建筑电气工程图设计(4)-防雷与接地系统设计

1、防雷与接地系统设计防雷与接地系统设计一、过电压与防雷一、过电压与防雷v（一）过电压及雷电的有关概念（一）过电压及雷电的有关概念v1、过电压的形式、过电压的形式v 过电压过电压是指在电气线路或电气设备上出是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。在电力系统现的超过正常工作要求的电压。在电力系统中，按过电压产生的原因不同，可分为内部中，按过电压产生的原因不同，可分为内部过电压和雷电过电压过电压和雷电过电压2大类。大类。v（1）内部过电压）内部过电压v 内部过电压是由于电力系统本身的开关操作、发生故障内部过电压是由于电力系统本身的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的工作状态突然改变，

2、从而在系统内部或其他原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。出现电磁振荡而引起的过电压。v 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作操作过电压过电压是由于系统中的开关操作、负荷骤变或由于故障而出是由于系统中的开关操作、负荷骤变或由于故障而出现断续性电弧而引起的过电压。现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压谐振过电压是由于系统中的是由于系统中的电路参数（电路参数（R、L、C）在不利组合时发生谐振而引起的过电）在不利组合时发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运压，包括电力变压器铁

3、心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行相对地行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行相对地（即单相）额定电压的（即单相）额定电压的34倍，因此对电力线路和电气设备倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。绝缘的威胁不是很大。v（2）雷电过电压）雷电过电压 v 雷电过电压雷电过电压又称大气过电压或外部过电压，它是由于电又称大气过电压或外部过电压，它是由于电力系统内的设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷力系统内的设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电感应而引起的过电压。雷电过电压产生

4、的雷电冲击波，其电压幅值可高达电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安。因此，亿伏，其电流幅值可高达几十万安。因此，对供电系统的危害极大，必须加以防护。对供电系统的危害极大，必须加以防护。v 雷电过电压有雷电过电压有2种基本形式：种基本形式：v 直接雷击直接雷击：它是雷电直接击中电气设备、线路或建：它是雷电直接击中电气设备、线路或建（构）筑物，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电（构）筑物，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。这种雷电过电压称为有电磁效应和

5、闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷直击雷。v 间接雷击间接雷击：它是雷电未直接击中电力系统中的任何部：它是雷电未直接击中电力系统中的任何部分而由雷电对设备、线路或其他物体的静电感应或电磁感应分而由雷电对设备、线路或其他物体的静电感应或电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压称为所产生的过电压。这种雷电过电压称为感应过电压或感应雷感应过电压或感应雷。v 雷电过电压除上述雷电过电压除上述2种雷击形式外，还有一种是由于架种雷击形式外，还有一种是由于架空线路遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿线路空线路遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿线路侵入变配电所或其他建筑物，称为侵入变配电所或其他建

6、筑物，称为雷电波侵入或高电位侵入雷电波侵入或高电位侵入。据我国几个城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的据我国几个城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故占整个雷害事故的雷害事故占整个雷害事故的5070，比例很大。因此，比例很大。因此，对雷电波侵入的防护应予足够的重视。对雷电波侵入的防护应予足够的重视。v2、与雷电有关的名词概念、与雷电有关的名词概念v（二）防雷设备（二）防雷设备v1、接闪器、接闪器v 一个传统的防直击雷装置一般由一个传统的防直击雷装置一般由接闪器接闪器、引下引下线线和和接地装置接地装置三部分组成，此即所谓外部防雷措施。三部分组成，此即所谓外部防雷措施。v 接闪器

7、是专门用来接受直接雷击的金属物体，接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体，经常采用的经常采用的接闪器接闪器有避雷针、避雷线、避雷网和避有避雷针、避雷线、避雷网和避雷带等雷带等。v 避雷针主要用来保护建筑物和发、配电装置；避雷针主要用来保护建筑物和发、配电装置；避雷线最适合用来保护电力线路等较长的物体；避避雷线最适合用来保护电力线路等较长的物体；避雷网和避雷带主要用来保护建筑物。雷网和避雷带主要用来保护建筑物。v（1）避雷针）避雷针v 避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加电场。这个附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感个附加电场。这

8、个附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的，其作用是使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，应引起的，其作用是使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针，经与由原来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针，经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄入到大地中去，避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄入到大地中去，使被保护物免受直接雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它使被保护物免受直接雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备及建筑物等。把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备及建筑物等。v 避雷针一般采用镀锌圆钢（针长避雷针一般

9、采用镀锌圆钢（针长1 m以下时直径不小于以下时直径不小于12 mm；针长；针长12 m时直径不小于时直径不小于16mm）或镀锌钢管（针）或镀锌钢管（针长长1 m以下时，内径不小于以下时，内径不小于20 mm；针长；针长12m时，内径不时，内径不小于小于25mm）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，其下端要经引下线与接地装置连接。筑物上，其下端要经引下线与接地装置连接。v 避雷针的保护范围，以它能防护直击雷的空间避雷针的保护范围，以它能防护直击雷的空间来表示。新颁布的来表示。新颁布的建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范GB 50057规定采用

10、规定采用IEC推荐的推荐的“滚球法滚球法”来确定避雷针来确定避雷针和避雷线的保护范围。和避雷线的保护范围。v 所谓所谓“滚球法滚球法”（roll-ball method），就是选），就是选择一个半径（滚球半径）为择一个半径（滚球半径）为hr的球体，沿需要防护的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内。则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内。v （2）避雷线）避雷线v 避雷线一般采用截面不小于避雷线一

11、般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上面，以保护架空线路或其线，架设在架空线路的上面，以保护架空线路或其他物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线他物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又要接地，因此它又称为架空地线。避既是架空，又要接地，因此它又称为架空地线。避雷线的功能和原理与避雷针基本相同。雷线的功能和原理与避雷针基本相同。v （3）避雷带和避雷网）避雷带和避雷网v 避雷带和避雷网主要用来避雷带和避雷网主要用来保护高层建筑物保护高层建筑物免遭免遭直击雷和感应雷。直击雷和感应雷。v 避雷带和避雷网宜采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。圆避雷带和避雷网

12、宜采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径应不小于钢直径应不小于8mm；扁钢截面应不小于；扁钢截面应不小于48mm2，其厚度应，其厚度应不小于不小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于12mm；扁钢截面应不小于；扁钢截面应不小于100mm2，其厚度应不小于，其厚度应不小于4mm。避雷网的网格尺寸要求如下表所示。避雷网的网格尺寸要求如下表所示。v 以上以上接闪器均应经引下线与接地装置连接接闪器均应经引下线与接地装置连接。引下线宜采。引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带（网）用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带（网）

13、采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短的路径采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短的路径接地，建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应下小于接地，建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应下小于10mm，扁钢截面应不小于，扁钢截面应不小于80mm2。2、避雷器、避雷器避雷器是用来避雷器是用来防止雷电防止雷电产生过电压波沿线路侵入变产生过电压波沿线路侵入变电所或其它设备内电所或其它设备内，从而使，从而使被保护设备的绝缘免受过电被保护设备的绝缘免受过电压的破坏。它一般接于导线压的破坏。它一般接于导线与地之间，与被保护设备并与地之间，与被保护设备并联，装在被保护设备的电源联，装在被保护

14、设备的电源侧。侧。 管型避雷器管型避雷器管型避雷器主要用于室外架空线上主要用于室外架空线上。在选择管型避雷器时，。在选择管型避雷器时，开断电流的上限，应不小于安装处短路电流的最大有效值（考开断电流的上限，应不小于安装处短路电流的最大有效值（考虑非周期分量）；开断电流的下限，应不大于安装处短路电流虑非周期分量）；开断电流的下限，应不大于安装处短路电流可能的最小值（不考虑非周期分量）。可能的最小值（不考虑非周期分量）。主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱点的保护主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱点的保护，保护，保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。性能较好的管型避雷器可用于保护配电变

15、压器。 阀型避雷器由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻盘而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大容易通过阀性电阻盘而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的

16、压降的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。的残压，从而使电气设备得到了保护。阀型避雷器有普通型阀型避雷器有普通型FS、FD系列，如系列，如FS4-10型高压阀型避型高压阀型避雷器和雷器和FS-0.38型低压阀型避雷器。磁吹阀式避雷器有型低压阀型避雷器。磁吹阀式避雷器有FCD型和型和FCZ型。型。广泛用在交直流系统中，广泛用在交直流系统中，保护变配电所设备的绝缘保护变配电所设备的绝缘。 保护间隙又称角型避雷器，是一个又称角型避雷器，是一个较

17、简单的防雷设备，它由两个较简单的防雷设备，它由两个金属电极构成的，其中一个电金属电极构成的，其中一个电极固定在绝缘子上，而另一个极固定在绝缘子上，而另一个电极则经绝缘子与第一个电极电极则经绝缘子与第一个电极隔开，并使这一对空气间隙保隔开，并使这一对空气间隙保持适当的距离。工作原理：在持适当的距离。工作原理：在正常运行的情况下，间隙对地正常运行的情况下，间隙对地是绝缘的，而当架空电力线路是绝缘的，而当架空电力线路遭受雷击时，间隙的空气被击遭受雷击时，间隙的空气被击穿，将雷电流泄入大地，使线穿，将雷电流泄入大地，使线路绝缘子或其它电气设备的绝路绝缘子或其它电气设备的绝缘上不致发生闪络，起到了保缘上

18、不致发生闪络，起到了保护作用。护作用。只用于室外且负荷不只用于室外且负荷不重要的线路上重要的线路上。 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻片有氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷片有氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀特性。在工频电压下，它具有极元件，具有理想的阀特性。在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效的阻断工频电流，因此无需火大的电阻，能迅速有效的阻断工频电流，因此无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电

19、弧，而且在雷电过花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧，而且在雷电过电压作用下，其电阻又变得很小，能很好地泄放雷电电压作用下，其电阻又变得很小，能很好地泄放雷电流。目前氧化物避雷器流。目前氧化物避雷器广泛应用于高低压设备的防雷广泛应用于高低压设备的防雷保护保护。 v（三）防雷措施（三）防雷措施v1、架空线路的防雷措施、架空线路的防雷措施v （1）架设避雷线）架设避雷线v 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kV及其以及其以上的架空线路上才沿全线装设。上的架空线路上才沿全线装设。35 kV的架空线路上，一般的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设，

20、而只在进出变配电所的一段线路上装设，而10kV及以下线路及以下线路上一般不装设避雷线。上一般不装设避雷线。v （2）提高线路本身的绝缘水平）提高线路本身的绝缘水平v 在架空线路上，可采用瓷横担和高一级的绝缘子，以提在架空线路上，可采用瓷横担和高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是高线路的防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的基本及以下架空线路防雷的基本措施。措施。v （3）利用三角形排列的顶线兼做防雷保护线）利用三角形排列的顶线兼做防雷保护线v 由于由于310kV的线路是中性点不接地的系统，因此可在的线路是中性点不接地的系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙。三角形排列的顶

21、线绝缘子上装设保护间隙。v （4）装设自动重合闸装置）装设自动重合闸装置v 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的，在断线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的，在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路，使断路器经器经0.5s或稍长时间后自动重新合闸，电弧通常不会复燃，或稍长时间后自动重新合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。v （5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器）个别绝缘薄弱地点加装避雷器v 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、对架空线路上个别绝

22、缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆，以及木杆线路中个别金属杆等处，可装分支杆、带拉线杆，以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。设排气式避雷器或保护间隙。v2、变配电所的防雷措施、变配电所的防雷措施v（1）装设避雷针）装设避雷针v 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所附近有高大建（构）筑物，且在其防雷设施保护范围之电所附近有高大建（构）筑物，且在其防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的防护。内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的防护。v（2）高压侧装设避雷器）高压侧

23、装设避雷器v 主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变压器这一最关键的设备。因此，入变电所，损坏了变压器这一最关键的设备。因此，要求避要求避雷器尽量靠近主变压器安装雷器尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至。阀式避雷器至310kV主变压主变压器的最大电气间离，如下表所示。器的最大电气间离，如下表所示。v（3）低压侧装设避雷器）低压侧装设避雷器v 主要用在多雷区以防止雷电波沿低压线路侵入而击穿主要用在多雷区以防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不

24、接地时（如IT系统），其中性点要装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或系统），其中性点要装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。保护间隙。310 kV高压配电装置中装设高压配电装置中装设避雷器以防雷电波侵入的接线避雷器以防雷电波侵入的接线图，如图所示。在每路进线终图，如图所示。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接接地端与电缆头外壳相连后

25、接地。地。v3、高压电动机的防雷措施、高压电动机的防雷措施v 高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有同电压等级的电力变压器的耐压试验值大约只有同电压等级的电力变压器的1/3。长期。长期运行时固体绝缘介质会受潮、腐蚀和老化，将进一步降低其运行时固体绝缘介质会受潮、腐蚀和老化，将进一步降低其耐压水平。因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用耐压水平。因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普通的普通的FS型和型和FD型阀式避雷器，而要采用专用于保护旋转型阀式避雷器，而要采用专用于保护旋转电机用的电机用的FCD型磁吹阀式

26、避雷器，或采用具有串联间隙的金型磁吹阀式避雷器，或采用具有串联间隙的金属氧化物避雷器。属氧化物避雷器。v 对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。v 对定子绕组中性点不能引出的高压电动机，要采用图对定子绕组中性点不能引出的高压电动机，要采用图9.23所示接线。为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻所示接线。为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机前面加一段其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机前面加一段100150m的引入电缆，电缆头处

27、安装的引入电缆，电缆头处安装1组排气式或阀式避雷器，组排气式或阀式避雷器，而在电动机电源端（母线上）安装而在电动机电源端（母线上）安装1组并联有电容器组并联有电容器（0.250.5uF）的）的FCD型磁吹阀式避雷器。型磁吹阀式避雷器。4、建筑物的防雷措施、建筑物的防雷措施 1）建筑物防雷分类及防雷要求）建筑物防雷分类及防雷要求 建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的概建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的概率和后果，按对防雷的要求分成三类：率和后果，按对防雷的要求分成三类： 凡在存放爆炸物品或正常情况下能形成爆炸性混合物，凡在存放爆炸物品或正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花而会

28、发生爆炸，致使房屋毁坏和造成人身伤亡者因电火花而会发生爆炸，致使房屋毁坏和造成人身伤亡者属属第一类防雷建筑第一类防雷建筑，应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波，应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波措施。措施。 制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，但电火花不易制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致引起巨大破坏或人身事故，或国家级重要引起爆炸或不致引起巨大破坏或人身事故，或国家级重要建筑物，属建筑物，属第二类防雷建筑第二类防雷建筑，应有防直接雷和雷电侵入波，应有防直接雷和雷电侵入波措施，有爆炸危险的也应有防感应雷措施。措施，有爆炸危险的也应有防感应雷措施。在可能发生对地闪击的地区，遇下

29、列情况之一时，应划为在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第三第三类防雷建筑物：类防雷建筑物：1 省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。2 预计雷击次数大于或等于预计雷击次数大于或等于0.01次次/a且小于或等于且小于或等于0.05次次/a的的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。及火灾危险场所。3 预计雷击次数大于或等于预计雷击次数大于或等于0.05次次/a且小于或等于且小于或等于0.25次次/a的的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。住宅、办公楼

30、等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。4 在平均雷暴日大于在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在的地区，高度在15m及以上的烟囱、及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度在的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。物。v2）建筑物防雷措施）建筑物防雷措施v （1）防直击雷）防直击雷v 第一、二类建筑物装设独立避雷针或架空避雷线（网），第一、二类建筑物装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于使被保护的建筑物及风帽

31、、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。接闪器的保护范围内。 第三类建筑物宜采用装设在建筑物第三类建筑物宜采用装设在建筑物上的避雷针或避雷带或其混合的接闪器；引下线不应少于两上的避雷针或避雷带或其混合的接闪器；引下线不应少于两根；根； 建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、粱、柱和基础钢筋建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、粱、柱和基础钢筋作为接闪器、引下线和接地装置。高层建筑物装设避雷带和作为接闪器、引下线和接地装置。高层建筑物装设避雷带和避雷网。避雷网。v （2）防感应雷）防感应雷 对非金属屋面应敷设避雷网，室内一切金属管道和设备，对非金属屋面应敷设避雷网，室内一切金属管道和设备，均应良好接地

32、并且不得有开口环路，以防止感应过电压。均应良好接地并且不得有开口环路，以防止感应过电压。 （3）防雷电侵入波）防雷电侵入波 低压线路采用全电缆直接埋地敷设；架空线路采用电缆低压线路采用全电缆直接埋地敷设；架空线路采用电缆入户入户, 电缆金属外皮与电气设备接地相连；对低压架空进出电缆金属外皮与电气设备接地相连；对低压架空进出线，在进出处装设避雷器。架空金属管道、埋地或地沟内的线，在进出处装设避雷器。架空金属管道、埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处，应与防雷接地装置相连。金属管道，在进出建筑物处，应与防雷接地装置相连。 对一、二级防雷建筑物，当建筑物高度超过对一、二级防雷建筑物，当建筑物高度超

33、过30m时，时，30m及以上部分应采取防侧击雷和等电位措施。可利用及以上部分应采取防侧击雷和等电位措施。可利用建筑物外圈的楼层圈梁内的主筋作均压环防侧击雷，既建筑物外圈的楼层圈梁内的主筋作均压环防侧击雷，既节约材料又可达到防雷的目的。节约材料又可达到防雷的目的。 第三类防雷建筑物应有第三类防雷建筑物应有防直接雷和雷电侵入波防直接雷和雷电侵入波措施。措施。 建筑物容易遭受雷击的部位与屋顶的坡度有关：建筑物容易遭受雷击的部位与屋顶的坡度有关： 平屋顶或坡度不大于平屋顶或坡度不大于1/10的屋顶，易受雷击的部位为檐的屋顶，易受雷击的部位为檐角、女儿墙、屋檐；角、女儿墙、屋檐； 坡度大于坡度大于1/1

34、0而小于而小于1/2的屋顶，易受雷击的部位为屋角、的屋顶，易受雷击的部位为屋角、屋脊、檐角、屋檐；屋脊、檐角、屋檐； 坡度大于或等于坡度大于或等于1/2的屋顶，易受雷击的部位为屋角、屋的屋顶，易受雷击的部位为屋角、屋脊、檐角。脊、檐角。防雷设计实例防雷设计实例v根据公式计算出年预计雷击次数为根据公式计算出年预计雷击次数为0.08次次/a,根据根据GB50057-2010建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范，预计雷击，预计雷击次数大于或等于次数大于或等于0.05次次/a，且小于或等于，且小于或等于0.25次次/a的的住宅、办公楼等一般性民用建筑物应划为第三类防住宅、办公楼等一般性民用建筑物应划为

35、第三类防雷建筑物。雷建筑物。v因此，本设计应按第三类防雷建筑物的防雷措施进因此，本设计应按第三类防雷建筑物的防雷措施进行防雷设计。行防雷设计。 根据根据建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范，本设计在屋顶采用，本设计在屋顶采用10热镀热镀锌圆钢作锌圆钢作避雷带避雷带，屋顶避雷连接线网格不大于，屋顶避雷连接线网格不大于20m20m或或24m16m。利用建筑物钢筋混凝土柱子内利用建筑物钢筋混凝土柱子内2根根16以上主筋通长焊接作以上主筋通长焊接作为为引下线引下线，间距不大于，间距不大于25m，引下线上端与避雷带焊接，下，引下线上端与避雷带焊接，下端与建筑物基础钢筋内的端与建筑物基础钢筋内的2根主筋焊

36、接。所有外墙引下线在根主筋焊接。所有外墙引下线在室外地面下室外地面下1m处引出一根处引出一根404热镀锌扁钢，扁钢伸出室外，热镀锌扁钢，扁钢伸出室外，距外墙皮不小于距外墙皮不小于1.5m（为了减少建筑物的接触电压，通常取（为了减少建筑物的接触电压，通常取23m）。建筑物四角的外墙引下线在距室外地面上）。建筑物四角的外墙引下线在距室外地面上0.5m处处设测试暗箱。设测试暗箱。利用建筑物基础底粱上的上下两层钢筋中的两根主筋通长焊利用建筑物基础底粱上的上下两层钢筋中的两根主筋通长焊接形成接形成基础接地网基础接地网。（垂直接地极间的距离及水平接地极间。（垂直接地极间的距离及水平接地极间的距离宜为的距离

37、宜为5m，当受场所限制时可减小。），当受场所限制时可减小。）过电压保护：在各电源总进线箱设第一级电涌保护器过电压保护：在各电源总进线箱设第一级电涌保护器（SPD）。）。二、电气装置的接地二、电气装置的接地v（一）接地的有关概念（一）接地的有关概念v1、接地和接地装置、接地和接地装置v电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地接地。v埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地接地体或接地极极。专门为接地而人为装设的接地体，称为。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体人工接地体；兼；兼

38、作接地体的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建作接地体的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体自然接地体。v连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下无电流流过，但在故障接地线在设备、装置正常运行情况下无电流流过，但在故障情况下要能通过接地故障电流。情况下要能通过接地故障电流。v接地线与接地体合称为接地线与接地体合称为接地装置接地装置。由若干接地体在。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为大地中相互用接地线

39、连接起来的一个整体，称为接接地网地网。其中接地线又分为。其中接地线又分为接地干线接地干线和和接地支线接地支线，如，如图所示。接地干线一般应采用图所示。接地干线一般应采用不少于不少于2根根的导体在的导体在不同地点与接地网连接。不同地点与接地网连接。v2、工作接地、保护接地和重复接地、工作接地、保护接地和重复接地v （1）工作接地）工作接地v 工作接地是为保证电力系统和设备达到正常工作要求而工作接地是为保证电力系统和设备达到正常工作要求而进行的一种接地进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能，例如电源中性点直接接地，等。

40、各种工作接地有各自的功能，例如电源中性点直接接地，能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变；而电源中性能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变；而电源中性点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地点的断续电弧，点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地点的断续电弧，防止系统出现过电压。至于防雷装置的接地，其功能更是显防止系统出现过电压。至于防雷装置的接地，其功能更是显而易见的，不进行接地就无法而易见的，不进行接地就无法对地泄放雷电流对地泄放雷电流，从而无法实，从而无法实现防雷的要求。现防雷的要求。v（2）保护接地）保护接地v 保护接地保护接地是为保障人身安全、防止间接触电而将设备的是为保障人身安全

41、、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地。保护接地的型式有外露可导电部分接地。保护接地的型式有2种：种：v 设备的外露可导电部分经各自的接地线（设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接线）直接接地，如在接地，如在TT和和IT系统中的接地。系统中的接地。v 设备的外露可导电部分经公共的设备的外露可导电部分经公共的PE线（在线（在TN-S系统系统中）或经中）或经PEN线（在线（在TN-C系统中）接地，这种接地我国习系统中）接地，这种接地我国习惯称为惯称为“保护接零保护接零”。v 必须注意：必须注意：同一低压系统中，不能有的采取保护接地，同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护

42、接零，否则当采取保护接地的设备发生单相有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压。险的电压。v（3）重复接地）重复接地v 在在TN系统中，为确保公共系统中，为确保公共PE线或线或PEN线安全可靠，除线安全可靠，除在中性点进行工作接地外，还应在在中性点进行工作接地外，还应在PE线或线或PEN线的下列地线的下列地方进行方进行重复接地重复接地：架空线路终端及沿线每：架空线路终端及沿线每1 km处；电缆处；电缆和架空线引入车间或大型建筑物处。和架空线引入车间或大型建筑物处。v 如不

43、重复接地，则在如不重复接地，则在PE线或线或PEN线断线且有设备发生线断线且有设备发生单相接地故障时，接在断线后面的所有外露可导电部分都将单相接地故障时，接在断线后面的所有外露可导电部分都将呈现接近于相电压的对地电压，如图呈现接近于相电压的对地电压，如图9.4a所示，这是很危险所示，这是很危险的。如进行了重复接地，如图的。如进行了重复接地，如图9.4b所示，则在发生同样故障所示，则在发生同样故障时，断线后面的设备外露可导电部分的对地电压为时，断线后面的设备外露可导电部分的对地电压为v危险程度大大降低。危险程度大大降低。URIUEEEv（二）电气装置的接地和接地电阻（二）电气装置的接地和接地电阻

44、v 1、电气装置、电气装置应接地应接地或接零的金属部分（据或接零的金属部分（据GB 50169-92）v 1）电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等）电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。的金属底座和外壳。v 2）电气设备的传动装置。）电气设备的传动装置。v 3）户内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近）户内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。带电部分的金属遮栏和金属门。v 4）配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的）配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座。金属框架和底座。v 5）交、直流电力电缆的接头

45、盒、终端头和膨胀器的金）交、直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管和穿线属外壳和电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管。的钢管。v 6）电缆桥架、支架和井架。）电缆桥架、支架和井架。v 7）装有避雷线的电力线路杆塔。）装有避雷线的电力线路杆塔。v 8）装在配电线路杆上的电力设备。）装在配电线路杆上的电力设备。v 9）在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接）在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地电流架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。地电流架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。 v 10）电除尘器的构架。）电除尘器的构架。v 11）封闭

46、母线的外壳及其他裸露的金属部分。）封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分。v 12）六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的）六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体。金属箱体。v 13）电热设备的金属外壳。）电热设备的金属外壳。v 14）控制电缆的金属护层。）控制电缆的金属护层。v2、电气装置、电气装置可不接地可不接地或不接零的金属部分（据或不接零的金属部分（据GB 50169-92）v 在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为定电压为380V及其以下或直流额定电压为及其以下或直流额定电压为440V及其以下的及其以下的电气设备的外壳。当

47、有可能同时触及上述电气设备外壳和已电气设备的外壳。当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地。接地的其他物体时，则仍应接地。v 在干燥场所，交流额定电压为在干燥场所，交流额定电压为127V及其以下或直流及其以下或直流额定电压为额定电压为110 V及其以下的电气设备的外壳。及其以下的电气设备的外壳。v 安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。在支持物上不会引起危险电压的

48、绝缘子的金属底座等。v 安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。v 额定电压为额定电压为220V及其以下的蓄电池室内的金属支架。及其以下的蓄电池室内的金属支架。 v 由发电厂、变电所和工业、企业区域内引出的铁路轨由发电厂、变电所和工业、企业区域内引出的铁路轨道。道。v 与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。和电器的外壳。v3、接地电阻及其要求、接地电阻及其要求v 接地电阻接地电阻是接地体的流散电阻与接地线和接地是接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻

49、相对很体电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻相对很小，可略去不计，因此接地电阻可认为就是接地体小，可略去不计，因此接地电阻可认为就是接地体的流散电阻。的流散电阻。v 工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为称为工频接地电阻工频接地电阻，即用，即用RE（或（或R）表示。）表示。v 雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻冲击接地电阻，用，用Rsh（或（或Ri）表示。）表示。v关于关于TT系统和系统和IT系统中电气设备外露可导电部分的保护接系统中电气设备外露可导电部分的保护接地电阻地电阻RE，按规定

50、应满足这样的条件，即在接地电流，按规定应满足这样的条件，即在接地电流IE通过通过RE时产生的对地电压不应高于时产生的对地电压不应高于安全特低电压安全特低电压50V，因此保护，因此保护接地电阻为：接地电阻为：vRE50V/ IEv如果漏电断路器的动作电流如果漏电断路器的动作电流Iop（E）取为取为30mA（安全电流（安全电流值），则值），则RE 50V/0.03A=1667 。这一接地电阻值很大，很。这一接地电阻值很大，很容易满足要求。一般取容易满足要求。一般取RE 100 ，足以确保安全。，足以确保安全。v对对TN系统，其中所有外露可导电部分均接在公共系统，其中所有外露可导电部分均接在公共PE

51、线或线或PEN线上，因此无所谓保护接地电阻问题。线上，因此无所谓保护接地电阻问题。v（三）接地装置的装设（三）接地装置的装设v 1、自然接地体的利用、自然接地体的利用v 在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资。如果实地测量所利用的以节约投资。如果实地测量所利用的自然接地体电阻自然接地体电阻已能满已能满足要求，而且这些自然接地体又满足热稳定条件，可不必再足要求，而且这些自然接地体又满足热稳定条件，可不必再装设装设人工接地装置人工接地装置。v 可作为自然接地体的物件包括：可作为自然接地体的物件包括：与大地有可靠连接的建与大地有

52、可靠连接的建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的金属管道及埋地筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的金属管道及埋地敷设的不少于敷设的不少于2根的电缆金属外皮等。对于变配电所来说，根的电缆金属外皮等。对于变配电所来说，可利用其建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。可利用其建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。v 利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接，在建利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接，在建筑物结构的结合处，除已焊接者外，凡用螺栓连接或其他连筑物结构的结合处，除已焊接者外，凡用螺栓连接或其他连接的，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。接的，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小

53、于规定值。v2、人工接地体的装设、人工接地体的装设v 人工接地体有垂直埋设和水平埋设人工接地体有垂直埋设和水平埋设2种基种基本结构型式，如图所示。本结构型式，如图所示。v 当土壤电阻率偏高时，为降低接地装置的接地当土壤电阻率偏高时，为降低接地装置的接地电阻，可采取以下措施：电阻，可采取以下措施：v 采用多支线外引接地装置，其外引线长度不采用多支线外引接地装置，其外引线长度不宜大于宜大于 ，此处，此处 为埋设外引线处的土壤电阻率。为埋设外引线处的土壤电阻率。v 如地下较深处土壤电阻率较低时，可采用深如地下较深处土壤电阻率较低时，可采用深埋式接地体。埋式接地体。v 局部地进行土壤置换处理，换以电阻

54、率较低局部地进行土壤置换处理，换以电阻率较低的粘土或黑土，或者进行土壤化学处理，填充以降的粘土或黑土，或者进行土壤化学处理，填充以降阻剂。阻剂。2v按按电气装置安装工程电气装置安装工程接地装置施工及验收规范接地装置施工及验收规范规定，规定，钢钢接地体和接地线的截面接地体和接地线的截面不应小于下表所列不应小于下表所列规格。对规格。对110kV及以上变电所或腐蚀性强的场所的及以上变电所或腐蚀性强的场所的接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。v 当多根接地体相互接近时，入地电流的流散将相互排挤，当多根接地体相互接近时，入地电流的流散将相互排挤，其电流

55、分布如图所示。这种影响接地电流流散的作用，称为其电流分布如图所示。这种影响接地电流流散的作用，称为屏蔽效应屏蔽效应。由于屏蔽效应使接地装置的利用率下降，所以。由于屏蔽效应使接地装置的利用率下降，所以垂垂直接地体的间距一般不宜小于接地体长度的直接地体的间距一般不宜小于接地体长度的2倍倍，水平接地水平接地体的间距一般不宜小于体的间距一般不宜小于5 m。v接地网的布置，接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀应尽量使地面的电位分布均匀，以降低接触，以降低接触电压和跨步电压。电压和跨步电压。v人工接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形。人工接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形。v（35110）/（6

56、10）kV变电所的接地网内应敷设水平均变电所的接地网内应敷设水平均压带；为保障人身安全，应在经常有人出入的走道处，采用压带；为保障人身安全，应在经常有人出入的走道处，采用高绝缘路面（如沥青碎石路面）或加装帽檐式均压带，如图高绝缘路面（如沥青碎石路面）或加装帽檐式均压带，如图所示。所示。v为了减小建筑物的接触电压，接地体与建筑物的基础间应保为了减小建筑物的接触电压，接地体与建筑物的基础间应保持持不小于不小于1.5m的水平距离，的水平距离，通常取通常取23m。v3、防雷装置的接地要求、防雷装置的接地要求v 避雷针宜装设独立的接地装置。防雷的接地装避雷针宜装设独立的接地装置。防雷的接地装置（包括接地

57、体和接地线）及避雷针（线、网）引置（包括接地体和接地线）及避雷针（线、网）引下线的结构尺寸，应符合表下线的结构尺寸，应符合表9.1标注标注2的要求：的要求：v 防雷接地装置，圆钢直径不应小于防雷接地装置，圆钢直径不应小于10mm；扁；扁钢截面不应小于钢截面不应小于100mm2，厚度不应小于，厚度不应小于4mm；角；角钢厚度不应小于钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于；钢管壁厚不应小于3.5mm。作为引下线，圆钢直径不应小于作为引下线，圆钢直径不应小于8mm；扁钢截面不；扁钢截面不应小于应小于48mm2，其厚度不应小于，其厚度不应小于4mm。v（四）接地计算（四）接地计算v（2）冲击接地电阻的

58、计算）冲击接地电阻的计算v 冲击接地电阻冲击接地电阻是指雷电流经接地装置泄放入地时的接地是指雷电流经接地装置泄放入地时的接地电阻，包括接地电阻和地中散流电阻。由于强大的雷电流泄电阻，包括接地电阻和地中散流电阻。由于强大的雷电流泄放入地时，土壤被雷电波击穿并产生火花，使散流电阻显著放入地时，土壤被雷电波击穿并产生火花，使散流电阻显著降低。当然，雷电波陡度很大，具有高频特性，同时会使接降低。当然，雷电波陡度很大，具有高频特性，同时会使接地线的感抗增大，但接地线阻抗较之散流电阻毕竟小得多，地线的感抗增大，但接地线阻抗较之散流电阻毕竟小得多，因此冲击接地电阻一般是小于工频接地电阻的。按因此冲击接地电阻

59、一般是小于工频接地电阻的。按建筑物建筑物防雷设计规范防雷设计规范规定，冲击接地电阻规定，冲击接地电阻Rsh可按下式估算：可按下式估算： Rsh=RE/av式中，式中，a换算系数，为换算系数，为RE与与Rsh的比值，由图的比值，由图9.9确定。确定。 v图图9.10中的中的le为为接地体的有效长度接地体的有效长度，按，按GB50057规定，应按规定，应按下式计算：下式计算：v图图9.10中的中的l：单跟单跟接地体时，接地体时，l为其实际长度；为其实际长度；有分支线有分支线的的接地体，接地体，l为其最长分支线的长度；为其最长分支线的长度；环形环形接地体，接地体，l为其周长为其周长的一半。如果的一半

60、。如果lel时，取时，取le=l，即，即a=1。2elv（五）低压配电系统的接地故障保护和等电位联接（五）低压配电系统的接地故障保护和等电位联接v1、低压配电系统的接地故障保护、低压配电系统的接地故障保护v 接地故障接地故障是指低压配电系统中的相线对地或与地有联系是指低压配电系统中的相线对地或与地有联系的导电体之间的短路，包括相线与大地、相线与的导电体之间的短路，包括相线与大地、相线与PE线或线或PEN线以及相线与设备的外露可导电部分之间的短路。线以及相线与设备的外露可导电部分之间的短路。v 接地故障的危险性很大。在有的场合，接地故障电流很接地故障的危险性很大。在有的场合，接地故障电流很大（如