建筑设备第十五章(共7页)

1、PAGE PAGE 12第十五章 建筑电气(dinq)安全第一节 安全电压(nqun diny)当人体同时触及两个不同电位的导电部分(b fen)时电流通过人体，称为电接触。当电接触通过人体的电流过大，通电时间过长，人将受到伤害甚至死亡，即电击。人体能感觉的最小电流值为05mA，此值与通电时间无关。当工频（f50Hz）电流流过人体时，安全电流为lOmA。在设计电气装置时，计算人体的电流IB比较困难，计算接触电压Uc比较方便。人体的电阻主要集中在厚度0.050.2mm的角质层，去掉角质层后的皮肤电阻约为8001200。去掉皮肤后内组织的电阻约500800。若取人体电阻R1200，得到安全电压UI

2、R0.01120012V。人体阻抗并非定值，与工作环境、身体状况、皮肤情况、接触面积和压力有关。因此，安全电压分为12V、24V、36V等多个等级，根据空气干燥程度、工作环境条件等因素选取。第二节 建筑防雷一、雷电的危害雷电是在特定场合和条件下，以某种主导因素而形成的一种自然现象。雷电环境是天空中聚集有大量带电的雷云而造成的。雷电现象就是雷云与雷云之间、雷云与大地之间的一种放电现象。闪电就是放电时产生的强烈的光和热。雷声就是巨大的热量使空气在极短的时间内急剧膨胀而产生的爆炸声响。根据雷电现象形成和活动的形式，一般可分为直接雷、间接（感应）雷两大类。直接雷是指雷云对地面的直接放电。间接雷是指雷云

3、的二次作用（静电感应效应和电磁效应等）造成的危害现象。无论是直接雷还是间接雷，都有可能演变成雷电的第三种作用形式高电位侵人，即诱发很高的电压（可达数十万伏）沿着供电线路或金属管道，高速涌入变配电室、电用户等建筑内部，引起故障。雷电的共同特点是：放电时间短、放电电流大、放电电压高、破坏力极强。其破坏作用主要表现在：强大的雷电流通过物体时产生的巨大电动力。强大的雷电流通过物体时产生的巨大热量，使物体内的水份急剧蒸发而形成的内压力，造成多种机械性破坏：使物体遭受外部冲击或内部劈裂的热力性破坏，所产生的巨大热量可造成金属熔化和物体燃烧；绝缘击穿性破坏，极高的电压使供配电系统中的绝缘材料被击穿，造成相间

4、断路，使破坏的范围和程度迅速扩大和增强。无线干扰性破坏，由于雷电波中夹杂有大量高频杂波，对通信、广播、电视等电子设备和系统的正常工作有强烈的干扰破坏作用。为了克服上述雷电的破坏，建筑防雷设计就是要做到：（1）保护建筑物内部的人身安全；（2）保护建筑物不遭破坏(phui)和烧毁；（3）保护建筑内部存放的危险物品不会损坏(snhui)、燃烧和爆炸；（4），保护(boh)建筑物内部的电气设备和系统不受损坏。防雷设计应根据建筑物本身的重要性，结合当地的雷电活动情况和周围环境特点，按我国有关规范规定要求，综合考虑确定是否安装防雷装置及安装何种类型的防雷装置。二、建筑物的防雷分级民用建筑物的防雷等级，是根

5、据政治影响、容纳人数的多少或文化艺术价值，分为三类：一级防雷的民用建筑物，是指具有特别重要用途的、属于国家级的大型建筑物，如国家级的会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑；特大型、大型铁路客站；国际性航空港、通信枢纽；国宾馆、大型旅游建筑、国际港口客运站；国家级重点文物保护的建筑物和构筑物；高度超过100m的建筑物等。二级防雷的民用建筑物，是指重要的或人员密集的大型建筑物。如部、省级办公楼；省级会堂、博展、体育、交通、通信、广播等建筑；大型商店、影剧院；19层以上住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑及省级以上大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物等。三级防雷的民用建筑物，是指年雷击次数大于或等

6、于0.01、或通过调查确认需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物；高度超过15m的烟囱、水塔等孤立的建筑物或构筑物，在雷电活动较弱的地区（年平均雷暴日不超过15）其高度可为20m以上；历史上雷电事故较多地区的建筑物。一、二级民用建筑物应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施，三级民用建筑物应有防直击雷和防雷电波侵人的措施。防直接雷主要采用接闪器系统。防感应雷主要采用将所有设备的金属外壳可靠接地，以消除感应或电磁火花。防雷波侵入多用避雷器。一级民用建筑物的接地电阻Rch5lO；二级民用建筑物的接地电阻Rch10；三级民用建筑物的接地电阻Rch30。工业建筑根据其

7、生产性质、发生雷电事故的可能性和后果，也分为三类。对雷区活动情况，可用当地年平均雷暴日数n、年计算雷击次数N等参数反映。年平均雷暴日数n可根据当地气象台、站的资料确定。我国雷电活动从强到弱的分布规律为华南、西南、长江流域、华北、东北、西北。海南澄迈的雷电日达133.4个，而青海省的格松仅0.3个雷电日。我国规定雷电日小于15个算少雷区，超过40个算多雷区。年计算雷击次数N可用下式计算：N0.015 nk（l5h）（b5h）10-6 （151）式中 l、b、h建筑物的长、宽、高，m；k校正系数，一般情况取1，在下列情况下取1.52.0，即：位于旷野孤立建筑物或金属屋面的砖木结构建筑物；位于河边、

8、湖边、山坡下或山地及特别潮湿的建筑物；建筑群中高于25m、旷野中高于20m的建筑物；n年平均(pngjn)雷暴日数。建筑物遭雷击选择性的因素首先是地质条件，土壤电阻率小处易遭雷击。在山坡与稻田交界处、岩石与土壤交界处，多在稻田与土壤中产生雷击。地下水面积大和地下金属管道多的地点易遭雷击。其次是地形和地物条件，建筑群中的高耸建筑和空旷地区的孤立建筑易遭雷击。山口(shnku)或风口等雷暴走廊处、铁路枢纽和架空线路转角处易遭雷击；第三是建筑物的构造及其附属构仵条件，建筑物本身所能积蓄的电荷越多，越容易接闪雷电。建筑构件（梁、板、柱、基础等）内的钢筋、金属屋顶、电梯间、水箱间、楼顶突出部位（天线、旗

9、杆、烟道、通气管等）均容易接闪雷电；第四是建筑物内外设备的条件，金属管道设备越多，越易遭雷击。三、接闪器接闪器系统由接闪器、引下线和接地体三部分组成。建筑防雷采用的接闪器有避雷针、避雷带和避雷网三种形式，见图15l。接闪器是在建筑物顶部人为设立的最突出的金属导体。在天空雷云的感应下，接闪器处形成的电场强度最大所以最容易与雷云间形成导电通路，使巨大的雷电(lidin)流由接闪器，经引下线、接地装置疏导于大地之中，从而保护了建筑物及其中人身和设备的安全。因此，接闪就是引雷的作用，而并非避雷作用。1避雷针避雷针是使被保护的建、构筑物及其突出屋面部位均应处于该避雷针保护范围之内，一般采用镀锌圆钢或焊接

10、钢管做成。当针长1m以下，为圆钢直径取12mm，钢管直径取20mm；当针长12m，为圆钢直径取16mm、钢管直径25mm：烟囱顶上的针采用20mm的圆钢，若采用钢管，壁厚不得小于3mm。避雷针针顶端形状可做成尖形、圆形或扁形；应考虑防腐。避雷针设于屋顶高耸部位或弧立的高大建、构筑物上。对于砖木结构的房屋，可把避雷针立于山墙顶部或屋脊上。可利用木杆或大树作支撑物，但针尖应高出支撑物30cm以上。避雷针的保护范围应经计算确定。单支避雷针的保护范围，如图15-2所示，在地面上的保护半径r为：r=1.5h （152）式中 h避雷针的高度（由地面算起），m。避雷针在被保护物高度hx（m）水平面上的保护半

11、径rx（m）可按下式计算：当hxh/2时，rx（h-hx）phap 当hxh/2时，rx（1.5h-2hx）p （152a）式中 hx避雷针的有效高度，m；p高度影响系数，当h30m时，取p1；当30h120m时，取p=5.5/h装设两支等高避雷针的保护范围，如图153，其两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。即两针之间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点o的圆弧确定。圆弧半径为R。o点为假想避雷针的顶点，其高度可按下式计算：h。=h-D/(7p) （153）式中 h。两针保护范围(fnwi)内上部边比最低点的高度，m；D两避雷针间的距离(jl)，m。两针间在hx水平面

12、上(min shn)保护范围的一侧最小宽度可按下式计算：bx 1.5（h。-hx） （154）式中 bx保护范围的一侧最小宽度，m。当D7hp时，取bx0。求出bx后，就可按图153计算并绘出两针之间的保护范围。两针之间距与针高之比D/h不宜大于5。当装设三支等高避雷针时，保护范围如图154所示；当装设四支等高避雷针时，保护范围如图155所示。装设两支不等高避雷针的保护范围见图156。2避雷网和避雷带在屋顶各部位受雷击的几率并不一样，避雷带是对建筑物雷击机率高的部位进行 重点保护的一种接闪装置。避雷网适用于屋顶面积较大、坡度不大、又没有高耸的突出部分的高层建筑的屋面保护。避雷带和避雷网分为明装

13、和暗装两种。明装时采用直径8mm的圆钢或截面12mm4mm的扁钢。为避免接闪部位的振动力，宜将带（网）从屋面支起lO20cm，支撑点间距取11.5m，暗装时可利用建筑构件内不小于3mm的钢筋，所用的钢筋应焊成一体。四、引下线接闪系统的引下线又称引流器，其作用是将接闪器承受的雷电流顺利引到接地装置。有明装和暗装两种。明装引下线一般采用直径不小于8mm的圆钢或截面不小于12mm4mm的扁钢（厚度不小于3mm）。在易受腐蚀部位，截面应适当加大。每幢建筑物至少应有两根引下线。对一级、二级防雷建筑物引下线间距应为1224m，对二级建筑物应为3040m。引下线应沿建筑物外墙敷设，距墙面15mm，支持卡间距

14、保持1.52m。断接卡子距地面2m。从地下0.3m到地上1.7m的一段引下线应采用非金属管（槽）保护，以防接触。引下线的敷设应尽量短而直。若必须弯曲时，弯角应大于90，敷设时应保持一定的松紧度。可利用建筑物的金属构件，如消防梯、铁扒梯等作为引下线，但应注意将各部件连成可靠的电气通路。在易受腐蚀部位，截面还应适当加大。暗装引下线时可利用钢筋混凝土柱中的主筋作为引下线。最少要利用四根柱子，每根柱子中至少有两根直径不小于16mm的主筋从上到下焊成一体。引下线应和墙内的其他金属部件保持一定的距离。因柱内钢筋不便断开，故采取由建筑物四角部位的主筋焊接引出接线端子，以测量总接地电阻。暗装时引下线的截面一般

15、应比明装时加大一级。五、接地体接闪系统的接地体是用于将雷电流或雷电感应电流迅速疏散到大地中去的导电系统。防雷接地体有：防直接雷接地，消除在引下线引流过程中对周围大型金属物体产生出感应电势的防感应雷接地，防高电位沿架空线侵人的放电间隙或避雷器接地等。采用(ciyng)40mm4mm的扁钢，围绕全楼最外圈做封闭式周围接地体。每条引下线均需与接地体焊接成一体。接地体应距建筑物2m以外，埋入地下11.5m以下。防雷装置(zhungzh)应与电气设备的工作接地和保护接地焊成一体，成为一个总的接地网。第三节 接 地一、接地(jid)类型从电源到电气装置内，电气设备的整个供电系统有两种接地：工作接地是指电源

16、的接地；保护接地是指电气装置的接地。（一）工作接地 工作接地是将作为电源的配电变压器、发电机的一点接地，该点通常为电源星形绕组的中性点。工作接地可以保证供电系统的正常工作，如：当电气线路因雷电而感应瞬态过电压时，工作接地能够泄放雷电流，抑制过电压保证线路正常工作；另外，当线路一相发生接地事故时，可以将另外两相的对地电压限制在250V以下，以保证系统工作正常。工作接地还为线路提供故障电流通路：当电气装置绝缘损坏外露导电部分带故障电压时，在电源一点的工作接地可以为此故障电流提供通路。（二）保护接地保护接地包括保护接地和接零，保护接地是用于防止供配电系统中由于绝缘损坏使电气设备金属外壳带电，防止电压

17、危及人身安全所设置的接地，如图157所示。保护接地可应用于变压器中性点不接地的供配电系统，即小型接地电流系统中，由于不接地时用电有危险。若电气设备绝缘良好，外壳不带电，人触及外壳无危险。若绝缘损坏，外壳带电，此时人若触及外壳，则人将通过另外两相对地的漏阻抗形成回路，造成触电事故，如图157（a）所示。若进行了保护接地时则可使用电安全。这是因为人若触及带电的外壳，人体电阻R人和接地地阻R地相互并联，再通过另外两相对地的漏阻抗形成回路。即R地4比R人小得多，将分流绝大部分电流，故通过人体的电流非常小，通常小于安全电流0.01A，从而保证了安全用电，如图157（b）所示。电力设备金属外壳等与零线连接

18、，称为保护接零，如图15-8所示。保护接零适用于变压器中性点接地（大接地电流）的供配电系统。这是因为在变压器中性点接地的三相四线制配电系统中，相电压一般为220V。若电气设备绝缘损坏，外壳带电时，则绝缘损坏的一相，经过设备外壳和两个接地装置，与零线构成导电回路。两接地装置的接地电阻均为4，回路中导线的电阻忽略不计，则回路中电流约为I地220/(4+4)27.5A，这么大的电流通常不能将熔断器的熔体熔断，从而使设备外壳形成一个对地的电压，其值为UI地R地27.54l10V，此时，人若触及设备外壳，必将造成触电伤害，如图158（a）所示。若进行保护接零时则用电安全。这是由于绝缘破坏使设备外壳带电，

19、绝缘破坏的一相将通过设备外壳、接零导线与零线间发生短路，如图158（b）所示。短路电流数值很大，使短路一相的熔断器迅速熔断，将带电的外壳从电源上切除，从而可靠地保证了人身安全。（三）重复(chngf)接地与变压器接地的中性点相连的中性线称为零线，将零线上的一点或多点与大地再次作电气连接称重复接地，如图159所示。重复接地即同时采用保护接地和保护接零，除作为工作接地的一种措施，可维持三相四线制供配电系统中三相电压平衡外，还可起到如下作用：如图159所示，若不采用重复接地，则用电危险。这是因为仅采用保护接地的设备因绝缘损坏，外壳带电时，故障相通过两组接地装置而长期流过275A的电流（不能使熔断器的

20、熔丝熔断），一方面使零线的电压也升高(shn o)约1 1 O V的危险电压，另一方面使零线的电压也升高约l10V，使系统内所有接零设备的外壳上，都带上了危险的电压，对人身造成更大范围的危险，故绝不允许采用这种接法。如果采用重复接地，则用电安全。即将采用保护接地的设备外壳再与系统的零线连接起来，这时，接地设备的接地装置上系统的零线接通，形成为系统的重复接地，一方面可维持系统的三相电压平衡，另一方面当任一相绝缘损坏使外壳带电时，都将造成绝缘相与零线间的短路，如前所述，故障相的熔断器迅速熔断，将带电的设备立即从电源上切除(qich)，同时也保证了系统中其他设备的用电安全。（四）过电压保护接地用于防雷或其他原因造成过电压危害而设置的接地。（五）其他接地防静电接地、屏蔽接地等。二、接地体（1）自然接地体：利用地下的具有其他功能的金属物体作为防雷接地装置，如直埋铠装电缆金属外皮、直埋金属管（如水管等），但不可采用易燃易爆物输送管、钢筋混凝土电杆等。自然接地体无需另增设备