河北工業(yè)大學(xué)土木工程建筑設(shè)備課件

第十五章建筑電氣安全電能的應(yīng)用帶來了人類社會(huì)的進(jìn)步，但也帶來了人身電擊危險(xiǎn)和電氣火災(zāi)危險(xiǎn)，為此，我們需要采取許多電氣安全措施來限制故障電流、故障電壓及其作用時(shí)間，這就涉及到電氣安全及電氣裝置的接地和接地故障保護(hù)。雷電做為一種自然現(xiàn)象，它能產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃光、霹靂，有時(shí)落到地面上，擊毀房屋，殺傷人畜，給人類帶來極大的危害。特別是隨著我國(guó)建筑事業(yè)的迅猛發(fā)展，高層建筑日益增多，如何防止雷電的危害，保證建筑物及設(shè)備、人身的安全，就更為重要了?！?5.1

安全電壓§15.2建筑防雷§15.3接地§15.1安全電壓發(fā)生觸電時(shí)危險(xiǎn)程度與通過人體電流的大小，電流的頻率，通電時(shí)間的長(zhǎng)短，電流在人體中的路徑等因素有關(guān)。一般情況下:人體的最小感覺電流為0.5mA，流經(jīng)人體的電流為2～8mA時(shí)，會(huì)發(fā)生電擊現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到8～10mA時(shí)人體已難以脫開電源。電流達(dá)到30～50mA時(shí)，人體會(huì)心臟跳動(dòng)不規(guī)則，時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)停止跳動(dòng)。1．安全電壓等級(jí)通過人體電流的大小取決于加在人體上的電壓和人體電阻。人體電阻因人而異，主要集中在厚度0.05～0.2mm的角質(zhì)層，但該層易于損壞和脫落。去掉角質(zhì)后皮膚的電阻約800～1200Ω，則可求出安全電壓U為12V。因此我國(guó)規(guī)定安全電壓為12V，當(dāng)空氣干燥，工作條件較好時(shí)，可使用24V、36V電壓。12V、24V、36V為我國(guó)規(guī)定的安全電壓三個(gè)等級(jí)。2．安全電壓的條件(1)因人而異手有老繭、身心健康、情緒樂觀的人電阻大，較安全；皮膚細(xì)微、情緒悲觀、疲勞過度的人電阻小，較危險(xiǎn)。(2)與觸電時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)觸電時(shí)間長(zhǎng)，情緒緊張，發(fā)熱出汗人體電阻減小，危險(xiǎn)大；若可迅速脫離電源，則危險(xiǎn)小。(3)與皮膚接觸的面積和壓力大小有關(guān)接觸的面積和壓力越大，越危險(xiǎn)；反之，較安全。(4)與工作環(huán)境有關(guān)在低矮潮濕、仰臥操作、不易脫離現(xiàn)場(chǎng)的情況下、觸電危險(xiǎn)大，安全電壓取12V；其它條件較好的場(chǎng)所，可取24V或36V。3．電流對(duì)人體的傷害國(guó)際上公認(rèn)，人體觸電的時(shí)間和電流的乘積若超過30mAs，就會(huì)發(fā)生傷亡事故。（1）電擊人體接觸帶電部分，造成電流通過人體，使人體內(nèi)部的器官受到損傷的現(xiàn)象，稱為電擊觸電。以下幾種情況下會(huì)發(fā)生電擊現(xiàn)象：①當(dāng)人體站在地面上，觸及電源的一根相線或漏電設(shè)備的外殼而觸電，稱為單相觸電。②當(dāng)人體的兩處同時(shí)觸及電源的兩根相線發(fā)生觸電的現(xiàn)象，稱為兩相觸電。③供電系統(tǒng)中出現(xiàn)對(duì)地短路，雷電流流經(jīng)輸電線入地，被雷擊中的大樹附近\帶電的相線斷落處附近發(fā)生的觸電是由接觸電壓和跨步電壓引起，關(guān)于接觸電壓和跨步電壓將會(huì)在第五節(jié)介紹?！?5.2建筑防雷帶負(fù)電荷的雷云在大地表面會(huì)感應(yīng)出正電荷，這樣雷云與大地間形成一個(gè)大的電容器，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過大氣被擊穿的強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生了雷云與大地之間的放電，即常說的閃電，或者說是雷擊。雷電流的幅值很大，有數(shù)千安到數(shù)百千安。而放電時(shí)間只有幾十微秒。雷電流的大小與土壤電阻率、雷擊點(diǎn)的散流電阻有關(guān)。1．雷電的危害可分為四類：（1）第一類是直擊雷有時(shí)雷云較低，周圍又沒有帶異性電荷的云層，而在地面上突出的樹木或建筑物等，感應(yīng)出異性電荷，雷云就會(huì)通過這些物體與大地之間直接放電，這種直接擊在建筑物或其他物體的雷擊，稱為直擊雷。由于受直接雷擊，被擊物體產(chǎn)生很高的電位，而引起過電壓，流過的雷電流可達(dá)幾十千安甚至幾百千安，對(duì)設(shè)備、架空線及建筑物產(chǎn)生極大的破壞作用，如架空線上產(chǎn)生幾千千伏的高壓后，會(huì)引起線路的感應(yīng)放電，發(fā)生短路事故，而且會(huì)波及變電所、發(fā)電廠，引起嚴(yán)重的后果。雷擊放電大多數(shù)具有“重復(fù)放電”的特性，產(chǎn)生極大的雷電流，引起地面建筑物和其他物體的損壞，甚至發(fā)生爆炸和引起火災(zāi)。第二個(gè)字母說明電氣裝置外露導(dǎo)電部分對(duì)大地的關(guān)系:T——外露導(dǎo)電部分直接接地：N——外露導(dǎo)電部分與電源的中性點(diǎn)連接而接地。在TN系統(tǒng)中按中性線（N）線和保護(hù)接地線（PE線）的分開或合并又分為三種形式：TN-C系統(tǒng)——在全系統(tǒng)中N線和PE線是合為一根的；TN-S系統(tǒng)——在全系統(tǒng)中N線和PE線是合為兩根的；TN-C-S系統(tǒng)——在全系統(tǒng)中僅前一部分（通常為電源至電氣裝置金線總配電箱的一段線路），N線和PE線合為一根（稱為PEN）線，此后都分為兩根。（2）第二類是感應(yīng)雷感應(yīng)雷又稱雷電感應(yīng)，它是由于雷電流的強(qiáng)大電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)引起的。它能造成金屬部件之間產(chǎn)生電火花放電。靜電感應(yīng)的特點(diǎn)是，當(dāng)雷云出現(xiàn)在導(dǎo)體的上空時(shí)，由于感應(yīng)作用，使導(dǎo)體上感應(yīng)帶有與雷云的異性電荷，雷云放電時(shí)，在導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷得不到釋放，致使導(dǎo)體與地面之間形成很高的電位差。電磁感應(yīng)的特點(diǎn)是，由于雷電流的幅值和陡度迅速變化，在它周圍的空間里，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的變化的電磁場(chǎng)，在其中的導(dǎo)體感應(yīng)產(chǎn)生極大的電動(dòng)熱，若有回路，則產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，而產(chǎn)生危害。（3）第三類是高位引入高位引入又叫雷電波侵入，由于雷電對(duì)架空線路或金屬導(dǎo)體的作用，所產(chǎn)生的雷電波就可能沿著這些導(dǎo)體侵入建筑物內(nèi)，危及人身安全或損壞設(shè)備，雷電波侵入的事故時(shí)有發(fā)生，在雷害事故中占相當(dāng)大的比例。（4）第四類是球雷通常認(rèn)為球雷是一個(gè)熾熱的等離子體，溫度極高，并發(fā)生紫色或紅色的發(fā)光球體，直徑在10～20cm以上。球雷常沿地面滾動(dòng)或在空氣中飄動(dòng)，能通過煙囪、門、窗或其他縫隙進(jìn)入建筑物內(nèi)部，或無聲消失，或傷害人身和破壞物體，甚至發(fā)生劇烈的爆炸，引起嚴(yán)重的后果。被保護(hù)物I避雷器高壓沖擊波高壓避雷器必要性：室外高壓架空線路很容易受到雷擊，將高壓沖擊波引入室內(nèi)的高壓設(shè)備，威脅它們的安全；對(duì)高壓電路進(jìn)行運(yùn)行操作（如開關(guān)的分?jǐn)啵┮矔?huì)產(chǎn)生過電壓，同樣威脅著設(shè)備的安全。保護(hù)原理：正常時(shí)，避雷器的間隙保持絕緣狀態(tài)，不影響運(yùn)行；當(dāng)高壓沖擊波來臨時(shí)避雷器間隙被擊穿而接地，從而強(qiáng)行截?cái)鄾_擊波，此時(shí)能夠進(jìn)入被保護(hù)設(shè)備的電壓僅為雷電流通過避雷器和引線以及接地裝置而產(chǎn)生的所謂殘壓，雷電流通過以后，避雷器間隙又恢復(fù)絕緣狀態(tài)2．建筑物易受雷擊的部位建筑物易受雷擊的部位見表1。表1建筑物易受雷擊的部位3．建筑物的防雷分級(jí)及防雷保護(hù)各類防雷建筑應(yīng)采取防直接雷和防雷電波侵入的措施，裝有防雷裝置的建筑物，在防雷裝置與其他設(shè)施和建筑物內(nèi)人員無法隔離的情況下，應(yīng)采取等電位連接。（1）一類防雷建筑具有重要用途的建筑物、屬于國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物的建筑物和構(gòu)筑物及高度超過100m的建筑物，如國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑、大型博展建筑、大型旅游建筑、國(guó)際性的航空港、交通樞紐等屬一級(jí)防雷建筑。對(duì)于這類建筑物，防直接雷的接閃器應(yīng)采用裝飾在屋角、屋脊、女兒墻上的避雷帶，并在屋面上裝設(shè)不大于5m×5m或6m×4m的網(wǎng)格，建筑物最高處加避雷針，其滾球半徑為30m。引下線數(shù)量不小于2根，間距不應(yīng)大于12m。防雷電感應(yīng)的措施：可采取將建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的金屬物接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上；防雷電感應(yīng)的接地裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用，其工頻接地電阻不應(yīng)大于10Ω；屋內(nèi)接地干線與防雷電感應(yīng)接地裝置的連接，不應(yīng)小于兩處。對(duì)于雷電波侵入的防范：低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設(shè)。在入戶端應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。當(dāng)全線采用電纜有困難時(shí)，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔(dān)的架空線，并應(yīng)使用一段金屬鎧裝電纜或擴(kuò)套電纜穿鋼管直接埋地引入。（2）二類防雷建筑重要的或人員密集的大型建筑物、省級(jí)重點(diǎn)文物的建筑物和構(gòu)筑物、19層以上的住宅和高度超過50m的其他民用建筑、省級(jí)及以上大型計(jì)算機(jī)中心。如省部級(jí)辦公室、省級(jí)通訊廣播建筑、大型的商店等屬于二級(jí)防雷建筑。對(duì)于二級(jí)防雷建筑物防直接雷宜采用裝飾在屋角、屋脊、女兒墻上的環(huán)狀避雷帶，并在屋面上裝設(shè)不大于10m×10m或12m×8m的網(wǎng)格，也可采用裝飾在建筑物上的避雷網(wǎng)或避雷針，或兩者組合的接閃器，其滾球半徑為45m。引下線數(shù)量不小于兩條，間距不應(yīng)大于18m。每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于1Ω。突出屋面的風(fēng)管、煙囪等金屬物體可不裝接閃器，但應(yīng)和屋面防雷裝置相連，在屋面接閃器保護(hù)范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝接閃器，并和屋面防雷裝置相連。建筑物宜利用鋼筋混凝土屋面、梁、柱、基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為引下線，當(dāng)基礎(chǔ)采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于4％及基礎(chǔ)的外表面無防腐層或有瀝青質(zhì)的防腐層時(shí)，宜利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置。（3）三類防雷建筑不屬于一、二類防雷的建筑屬三級(jí)防雷建筑，但通過調(diào)查確認(rèn)需要防雷的建筑物，如高度為15m及以上的煙囪、水塔等孤立的建筑物或構(gòu)筑物。對(duì)于三級(jí)防雷建筑物防直接雷宜采用裝飾在屋角、屋脊、女兒墻上的避雷針或避雷帶，當(dāng)采用避雷帶保護(hù)時(shí)，應(yīng)在屋面上裝設(shè)不大于24m×l6m的網(wǎng)格，采用避雷針保護(hù)時(shí)，其滾球半徑為60m。三建筑防雷設(shè)備接閃器、引下線和接地體（一）接閃器建筑頂部人為設(shè)立的最突出的金屬導(dǎo)體。屬于引雷作用。1避雷針頂端形狀：可為尖形、圓形和扁形，均做防腐；針長(zhǎng)（米）圓鋼直徑（mm）鋼管直徑（mm）<112201-21625煙筒上的避雷針，圓鋼20毫米直徑，鋼管壁厚不得小于3毫米。單針的保護(hù)范圍雙支等高避雷針的保護(hù)范圍2避雷網(wǎng)和避雷帶可明裝和安裝。明裝時(shí)采用直徑8毫米的圓鋼或截面為12x8毫米的扁鋼。避雷帶宜從屋面支起10-20cm,支撐點(diǎn)間距為1-1.5m；暗裝可利用建筑構(gòu)件內(nèi)不小于3mm的鋼筋，鋼筋應(yīng)焊接為一體。（二）引下線又稱引流器，數(shù)量不小于2條，間距不應(yīng)大于25m，每根引下線的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。防雷接地裝置宜與電氣設(shè)備等接地裝置共用，且宜與埋地金屬管相連。在共用接地裝置與埋地金屬管道相連的情況下，接地裝置宜圍繞建筑物敷設(shè)成環(huán)形接地體，當(dāng)二者不共用、不相連時(shí)，兩者在地中的距離不應(yīng)小于2m。明裝引下線一般采用直徑不小于8mm或截面不小于12x4mm扁鋼（厚度不小于3mm）。引下線應(yīng)沿著建筑物外墻敷設(shè)，距墻面15mm，支持卡間距為1.5-2米，斷接卡子距地面2米，從地下0.3到1.7米應(yīng)采用非金屬管槽保護(hù)。暗裝引下線可利用鋼筋混凝土柱的主筋為引下線，最少利用四根柱子，每根柱子中至少有兩根直徑不小于16mm的主筋焊接為一體。五接地體采用40x40mm的扁鋼，圍繞全樓最外圍做封閉式周圍接地體。接地體距建筑物外2米以外，埋入地下1-1.5米以下?！?5.3接地在GB50054-95新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中已不再使用接零、接地、零線等名稱，而改用ICE標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)。根據(jù)電氣工作接地和電氣裝置外露導(dǎo)電部分保護(hù)接地的方式不同，ICE將系統(tǒng)接地分為TN，TT，IT三種形式，這些文字符號(hào)的意思是：第一個(gè)字母說明電源對(duì)大地的關(guān)系：T——一點(diǎn)與大地直接連接：I——與大地隔離或一點(diǎn)經(jīng)阻抗與大地連接：一接地保護(hù)電流流過人體會(huì)發(fā)生觸電事故。人體觸電的主要原因有兩種：一種沒有遵守安全規(guī)程，人體直接接觸或接近電氣設(shè)備的帶電部分(超過了安全距離)；另一種是人體觸及絕緣損壞的電氣設(shè)備的金屬部分。

因此除了遵守安全規(guī)程外，還要采取措施將一些電氣設(shè)備的外殼或金屬部分接地，這樣即使是電氣設(shè)備的絕緣損壞，也不會(huì)發(fā)生觸電事故。此外，為了電力網(wǎng)路可靠地運(yùn)行，通常也將電力網(wǎng)路中的某一點(diǎn)接地(如發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點(diǎn)接地).按接地的作用不同，接地可分為保護(hù)接地和工作接地。設(shè)備的某部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱為接地。零線就是由變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)引出的，并接了地的接地中性線。設(shè)備的某部分與零線相連接，稱為接零?！暗亍焙蛯?duì)地電壓：當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，電流通過接地體向大地作半球形散開，如圖所示。這一電流稱為接地電流，用Ijd表示。由于這是半球形的球面，距接地體越遠(yuǎn)其球面越大，其阻值越小。在距單根接地體或接地故障點(diǎn)20m左右的地方，流散電阻已趨近于零。也就是說，這里的電位已趨近于零。這電位趨近于零的地方，就叫做電氣的“地”或“大地”。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，電流通過接地體向大地作半球形散開，這一電流稱為接地電流，用Ijd表示地中電流與對(duì)地電壓圖電氣設(shè)備的接地部分，如接地的外殼和接地體等，與零電位的“大地”之間的電位差，就叫做接地部分的對(duì)地電壓，用Ujd表示。1．保護(hù)接地電氣設(shè)備的外殼都是與內(nèi)部帶電部分絕緣的，正常情況下是不帶電的，但是當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，這些設(shè)備的外殼便會(huì)帶電，當(dāng)人體觸及設(shè)備的金屬外殼，就會(huì)造成觸電事故。為了防止人體觸電，將電氣設(shè)備的金屬外殼和同金屬外殼相連的金屬構(gòu)架與大地作電氣上的連接，這種保護(hù)人體安全的接地叫做保護(hù)接地。保護(hù)接地示意圖2．工作接地在電力系統(tǒng)中，為了保證電氣設(shè)備在正常和事故情況下可靠地工作而進(jìn)行的接地，叫做工作接地。如圖所示(如變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)直接接地等)。工作接地示意圖1.工作接地2.工作接零3.重復(fù)接地3．零線、保護(hù)線和保護(hù)接零對(duì)于低壓配電系統(tǒng)，我國(guó)廣泛采用電源中性點(diǎn)直接接地