全。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的建、構筑物及其突出屋面部位均應處于該避雷針保護范圍之內，一般采用鍍鋅圓鋼或焊接

10、鋼管做成。當針長1m以下，為圓鋼直徑取12mm，鋼管直徑取20mm；當針長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；應考慮防腐。避雷針設于屋頂高聳部位或弧立的高大建、構筑物上。對于磚木結構的房屋，可把避雷針立于山墻頂部或屋脊上。可利用木桿或大樹作支撐物，但針尖應高出支撐物30cm以上。避雷針的保護范圍應經計算確定。單支避雷針的保護范圍，如圖15-2所示，在地面上的保護半徑r為：r=1.5h （152）式中 h避雷針的高度（由地面算起），m。避雷針在被保護物高度hx（m）水平面上的保護半

11、徑rx（m）可按下式計算：當hxh/2時，rx（h-hx）phap 當hxh/2時，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，當h30m時，取p1；當30h120m時，取p=5.5/h裝設兩支等高避雷針的保護范圍，如圖153，其兩針外側的保護范圍應按單支避雷針的計算方法確定。即兩針之間的保護范圍應按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點o的圓弧確定。圓弧半徑為R。o點為假想避雷針的頂點，其高度可按下式計算：h。=h-D/(7p) （153）式中 h。兩針保護范圍(fnwi)內上部邊比最低點的高度，m；D兩避雷針間的距離(jl)，m。兩針間在hx水平面

12、上(min shn)保護范圍的一側最小寬度可按下式計算：bx 1.5（h。-hx） （154）式中 bx保護范圍的一側最小寬度，m。當D7hp時，取bx0。求出bx后，就可按圖153計算并繪出兩針之間的保護范圍。兩針之間距與針高之比D/h不宜大于5。當裝設三支等高避雷針時，保護范圍如圖154所示；當裝設四支等高避雷針時，保護范圍如圖155所示。裝設兩支不等高避雷針的保護范圍見圖156。2避雷網和避雷帶在屋頂各部位受雷擊的幾率并不一樣，避雷帶是對建筑物雷擊機率高的部位進行 重點保護的一種接閃裝置。避雷網適用于屋頂面積較大、坡度不大、又沒有高聳的突出部分的高層建筑的屋面保護。避雷帶和避雷網分為明裝

13、和暗裝兩種。明裝時采用直徑8mm的圓鋼或截面12mm4mm的扁鋼。為避免接閃部位的振動力，宜將帶（網）從屋面支起lO20cm，支撐點間距取11.5m，暗裝時可利用建筑構件內不小于3mm的鋼筋，所用的鋼筋應焊成一體。四、引下線接閃系統(tǒng)的引下線又稱引流器，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，截面應適當加大。每幢建筑物至少應有兩根引下線。對一級、二級防雷建筑物引下線間距應為1224m，對二級建筑物應為3040m。引下線應沿建筑物外墻敷設，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的一段引下線應采用非金屬管（槽）保護，以防接觸。引下線的敷設應盡量短而直。若必須彎曲時，彎角應大于90，敷設時應保持一定的松緊度。可利用建筑物的金屬構件，如消防梯、鐵扒梯等作為引下線，但應注意將各部件連成可靠的電氣通路。在易受腐蝕部位，截面還應適當加大。暗裝引下線時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。引下線應和墻內的其他金屬部件保持一定的距離。因柱內鋼筋不便斷開，故采取由建筑物四角部位的主筋焊接引出接線端子，以測量總接地電阻。暗裝時引下線的截面一般

15、應比明裝時加大一級。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電流迅速疏散到大地中去的導電系統(tǒng)。防雷接地體有：防直接雷接地，消除在引下線引流過程中對周圍大型金屬物體產生出感應電勢的防感應雷接地，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圍接地體。每條引下線均需與接地體焊接成一體。接地體應距建筑物2m以外，埋入地下11.5m以下。防雷裝置(zhungzh)應與電氣設備的工作接地和保護接地焊成一體，成為一個總的接地網。第三節(jié) 接 地一、接地(jid)類型從電源到電氣裝置內，電氣設備的整個供電系統(tǒng)有兩種接地：工作接地是指電源

16、的接地；保護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)電機的一點接地，該點通常為電源星形繞組的中性點。工作接地可以保證供電系統(tǒng)的正常工作，如：當電氣線路因雷電而感應瞬態(tài)過電壓時，工作接地能夠泄放雷電流，抑制過電壓保證線路正常工作；另外，當線路一相發(fā)生接地事故時，可以將另外兩相的對地電壓限制在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：當電氣裝置絕緣損壞外露導電部分帶故障電壓時，在電源一點的工作接地可以為此故障電流提供通路。（二）保護接地保護接地包括保護接地和接零，保護接地是用于防止供配電系統(tǒng)中由于絕緣損壞使電氣設備金屬外殼帶電，防止電壓

17、危及人身安全所設置的接地，如圖157所示。保護接地可應用于變壓器中性點不接地的供配電系統(tǒng)，即小型接地電流系統(tǒng)中，由于不接地時用電有危險。若電氣設備絕緣良好，外殼不帶電，人觸及外殼無危險。若絕緣損壞，外殼帶電，此時人若觸及外殼，則人將通過另外兩相對地的漏阻抗形成回路，造成觸電事故，如圖157（a）所示。若進行了保護接地時則可使用電安全。這是因為人若觸及帶電的外殼，人體電阻R人和接地地阻R地相互并聯，再通過另外兩相對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。電力設備金屬外殼等與零線連接

18、，稱為保護接零，如圖15-8所示。保護接零適用于變壓器中性點接地（大接地電流）的供配電系統(tǒng)。這是因為在變壓器中性點接地的三相四線制配電系統(tǒng)中，相電壓一般為220V。若電氣設備絕緣損壞，外殼帶電時，則絕緣損壞的一相，經過設備外殼和兩個接地裝置，與零線構成導電回路。兩接地裝置的接地電阻均為4，回路中導線的電阻忽略不計，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，從而使設備外殼形成一個對地的電壓，其值為UI地R地27.54l10V，此時，人若觸及設備外殼，必將造成觸電傷害，如圖158（a）所示。若進行保護接零時則用電安全。這是由于絕緣破壞使設備外殼帶電，

19、絕緣破壞的一相將通過設備外殼、接零導線與零線間發(fā)生短路，如圖158（b）所示。短路電流數值很大，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(chngf)接地與變壓器接地的中性點相連的中性線稱為零線，將零線上的一點或多點與大地再次作電氣連接稱重復接地，如圖159所示。重復接地即同時采用保護接地和保護接零，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，若不采用重復接地，則用電危險。這是因為僅采用保護接地的設備因絕緣損壞，外殼帶電時，故障相通過兩組接地裝置而長期流過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的危險電壓，另一方面使零線的電壓也升高約l10V，使系統(tǒng)內所有接零設備的外殼上，都帶上了危險的電壓，對人身造成更大范圍的危險，故絕不允許采用這種接法。如果采用重復接地，則用電安全。即將采用保護接地的設備外殼再與系統(tǒng)的零線連接起來，這時，接地設備的接地裝置上系統(tǒng)的零線接通，形成為系統(tǒng)的重復接地，一方面可維持系統(tǒng)的三相電壓平衡，另一方面當任一相絕緣損壞使外殼帶電時，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，將帶電的設備立即從電源上切除(qich)，同時也保證了系統(tǒng)中其他設備的用電安全。（四）過電壓保護接地用于防雷或其他原因造成過電壓危害而設置的接地。（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。自然接地體無需另增設備