建筑供配电与照明

课题9防雷与接地9.1过电压与防雷9.2接地9.1过电压与防雷

过电压（overvoltage）是指电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压的现象。按照过电压产生的原因不同，可分为外部过电压和内部过电压两大类。1.内部过电压电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压称为内部过电压，又分为暂态过电压、操作过电压和谐振过电压三种。9.1.1过电压

暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障而使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。常见的有：①空载长线电容效应（费兰梯效应）。在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高。②不对称短路接地。三相输电线路a相发生短路接地故障时，b、c相上的电压会升高。③甩负荷过电压。输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。

操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压，常见的有空载线路合闸和重合闸过电压、切除空载线路过电压、切断空载变压器过电压和弧光接地过电压。

谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的瞬间高电压。一般按起因分为线性谐振过电压、铁磁谐振过电压和参量谐振过电压。内部过电压的幅值一般不超过电网额定电压的3～3.5倍，对供电系统的危害较小。这是因为它比大气过电压小得多，且电气设备和线路在设计时的绝缘强度留有一定的裕量。2.外部过电压

外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，是由大气中的雷云对地面放电而引起的，主要有直击雷过电压和感应雷过电压两种。雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。1.雷电的形成雷电的形成过程可分为气流上升、电荷分离和放电三个阶段。在雷雨季节，地面上的水分受热变成蒸汽上升，与冷空气相遇之后凝成水滴，形成积云。云中水滴受强气流摩擦产生电荷，小水滴容易被气流带走，形成带负电的云；较大水滴形成带正电的云。由于静电感应，大地表面与云层之间、云层与云层之间会感应出异性电荷，当电场强度达到一定值时，即发生雷云与大地或雷云与雷云之间的放电。典型的雷击发展过程如图9.1所示。9.1.2雷与防雷设备9.1.2.1雷电基本知识据测试，对地放电的雷云大多带负电荷。随着雷云中负电荷的积累，其电场强度逐渐增加，当达到25～30kV/cm时，使附近的空气绝缘破坏，便产生雷云放电。2.雷电的特点及作用形式（1）雷电的特点雷电流是一种冲击波，雷电流幅值Im的变化范围很大，一般为数十至数千安培。雷电流幅值一般在第一次闪击时出现，也称主放电。典型的雷电流波形如图9.2所示。雷电流一般在1～4μs内增长到幅值Im，雷电流在幅值以前的一段波形称为波头；从幅值起到雷电流衰减至Im/2的一段波形称为波尾。雷电流是一个幅值很大、陡度很高的电流，具有很强的冲击性，其破坏性极大。（2）雷击的选择性建筑物遭受雷击的部分是有一定规律的，建筑物易遭受雷击的部位如下:①平屋面或坡度不大于1/10的屋面——檐角、女儿墙、屋檐，如图9.3（a）、（b）所示。②坡度大于1/10且小于1/2的屋面——屋角、屋脊、檐角、屋檐，如图9.3（c）所示。③坡度不小于1/2的屋面——屋角、屋脊、檐角，如图9.3（d）所示。（3）雷电击的的基本形式①直击雷雷当天空空中的雷云云飘近地面面时，就在在附近地面面特别是凸凸出的树木木或建筑物物上感应出出异性电荷荷。电场强强度达到一一定值时，，雷云就会会通过这些些物体与大大地之间放放电，发生生雷击。这这种直接击击在建筑物物或其他物物体上的雷雷电叫直击击雷。直击击雷使被击击物体产生生很高的电电位，引起起过电压和和过电流，，不仅会击击毙人畜、、烧毁或劈劈倒树木、、破坏建筑筑物，而且且还会引起起火灾和爆爆炸。②感应雷雷当建筑筑上空有雷雷云时，在在建筑物上上便会感应应出相反电电荷。在雷雷云放电后后，云与大大地电场消消失了，但但聚集在屋屋顶上的电电荷不能立立即释放，，此时屋顶顶对地面便便有相当高高的感应电电压，造成成屋内电线线、金属管管道和大型型金属设备备放电，引引起建筑物物内的易爆爆危险品爆爆炸或易燃燃物品燃烧烧。这里的的感应电荷荷主要是由由于雷电流流的强大电电场和磁场场变化产生生的静电感感应和电磁磁感应造成成的，所以以称为感应应雷或感应应过电压。。③雷电波波侵入当当输电线路路或金属管管路遭受直直接雷击或或发生感应应雷，雷电电波便沿着着这些线路路侵入室内内，造成人人员、电气气设备和建建筑物的伤伤害和破坏坏。雷电波波侵入造成成的事故在在雷害事故故中占相当当大的比重重，需引起起足够重视视。④球形雷雷球形雷雷的形成研研究还没有有完整的理理论，通常常认为它是是一个温度度极高的特特别明亮的的眩目发光光球体，直直径为10～20cm或更大。球球形雷通常常在电闪后后发生，以以每秒几米米的速度在在空气中漂漂行，它能能从烟囱、、门、窗或或孔洞进入入建筑物内内部造成破破坏。3.雷暴日雷电的大小小、多少与与气象条件件有关，评评价某地区区雷电的活活动频繁程程度一般以以雷暴日为为单位。在在一天内只只要听到雷雷声或者看看到雷闪就就算一个雷雷暴日。由由当地气象象台站统计计的多年雷雷暴日的年年平均值称称为年平均均雷暴日数数。年平均均雷暴日不不超过15天的地区区称为少少雷区，，超过40天的地区区称为多多雷区。。4.雷电的危危害雷电的形形成伴随随着巨大大的电流流和极高高的电压压，在它它的放电电过程中中会产生生极大的的破坏力力。雷电电的危害害主要是是以下几几方面：：(1)雷电的热热效应雷雷电产产生强大大的热能能使金属属熔化，，烧断输输电导线线，摧毁毁用电设设备，甚甚至引起起火灾和和爆炸。。(2)雷电的机机械效应应雷电电产生强强大的电电动力可可以击毁毁电杆，，破坏建建筑物，，人畜亦亦不能幸幸免。(3)雷电的闪闪络放电电雷电电产生的的高电压压会引起起绝缘子子烧坏，，断路器器跳闸，，导致供供电线路路停电。。图9.1雷云对地地放电示示意图图9.2雷电流波波形图9.3建筑物易易受雷击击的部位位防雷装置置由接闪闪器、接接地引下下线和接接地体三三部分组组成。1.避雷针避雷针属属于接闪闪器，它它是用镀镀锌圆钢钢或焊接接钢管制制成，头头部呈尖尖形，为为保证足足够的雷雷电流流流通量，，其直径径应不小小于表9.1（见P276）给出的数值值。避雷针的的下端经引下下线与接地装装置焊接，形形成可靠连接接。避雷针通通常安装在构构架、支柱或或建筑物上。。9.1.2.2防雷装置由于避雷针安安装高度高于于被保护物，，又与大地相相连，因此，，当雷电先导导临近地面时时，避雷针能能使雷电场发发生畸变，改改变雷电先导导的通道方向向，将之引向向避雷针的本本体。一旦雷雷电经避雷针针放电，强大大的雷电流就就经避雷针、、引下线泄放放至大地而避避免了被保护护物遭受雷击击。从这一意意义上说，避避雷针实质上上是“引雷针针”，而不是是“避雷针””。在避雷针针下方有有一个安安全区域域，处在在这个安安全区域域内的被被保护物物遭受直直接雷击击的概率率非常小小，该区区域就称称为避雷雷针的保保护范围围。避雷雷针的保保护范围围以往常常用“折折线法””计算，，目前根根据《建筑物防防雷设计计规范》（GB50057—94）采用““滚球法法”来计计算。滚球法确确定防护护范围的的步骤为为：选择一个个半径为为hr（滚球半半径）的的球体，，沿需防防护直击击雷的部部分滚动动。当球球体触及及接闪器器或者同同时触及及接闪器器和地面面，而不不能触及及接闪器器下方部部位时，，则该部部位就在在这个接接闪器的的保护范范围之内内。滚球球半径hr是按不同同建筑物物的防雷雷类别确确定的，，见表9.2（见P277）。避雷针保保护的范范围见图9.4，具体计计算步骤骤如下：：（1）当避雷针针高度h小于或等等于滚球球半径hr时①距距地面hr处作一平平行于地地面的平平行线。。②以以避雷针针针尖为为圆心，，以hr为半径，，作弧线线交平行行线于A、B两点。③分分别以A、B为圆心，，hr为半径作作弧线，，该两条条弧线上上与避雷雷针尖相相交，下下与地面面相切，，再将此此两条弧弧线以避避雷针为为轴旋转转180°°，形成的的圆弧曲曲面体空空间就是是避雷针针的保护护范围。。④避避雷针在在hx高度x—x′′平面上的的保护半半径rx按下式确确定：（2）当避雷针针高度h大于滚球球半径hr时，取h=hr，再按第第（1）条方法法计算。。【例9.1】】某厂有一一座第二二类防雷雷建筑物物，高10m，其屋顶顶最远一一角距离离高50m的烟囱为为15m远，烟囱囱上装有有一根2.5m高的避雷雷针。试试用“滚滚球法””验算此此避雷针针能否保保护这座座建筑物物。【解】已知h=50+2.5=52.5m，hx=10m，滚球半半径hr=45m（第二类类防雷建建筑物）），所以以在rx水平面上避雷雷针的保护半半径为能保护该建筑筑物。2.避雷线避雷线的原理理及作用与避避雷针基本相相同，它主要要用于保护架架空线路，因因此又称为架架空地线。避避雷线的材料料为35mm2的镀锌钢线，，分单根和双双根两种，双双根的保护范范围大一些。。避雷线一般般架设在架空空线路导线的的上方，用引引下线与接地地装置连接，，以保护架空空线路免受直直接雷击。单单根避雷线的的保护范围按按下列方法确确定，如图9.5所示。（1）距地面hr处作一平行于于地面的平行行线。（2）以避雷线为圆圆心、hr为半径，作弧弧线交于平行行线的A、B两点。（3）分别以A、B为圆心，hr为半径作弧线线，该两弧线线相交或相切切并与地面相相切，从该弧弧线起到地面面止就是保护护范围。（4）当避雷线的高高度满足hr<h<2hr时，保护范围围最高点的高高度h0为h0=2hr-h（5）避雷雷线线在在hx高度度x——x′′平面面上上的的保保护护宽宽度度bx为（6）当避避雷雷线线的的高高度度h≥≥2hr时，，无无保保护护范范围围。。3.避雷雷网网和和避避雷雷带带避雷雷网网和和避避雷雷带带普普遍遍用用来来保保护护高高层层建建筑筑物物免免遭遭直直击击雷雷和和感感应应雷雷的的侵侵害害。。避避雷雷带带采采用用直直径径不不小小于于8mm的圆圆钢钢或或截截面面不不小小于于48mm2、厚厚度度不不小小于于4mm的扁扁钢钢，，沿沿屋屋顶顶周周围围装装设设，，高高出出屋屋面面100～159mm，支支持持卡卡间间距距为为1～1.5m。避雷雷网则则除了了沿屋屋顶周周围装装设外外，屋屋顶上上面还还用圆圆钢或或扁钢钢纵横横连接接成网网状。。避雷雷带、、避雷雷网必必须经经1～2根引下下线与与接地地装置置可靠靠地连连接。。4.避雷器器由前所所述，，当雷雷电所所产生生的感感应过过电压压沿架架空线线路侵侵入变变配电电所或或其他他建筑筑物内内时，，将发发生闪闪络，，甚至至将电电气设设备的的绝缘缘击穿穿。因因此，，假如如在电电气设设备的的电源源进线线端并并联一一种保保护设设备，，如图9.6所示，令其其放电电电压压低于于被保保护设设备的的绝缘缘耐压压值，，当过过电压压来临临时，，该保保护设设备立立即对对地放放电，，从而而使被被保护护设备备免受受雷击击。常常用避避雷器器的形形式有有阀式式、管管式、、保护护间隙隙和金金属氧氧化物物等。。（1）阀式避避雷器阀式避雷器器主要分为为普通阀式式避雷器和和磁吹阀式式避雷器两两大类。普普通阀式避避雷器有FS和FZ两种系列；；磁吹阀式式避雷器有有FCD和FCZ两种系列。。阀式避雷雷器型号中中的符号含含义如下：：F—阀式避雷器器；S—配（变）电电作用；Z—电站用；Y—线路用；D—旋转电机用用；C—具有磁吹放放电间隙。。阀式避雷器器主要由平平板火花间间隙与碳化化硅电阻片片（阀片））串联而成成，装在密密封的瓷管管内，外壳壳有接线螺螺栓供安装装用。避雷雷器中的碳碳化硅电阻阻具有非线线性特性,在正常电压压时其阻值值很大,过电压时其其阻值随之之变小。阀式避雷器器在正常的的工频电压压作用下火火花间隙不不被击穿，，但在雷电电波过电压压下，避雷雷器的火花花间隙被击击穿；碳化化硅电阻的的阻值随之之变得很小小，雷电波波巨大的雷雷电流顺利利地通过电电阻流入大大地中，电电阻阀片对对尾随雷电电流而来的的工频电压压呈现了很很大的电阻阻，从而工工频电流被被火花间隙隙阻断，线线路恢复正正常运行。。由此可见见，电阻阀阀片和火花花间隙的密密切配合使使避雷器很很像一个阀阀门，对于于雷电流““阀门”打打开，对于于工频电流流“阀门””则关闭，，故称之为为阀式避雷雷器。FS系列阀式避避雷器的结结构如图9.7（a）所示，此系列避避雷器阀片片直径较小小，通流容容量较低，，一般用于于保护变配配电设备和和线路。FZ系列阀式避避雷器的结结构如图9.7（b）所示，此系列避避雷器阀片片直径较大大，且火花花间隙并联联了具有非非线性的碳碳化硅电阻阻，通流容容量较大，，一般用于于保护35kV及以上大、、中型工厂厂中总降压压变电所的的电气设备备。磁吹阀式避避雷器（FCD型）的内部部附有磁吹吹装置来加加速火花间间隙中电弧弧的熄灭，，专门用来来保护重要要的或绝缘缘较为薄弱弱的设备，，如高压电电动机等。。（2）保护间间隙和管式式避雷器保护间隙是是最简单的的防雷设备备，其原理理结构如图9.8所示。保护间间隙一般用用镀锌圆钢钢制成，由由主间隙和和辅助间隙隙两部分组组成。主间间隙做成角角形的，水水平安装，，以便灭弧弧。为了防防止主间隙隙被外来的的物体短路路而引起误误动作，在在主间隙的的下方串联联有辅助间间隙。因为为保护间隙隙灭弧能力力弱，一般般要求与自自动重合闸闸装置配合合使用，以以提高供电电的可靠性性。管式避雷器器的基本元元件是安装装在产气管管内的火花花间隙，间间隙由棒型型和环型电电极构成，，如图9.9所示。管式避雷雷器由灭弧弧管内间隙隙和外间隙隙组成。灭灭弧管一般般用纤维胶胶木等能在在高温下产产生气体的的材料制成成。当雷电电波过电压压来临时，，管式避雷雷器的内、、外间隙被被击穿，雷雷电流通过过接地线泄泄入大地。。接踵而来来的工频电电流产生强强烈的电弧弧，电弧燃燃烧管壁并并产生大量量气体从管管口喷出，，很快地吹吹灭电弧。。同时外部部间隙恢复复绝缘，使使灭弧管或或避雷器与与系统隔开开，系统恢恢复正常运运行。因管式避避雷器是是靠工频频电流产产生气体体而灭弧弧的，如如果开断断的短路路电流过过大，产产气过多多超出灭灭弧管的的机械强强度时，，会使其其开裂或或爆炸，，因此管管式避雷雷器通常常用于户户外。（3）金属属氧化物物避雷器器金属氧化化物避雷雷器（亦亦称压敏敏避雷器器）是20世纪70年代开始始出现的的一种新新型避雷雷器。与与传统的的碳化硅硅阀式避避雷器相相比，金金属氧化化物避雷雷器没有有火花间间隙，且且用氧化化锌（ZnO）代替碳碳化硅（（SiC），在结结构上采采用压敏敏电阻制制成的阀阀片叠装装而成，，该阀片片具有优优异的非非线性伏伏安特性性：工频频电压下下，它呈呈现极大大的电阻阻，有效效地抑制制工频电电流；而而在雷电电波过电电压下，，它又呈呈现极小小的电阻阻，能很很好地泄泄放雷电电流。金属氧化化物避雷雷器具有有保护特特性好、、通流能能力强、、残压低低、体积积小、安安装方便便等优点点。目前前金属氧氧化物避避雷器已已广泛地地用于高高、低压压电气设设备的保保护。5.引下线引下线是是连接防防雷装置置与接地地装置的的一段导导线，其其作用是是将雷电电流引入入接地装装置。一一般可用用圆钢或或扁钢制制成。圆圆钢直径径不小于于8mm；扁钢截截面积不不小于48mm2，厚度不不小于4mm。引下线可可以明装装，也可可以暗装装。明装装时，必必须沿建建筑物的的外墙敷敷设。引引下线应应在地面面上1.7m和地面下下0.3m的一段线线上用钢钢管或塑塑料管加加以保护护；在1.8m处设断接接卡。暗暗装时，，可以利用建筑筑物本身的的金属结结构，如如钢筋混混凝土柱柱子的主主筋作为为引下线线，但暗暗装的引引下线应应比明装装时增大大一个规规格，每每根柱子子内要焊焊接两根根主筋，，各构件件之间必必须连成成电气通通路。屋屋内接地地干线与与防感应应雷接地地装置的的连接不不应少于于2处。6.接地装置置将雷电流流通过引引下线引引入大地地的散流流装置称称为接地地装置。。接地装装置由接接地体和和接地线线组成。。接地线线是连接接引下线线和接地地体的导导线，一一般用直直径为10mm的圆钢组组成。接接地体包包含人工工接地体体和自然然接地体体（埋入入建筑物物的钢结结构和钢钢筋；行行车的钢钢轨；埋埋地的金金属管道道、水管管，但可可燃液体体和可燃燃气体管管道除外外；敷设设于地面面下而数数量不少少于2根的电缆缆金属外外皮等））。在装装设接地地装置时，首先先应充分分利用自自然接地地体，以以节约投投资。当当实地测测量所利利用的自自然接地地体电阻阻不能满满足规范范要求时时才考虑虑添加装装设人工工接地体体作为补补充。人工接地地体可用用圆钢、、扁钢、、角钢或或钢管等等组成，，其最小小尺寸不不小于下下列数值值：圆钢钢直径为为10mm；扁扁钢钢截截面面为为100mm2，厚厚度度为为4mm；角角钢钢厚厚度度为为4mm；钢钢管管管管壁壁厚厚度度为为3.5mm。人工工接接地地体体有有垂垂直直埋埋设设和和水水平平埋埋设设两两种种基基本本结结构构，，如图图9.10所示示。垂垂直直埋埋设设时时，，为为了了减减小小相相邻邻接接地地体体的的屏屏蔽蔽效效应应，，各各接接地地体体之之间间的的距距离离一一般般为为5m。图9.4单根根避避雷雷针针的的防防护护范范围围图9.5单根根架架空空避避雷雷线线的的保保护护范范围围(a)当h小于于2hr但大大于于hr时；；（（b）当当h小于于或或等等于于hr时图9.6避雷雷器器的的连连接接图9.7阀式式避避雷雷器器的的结结构构(a)FS-10阀式式避避雷雷器器；；(b)FZ-10阀式式避避雷雷器器图9.8保护护间间隙隙图9.9管式式避避雷雷器器图9.10人工工接接地地体体（1）架架设设避避雷雷线线运行行经经验验表表明明，，架架设设避避雷雷线线是是防防雷雷的的有有效效措措施施。。但但是是它它的的造造价价高高，，所所以以只只在在63kV以上上的的架架空空线线路路上上才才沿沿全全线线装装设设，，35kV的架架空空线线路路上上只只在在进进、、出出变变电电所所的的一一段段线线路路上上装装设设，，而而10kV及以以下下线线路路上上一一般般不不装装避避雷雷线线。。（2）提高高线路本本身的绝绝缘水平平在架空线线路上可可采用木木横担、、瓷横担担，或采采用高一一级的绝绝缘子，，以提高高线路的的防雷水水平，这这是10kV及以下架架空线路路防雷的的基本措措施。9.1.3架空线路路的防雷雷保护（3）利用用三角形形排列的的顶线兼兼作保护护线由于3～10kV线路通常常是中性性点不接接地的系系统，因因此可在在三角形形排列的的顶线绝绝缘子上上装设保保护间隙隙。在雷雷击时顶顶线承受受雷击，，击穿保保护间隙隙，对地地泄放雷雷电流，，从而保保护了下下面两根根导线，，也不会会引起线线路断路路器跳闸闸。（4）装装设自自动重重合闸闸装置置线路上上因雷雷击放放电而而产生生的短短路是是由电电弧引引起的的。断断路器器跳闸闸后，，电弧弧即自自动熄熄灭。。如果果采用用一次次自动动ARD装置，，使开开关经经0.5s或更长长时间间自动动重合合闸，，电弧弧通常常不会会复燃燃，从从而能能恢复复供电电，对对一般般用户户不会会有什什么影影响。。（5）个个别绝绝缘薄薄弱点点装设设避雷雷器对架空空线路路上个个别绝绝缘薄薄弱点点，如如跨越越杆、、转角角杆、、分支支杆、、带拉拉线杆杆、木木杆线线路中中个别别金属属杆或或个别别横担担电杆杆等处处，可可装设设排气气式避避雷器器或保保护间间隙。。工厂变变配电电所的的防雷雷保护护主要要有两两个重重要方方面:一是要要防止止变配配电所所建筑筑物和和户外外配电电装置置遭受受直击击雷；；二是是防止止过电电压雷雷电波波沿进进线侵侵入变变配电电所，，危及及变配配电所所电气气设备备的安安全。。变配配电所所的防防雷保保护常采用以下措措施:（1）防直击雷雷一般采用装设设避雷针（线线）来防直击击雷。如果变变配电所位于于附近的高大大建（构）筑筑物上的避雷雷针保护范围围内，或者变变配电所本身身是在室内的的，则不必考考虑直击雷的的防护。9.1.5变电所（配电电所）防雷保保护（2）雷电波的的侵入对35kV进线，一般采采用在沿进线线500～600m的这一段距离离安装避雷线线并可靠地接接地，同时在在进线上安装装避雷器即可可满足要求。。对6～10kV进线可以不装装避雷线，只只要在线路上上装设FZ型或FS型阀式避雷器器即可，如图9.11所示。图9.11中接在母线上的的避雷器主要要是保护变压压器不受雷电电波危害，在在安装时应尽尽量靠近变压压器，其接地地线应与变压压器低压侧接接地的中性点点及金属外壳壳一起接地，，如图9.12所示。（3）高压电动动机的防雷保保护高压电动机的的绕组由于制制造条件的限限制，其绝缘缘水平比变压压器低，它不不能像变压器器线圈那样可可以浸在油里里，而只能靠靠固体介质来来绝缘。电动动机绕组长期期在空气中运运行，容易受受潮、受粉尘尘污染、受酸酸碱气体的侵侵蚀。另外，，长时间的发发热，绕组中中的固体介质质容易老化，，所以电动机机的绝缘只能能达到1.5×2UN。对高压电动机机一般采用如如下的防雷措措施：对定子子绕组的中性性点能引出的的大功率高压压电动机，在在中性点加装装相电压磁吹吹阀式避雷器器（FCD型）或金属氧氧化物避雷器器；对中性点点不能引出的的电动机，目目前普遍采用用FCD磁吹阀式避雷雷器与电容器器C并联的方法来来保护，如图9.13所示，该电容器的的容量可选1.5～2μF，电容器的耐耐压值可按被被保护电动机机的额定电压压选用，电容容器接成星形形，并将其中中性点直接接接地。图9.116～10kV防雷电波侵入入接线示意图图图9.12变压器防雷保保护图9.13高压电动机防防雷保护的接接线示意图1.第一类建筑物物凡存放爆炸性性物品，或在在正常情况下下能形成爆炸炸性混合物，，因电火花而而爆炸的建筑筑物，称为第第一类建筑物物。这类建筑筑物装设独立立避雷针（或或消雷器）防防止直击雷。。为防感应过过电压和雷电电波侵入，对对非金属屋面面应敷设避雷雷网并可靠接接地。室内的的一切金属设设备和管道均均应良好接地地，电源进线线处也应装设设避雷器并可可靠接地。9.1.5建筑物的防雷雷9.1.5.1建筑物防雷的的分类2.第二类建筑物物条件同第一类类，但电火花花不易引起爆爆炸或不至于于造成巨大破破坏和人身伤伤亡；预计雷雷击次数大于于0.06次/a的部、省级级办公建筑筑及其他重重要或人员员密集的公公共建筑；；预计雷击击次数大于于0.3次/a的住宅、办办公楼等一一般民用建建筑。这类建筑物物的防雷措措施基本与与第一类相相同，即要要有防直击击雷、感应应雷和雷电电波侵入的的保护措施施。3.第三类建筑筑物（1）省级重点文文物保护的的建筑物及及省级档案案馆。（2）预计雷击次次数大于或或等于0.012次/a，且小于或或等于0.06次/a的部、省级级办公建筑筑及其他重重要或人员员密集的公公共建筑。。（3）预计雷击次次数大于或或等于0.06次/a，且小于或或等于0.3次/a的住宅、办办公楼等一一般民用建建筑。（4）预计雷击次次数大于或或等于0.06次/a的一般工业业建筑。（5）在平均雷暴暴日大于15d/a的地区，高高度在15m及以上的烟烟囱、水塔塔等孤立的的高耸构筑筑物；在平平均雷暴日日小于或等等于15d/a的地区，高高度在20m及以上的烟烟囱、水塔塔等孤立的的高耸构筑筑物。根据建筑物物防雷设计计规范的要要求，在确确定建筑物物的防雷类类别时，预预计雷击次次数是一个个很重要的的指标。因因此，要根根据实际的的情况，计计算建筑物物的年预计计雷击次数数，确定建建筑物的防防雷类别，，做到：该该高的不能能低，以免免造成不应应该发生的的雷击损失失；该低的的不要高，，没有达到到第三类防防雷类别的的建筑物不不需要进行行防雷设计计，以免造造成建设上上的浪费。。9.1.5.2建筑物年预预计雷击次次数（1）建筑物年预预计雷击次次数应按下下式确定：：N=KNgAe（2）雷击大地的的年平均密密度应按下下式确定：：Ng=0.024T1.3d（3）建筑物等效效面积Ae，应为其实实际平面积积向外扩大大后的面积积。其计算算方法应符符合下列规规定：①当建筑筑物高度H<100m时，其每边边的扩大宽宽度和等效效面积应按按下列公式式计算确定定(图9.14)：D=√H(200-H)Ae=[LW+2(L+W)√H(200-H)+πH(200-H)]×10-6②当建筑筑物高度H≥100m时，其每边边的扩大宽宽度应按等等于建筑物物的高度H计算；建筑筑物的等效效面积应按按下式确定定：Ae=［LW+2H(L+W)+πH2］×10-6③当建筑筑物各部位位的高度不不同时，应应沿建筑物物周边逐点点算出最大大扩大宽度度，其等效效面积Ae应按每点最最大扩大宽宽度外端的的连接线所所包围的面面积计算。。图9.14建筑物的等等效面积【例9.2】某市平均雷雷暴日为40天，市区有有一建筑物物高28m，顶部长50m，宽10m，女儿墙高高1m，在其顶上上安装一支支8m高的避雷针针，不设避避雷网、避避雷带，预预计这座建建筑物每年年可能遭受受的雷击次次数是多少少？能否得得到安全保保护？【解】根据分析，，取校正系系数K=1。雷击大地年年平均密度度为Ng=0.024T1.3d=0.024×401.3=2.903282（次/km2··a）建筑物等等效面积积为Ae=0.023958（km2）建筑物年预预计雷击次次数为N=KNgAe=0.069556（次/a）>0.069.1.6建筑物的防防雷案例根据规范，，该建筑物物属于第三三类防雷建建筑。查表得到第第三类防雷雷建筑的滚滚球半径hr=60m。避雷针的高高度h=28+8=36（m）在高度为28m+1m（女儿墙））位置的保保护半径为为rx=√h(2hr-h)-√hx(2hr-hx)=3.619710(m)而楼顶的长长度是50m，所以该建建筑物不能能得到安全全防护。9.2接地9.2.1人体触电的的类型1.人体触电事事故类型当人体接触触带电体或或人体与带带电体之间间产生闪络络放电，并并有一定电电流通过人人体，导致致人体伤亡亡的现象，，称为触电电。以是否接触触带电体，，可分为直直接触电和和间接触电电。前者是是人体不慎慎接触带电电体或是过过分靠近高高压设备，，后者是人人体触及因因绝缘损坏坏而带电的的设备外壳壳或与之相相连接的金金属构架。。以电流对人人体的伤害害，可分为为电击和电电伤。电击击主要是电电流对人体体内部的生生理作用，，表现为人人体的肌肉肉痉挛、呼呼吸中枢麻麻痹、心室室颤动、呼呼吸停止等等；电伤主主要是电流流对人体外外部的物理理作用，常常见的形式式有电灼伤伤、电烙印印以及皮肤肤中渗入熔熔化的金属属物等。除上述分类类之外，还还有以人体体触电方式式分类、以以伤害程度度分类等。。2.人体触电事事故原因（1）违反安全工工作规程。。如在全部部停电和部部分停电的的电气设备备上工作，，未落实相相应的技术术措施和组组织措施，，导致误触触带电部分分；错误操操作（带负负荷分、合合隔离开关关等）以及及使用工具具及操作方方法不正确确等。（2）运行维护工工作不及时时。如架空空线路断线线导致误触触电；电气气设备绝缘缘破损使带带电体接触触外壳或铁铁芯，从而而导致误触触电；接地地装置的接接地线不合合标准或接接地电阻太太大等导致致误触电。。（3）设备安装不不符合要求求。主要表表现在进行行室内外配配电装置的的安装时不不遵守国家家电力规程程有关规定定，野蛮施施工，偷工工减料，采采用假冒伪伪劣产品等等。3.电流强度对对人体的危危害程度触电时人体体受害的程程度与许多多因素有关关，如通过过人体的电电流强度、、持续时间间、电压高高低、频率率高低、电电流通过人人体的途径径以及人体体的健康状状况等，其其中最主要要的因素是是通过人体体电流强度度的大小。。当通过人人体的电流流越大，人人体的生理理反应越明明显，致命命的危险性性也就越大大。按通过过人体的电电流对人体体的影响，，将电流大致致分为三种种：（1）感觉电电流它是人人体有感觉觉的最小电电流。（2）摆脱电电流人体触触电后能自自主地摆脱脱电源的最最大电流称称为摆脱电电流。（3）致命电电流在较短短的时间内内，危及生生命的最小小电流称为为致命电流流。一般情情况下通过过人体的工工频电流超超过50mA时，心脏就就会停跳，，人就会发发生昏迷，，很快致死死。人体触电时时，若电压压一定，则则通过人体体的电流由由人体的电电阻值决定定。不同类类型、不同同条件下的的人体电阻阻不尽相同同。一般情情况下，人人体电阻可可高达几十十千欧，而而在最恶劣劣的情况下下可能降至至1000ΩΩ，而且人体体电阻会随随着作用于于人体的电电压升高而而急剧下降降。人体触电时能能摆脱的最大大电流称为安安全电流。我我国规定安全全电流为30mA，且通过时间间不超过1s，即30mA·s。按安全电流流值和人体电电阻值，大致致可求出其安安全电压值。。我国规定允允许人体接触触的安全电压压如表9.3（见P286）所示。电气设备的某某金属部分与与大地之间做做良好的电气气连接，称为为接地。1.接地的类型和和接地装置（1）接地的类类型按其功能可分分为工作接地地、保护接地地、雷电保护护接地和防静静电接地四种种方式。9.2.2接地及接地装装置工作接地是为了保证电电气设备在正正常的情况下下可靠的工作作而进行的接接地。各种工工作接地都有有其各自的功功能。如变压压器、发电机机的中性点直直接接地能在在运行中维持持三相系统中中相线对地电电压不变；又又如电压互感感器一次线圈圈中性点接地地是为了测量量一次系统相相对地的电压压源，中性点点经消弧线圈圈接地能防止止系统出现过过电压等。保护接地是将电气设备备的金属外壳壳、配电装置置的构架、线线路的塔杆等等正常情况下下不带电，但但可能因绝缘缘损坏而带电电的所有部分分接地。因为为这种接地的的目的是保护护人身安全，，故称为保护护接地或安全全接地。雷电保护接地地是给防雷保护护装置（避雷雷针、避雷线线、避雷网））向大地泄放放雷电流提供供通道。防静电接地是为了防止静静电引起易燃燃易爆气体或或液体发生火火灾或爆炸，，而对贮气体体或液体管道道、容器等设设置的接地。。此外还有为进进一步确保接接地可靠性而而设置的重复复接地等。图9.15所示为几种常见接接地形式。（2）接地装置置以及散流现现象埋入大地与土土壤直接接触触的金属物体体称为接地体体或接地极。。连接接地体体及设备接地地部分的导线线称为接地线线。接地线又又可分为接地地干线和接地地支线。接地地线与接地体体统称为接地地装置。由若若干接地体在在大地中互相相连接而组成成的总体称为为接地网。当发生接地故故障时，其故故障电流经接接地装置进入入大地是以半半球面形状向向大地散开的的，故称为散散流现象。离离接地体越远远的地方，呈呈半球形的散散流表面积越越大，散流电电阻也就越小小。一般情况况下，离接地地体20m处散流电阻趋趋近于零，该该处的电位也也趋近于零，，通常将电位位为零的点称称为电气上的的“地”。电电气设备接地地部分与“地地”之间的电电位差称为电电气设备接地地部分的对地地电压UE，接地体与““地”之间的的电阻称为接接地体的散流流电阻。2.接地保护在发生触电事事故时，除直直接接触带电电体触电外，，还有接触电电压触电与跨跨步电压触电电两种形式。。（1）接触电压压与跨步电压压电气设备发生生接地故障时时，人站在地地面上，手触触及设备带电电外壳的某一一点，此时手手到脚所站的的地面上的那那一点之间所所呈现的电位位差称为接触触电压Utou。由接触电压压引起的触电电称为接触电电压触电。人人在接地故障障点周围行走走，两脚之间间的电位差称称为跨步电压压Ustep，由跨步电压压引起的触电电称为跨步电电压触电。上上述两种电压压如图9.16所示。（2）接地保护护的形式接地保护是防防止间接触电电的安全措施施，通常有两两种形式：一一种是将设备备外壳通过各各自的接地体体与大地紧密密相接；另一一种是将设备备外壳通过公公共的PE线或PFN线接地。在我我国，前者过过去称为“保保护接地”，，现在属于IT系统；后者过过去称为“保保护接零”，，现属于TN系统。①TN系统TN系统的电源中中性点直接接接地，并引出出N线，属三相四四线制系统，，如图9.17所示。当设备带电部部分与外壳相相连时，短路路电流经外壳壳和N线（或PE线）而形成单单相短路，显显然该短路电电流较大，可可使保护线快快速而可靠地地动作，将故故障部分与电电源断开，消消除触电危险险。其中，中中性线N和保护线PE完全分开的称称为TN-S系统（又称称三相相五线线制））；N线与PE线前段段共用用、后后段分分开的的称为为TN-C-S系统；N线与PE线完全全共用用的称称为TN-C系统统。②TT系统统TT系统统的的电电源源中中性性点点直直接接接接地地，，也也引引出出N线，，属属三三相相四四线线制制系系统统，，而而设设备备的的外外露露可可导导电电部部分分则则经经各各自自的的PE线分分别别接接地地，，其其功功能能可可用用图9.18来说说明明。。如图图9.18（a)所示示，电电气气设设备备没没有有采采用用接接地地保保护护措措施施时时，，一一旦旦电电气气设设备备漏漏电电，，其其漏漏电电电电流流不不足足以以使使熔熔断断器器熔熔断断（（或或过过电电流流保保护护装装置置动动作作）），，设设备备外外壳壳将将存存在在危危险险的的相相电电压压。。若若人人体体误误触触其其外外壳壳时时，，就就会会有有电电流流流流过过人人体体，，其其值值Im为Im=UΦ/(Rm+R0)R0值一般取取4Ω，与Rm相比可以以略去。。若UΦ＝220V，Rm=1000ΩΩ,则流过人人体的电电流Im=0.22A,这个电流流对人体体是危险险的。在TT系统中，，电气设设备采用用接地保保护措施施后［图9.18(b)］，当发发生电气气设备外外壳漏电电时，由由于外壳壳接地故故障电流流Ik通过保护护接地电电阻RE和中性点点接地电电阻回到到变压器器中性点点，其值值为Ik=UΦ/(R0+RE)=220/(4+4)=27.5A，这一电电流通常常能使故故障设备备电路中中的过电电流保护护装置动动作，切切断故障障设备电电源，从从而减少少人体触触电的危危险。因某种原原因，即即使过电电流保护护装置不不动作，，由于人人体电阻阻Rm远大于保保护接地地电阻RE（此时相相当于Rm与RE并联），，因此通通过人体体的电流流Im也很小，，一般小小于安全全电流，，对人体体的危害害也较小小。由上述分分析可知知，TT系统的使使用能减减少人体体触电的的危险，，但是毕毕竟不够够安全,因此,为保障人人身安全全，应根根据国际际IEC标准加装装漏电保保护器（（漏电开开关）。。③IT系统IT系统的电电源中性性点不接接地或经经阻抗（（约1000Ω）接地，，且通常常不引出出N线，而电电气设备备的导电电外壳经经各自的的PE线分别直直接接地地，因此此它又被被称为三三相三线线制系统统。在IT系统中，，当电气气设备发发生单相相接地故故障时，，接地电电流将通通过人体体和电网网与大地地之间的的电容构构成回路路，如图9.19所示。由图可可知，流流过人体体的电流流主要是是电容电电流。一一般情况况下，此此电流是是不大的的，但是是，如果果电网绝绝缘强度度显著下下降，这这个电流流可能达达到危险险程度。。3.重复接地地在中性点点直接接接地的TN系统中，，为确保保公共PE线或PEN线安全可可靠，除除在中性性点进行行工作接接地外，，还必须须在PE线和PEN线的一些些地方进进行多次次接地，，这就是是所谓的的重复接接地。当未进行行重复接接地时，，在PE线或PEN线发生断断线并有有一相与与电气设设备外壳壳相碰时时，接在在断线后后面的所所有电气气设备外外壳上都都存在着着近乎相相电压的的对地电电压，如图9.20（a）所示，这是很很危险的的。如果果实施了了重复接接地，如图9.20（b）所示，断线后后面的PE线对地电电压UE＝IERE。若电源中中性点接接地电阻阻RE与重复接接地电阻阻RE′相等，则则断线后后的PE线（PEN线）对地地电压为为UE′=REUΦ/(RE+RE′)=UΦ/2，危险性性大大下下降。但但是,UΦ/2的电压对对人体而而言仍然然是不安安全的，，而且在在大多数数情况下下RE′均大于RE，也就是说，，人体接触电电压高于UΦ/2,因此，在施工工安装和运行行过程中应尽尽量避免PE线或PEN线的断线故障障。另一个问题同同样值得注意意，即在同一一个保护系统统中，不允许许一部分电气气设备采用TN制，而另一部部分设备采用用TT制。假如在TN系统中，有个个别位置遥远远的电动机为为了节省PEN线而采用直接接接地的措施施（相当于采采用TT制），如图9.21所示，当采用直接接接地的电动动机一旦发生生绝缘损坏而而漏电时，接接地电流通过过大地与变压压器的接地极极形成回路，，使整个PEN线出现了约为为UΦ/2的危险电压。。若人体接触触到采用PEN线保护的带有有UΦ/2电压的用电设设备外壳时，，将会产生严严重后果。图9.15工作接地、保保护接地、重重复接地示意意图图9.16接触电压与跨跨步电压示意意图图9.17TN系统（a）TN-S系统；（b）TN-C-S系统；（c）TN-C系统图9.18TT系统保护接地地功能说明（a）外露可导导电部分未接接地时；（b）外露可导导电部分接地地时图9.18TT系统保护接地地功能说明（a）外露可导导电部分未接接地时；（b）外露可导导电部分接地地时图9.19保护接地的作作用（a）没有保保护接地的的电动机一一相碰壳时时；（b）装有保保护接地的的电动机一一相碰壳时时图9.20重复接地示示意图（a）未重复复接地；（（b）已重复复接地图9.21同一系统中中采用不同同保护措施施的危险性性等电位联结结技术是我我国20世纪纪90年代代出出现现的的新新技技术术。。等等电电位位联联结结，，顾顾名名思思义义是是““使使各各外外露露可可导导电电部部分分和和装装置置外外可可导导电电部部分分电电位位基基本本相相等等的的电电气气连连接接””。。在在具具体体的的实实践践中中，，等等电电位位联联结结就就是是把把建建筑筑物物内内附附近近的的所所有有金金属属物物，，如如建建筑筑物物的的基基础础钢钢筋筋、、自自来来水水管管、、煤煤气气管管及及其其金金属属屏屏蔽蔽层层，，电电力力系系统统的的零零线线、、建建筑筑物物的的接接地地系系统统，，用用电电气气连连接接的的方方法法连连接接起起来来，，使使整整座座建建筑筑物物成成为为一一个个良良好好的的等等电电位位体体。。9.2.3等电位位联结结9.2.3.1概述配置有有信息息系统统的机机房内内的电电气和和电子子设备备的金金属外外壳、、机柜柜、机机架、、计算算机直直流地地、防防静电电接地地、屏屏蔽线线外层层、安安全保保护地地及各各种SPD(浪涌保保护器器等)接地端端均应应以最最短的的距离离就近近与等等电位位网络络可靠靠连接接。等电位位联结结的目目的就就是使使整个个建筑筑物的的正常常非带带电导导体处处于电电气连连通状状态，，防止止设备备与设设备之之间、、系统统与系系统之之间危危险的的电位位差，，确保保设备备和人人员的的安全全。等电位位联结结技术术对用用电安安全、、防雷雷以及及电子子信息息设备备的正正常工工作和和安全全使用用都是是十分分必要要的。。国际际电工工委员员会(IEC标准)把等电电位联联结作作为电电气装装置最最基本本的保保护。。我国国有关关电气气装置置设计计规范范已将将建筑筑物内内做等等电位位联结结规定定为强强制性性的电电气安安全措措施。。2002年建设设部发发布实实行了了新的的《等电位位联结结安装装》标准设设计图图集，，详尽尽介绍绍了设设计、、施工工的具具体方方法和和质量量检验验标准准。（1）总总等电电位联联结(MEB)总等电电位联联结作作用于于全建建筑物物，它它在一一定程程度上上可以以降低低建筑筑物内内间接接接触触电压压和不不同金金属部部件间间的电电位差差，并并消除除自建建筑物物外经经电气气线路路和各各种金金属管管道引引入的的危险险故障障电压压的危危害。。应通通过进进线配配电箱箱近旁旁的总总等电电位联联结端端子板板(接地母母排)将下列列导电电部分分互相相连通通：进进线配配电箱箱的PE(PEN)母排：：公用用设施施的金金属管管道，，如上上、下下水管管及热热力管管、煤煤气管管道；；应包包括建建筑物物金属属结构构：如如果做做T接地，，也包包括其其接地地极引引线。。9.2.3.2等电位位联结结的分分类建筑物物每一一电源源进线线都应应做总总等电电位联联结，，各个个总等等电位位联结结端子子板应应互相相连通通。图9.22所示为在建建筑物物中将将各个个要保保护的的设备备连接接到接接地母母排上上形成成总等等电位位联结结。（2）辅辅助等等电位位联结结(FEB)将两导导电部部分用用导线线直接接做等等电位位联结结，使使故障障接触触电压压降至至接触触电压压限值值以下下，称称为辅辅助等等电位位联结结。（3）局局部等等电位位联结结(LEB)在一局局部场场所范范围内内将各各导电电部分分连通通，称称为局局部等等电位位联结结。可可通过过局部部等电电位联联结端端子板板将下下列部部分互互相连连通，，以简简便地地实现现该局局部范范围内内的多多个辅辅助等等电位位联结结，包包括：：PE母线或或PE干线；；公用用设施施的金金属管管道；；建筑筑物金金属结结构。。下列情情况下下需做做局部部等电电位联联结：：①电电源网网络阻阻抗过过大，，使自自动切切断电电源时时间过过长，，不能能满足足防电电击要要求时时;②自自TN系统同同一配配电箱箱供给给固定定式和和移动动式两两种电电气设设备，，而固固定式式设备备保护护电器器切断断电源源时间间不能能满足足移动动式设设备防防电击击要求求时;③为为满足足浴室室、游游泳池池、医医院手手术室室等场场所对对防电电击的的特殊殊要求求时;④为为满足足防雷雷和信信息系系统抗抗干扰扰的要要求时时。图9.22总等电位联联结示意图图浪涌也叫突突波，顾名思义义就是超出出正常工作作电压的瞬瞬间过电压压。本质上上讲，浪涌涌是发生在在仅仅几百百万分之一一秒时间内内的一种剧剧烈脉冲。。可能引起起浪涌的原原因有重型型设备、短短路、电源源切换或大大型发动机机启动。而而含有浪涌涌阻绝装置置的产品可可以有效地地吸收突发发的巨大能能量，以保保护连接设设备免于受受损。9.2.4浪涌保护器器9.2.4.1浪涌保护器器的概念浪涌保护器器（SurgeProtectionDevice）也叫信号防雷保保护器，是一种为为各种电子子设备、仪仪器仪表、、通信线路路提供安全全防护的电电子装置，，过去常称称为“避雷雷器”或““过电压保保护器”，，英文简写写为SPD。浪涌保护护器的作用用是把窜入入电力线、、信号传输输线的瞬时时过电压限限制在设备备或系统所所能承受的的电压范围围内，或将将强大的雷雷电流泄流流入地，保保护设备或或系统免受受冲击而损损坏。浪涌保护护器的类类型和结结构因用用途不同同而异，，但它至至少应包包含一个个非线性性电压限限制元件件。用于于浪涌保保护器的的基本元元器件有有放电间间隙、充充气放电电管、压压敏电阻阻、抑制制二极管管和扼流流线圈等等。1.按工作原