电气安全技术与接地课程论文-关于建筑防雷接地问题的研究.doc

电气安全技术与接地课程论文题 目: 关于建筑防雷接地问题的研究 摘 要由于电讯业、电力业的发展，人们的日常生活和生产过程中越发离不开用电设备和电力设施。在供电系统的运行过程中，由于雷击、操作、短路等原因，会产生危及电气设备绝缘的过电压，从而严重危害供电系统。其中大气过电压会严重影响电力系统的正常运行，而大气过电压产生的根本原因，是雷云放电引起的，因此要注意电气设备的防雷。建筑物受雷电危害大，每年因为触电伤人甚至致人死亡的数不容小视，而损毁电气设备所带来的经济损失数额十分巨大。因此避免建筑物受雷电的电气安全问题成为关系到人身安全和设备安全的头等大事，雷电对其产生的危害越来越显著，探讨接地与电气安全问题意义重大。关键词：防雷；接地保护；用电安全1 过电压及雷电的有关概念 1.1 内部过电压和雷电过电压的有关概念过电压是指在电气设备上或线路上出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，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。（1）内部过电压内部过电压是由子电力系统中的开关操作、出现故障或其它原因，使电力系统的工作状态突然改变，从而在其过渡过程中出现因电磁能在系统内部发生振荡而引起的过电压。内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作、负荷骤变或由于故障出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数(R、L、C）发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁芯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时单相额定电压34倍，因此对电气设备或线路的绝缘威胁不是很大。（2）雷电过电压雷电过电压又称为大气过电压或外部过电压，它是由于电力系统内的设备或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。雷电过电压又有两种基本形式：一种是雷电直接击中电气设备、线路或构筑物，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，相伴的还有电磁效应和闪络放电，这称为直接雷击或直击雷。另一种是雷电对设备、线路或其它物体的静电感应或电磁感应所引起的过电压，称为雷电感应或感应雷。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安培，因此供电系统危害极大、必须采用有效措施加以防护。1.2 雷电的形成及危害雷电是雷暴天气的产物，而雷暴则是在垂直方向上剧烈发展的积雨云所形成的一种天气现象。雷雨云中电荷分布并非均匀的，当云中电荷密集处的电场达到2530kV/m时，就会有云向地开始先导放电。当先导通道的顶端接近地面时，可诱发形成从云到地面的强烈电离通道，出现极大的电流。随大气电场的进一步加强，电子与空气的分子发生碰撞，形成天空中带电的雷雨云的云粒或水成物向地面延伸，在雷雨云下形成从云层向下的流光，它不断地向地面发展的电离过程中生成成对的正、负离子，其正离子被云中向下输送的负电荷不断中和, 从而形成多枝状的充满负电荷的通道，其中有一枝是充满负电荷的主通道。在雷击放电通道中，雷雨云与大地之间凝聚着大量的电荷，通过雷击放电通道发生猛烈的电荷中和，释放出大量的能量，产生高温并发出强烈的闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点有的巨大雷电流流过。雷雨云是否发生闪电，取决于雷雨云的电荷量和对地高度或者云地间的电场强度。雷电以其高电压，大电流对财物、人员造成巨大伤害，其实质是雷击产生瞬态高压浪涌。浪涌通过电网或感应进入电源线，对设备产生破坏。一个强烈的雷击可能会对用户的设备立即造成灾害性后果，除直接的设备破坏、人身伤亡损失外，有些会产生间接的损失；中强度的雷击可能造成用户设备中的一些零部件被损害或致其性能提前老化；轻度过频的雷击亦有可能对用户造成损失，如传输或存储的讯号或数据错乱，丢失服务器，电脑死机等。1.3 电流对人体的作用当电流流过人体时，人身所察觉到的最小电流值被称为感觉阈值，对于15100Hz交流电流为0.5mA。人握电极能摆脱的电流最大值被称为摆脱电流，对于15-100Hz交流电流为10mA。在工业企业和民用建筑中，有不少电气设备的使用频率 超过100Hz。对于这些100Hz以上交流电流，人体皮肤的阻抗，在数十伏数量级的接触电压下与频率成反比，在很多情况下，皮肤的阻抗可以忽略不计，烧伤的严重程度随电流流通的持续时间而定。电流对人体的效应与电流大小的变化有关，特别是在接通或断开电流的时候。直流电流感觉阈值取决于接触面积、接触状态、电流流过的持续时间等。当电流以感觉阈值强度流过人体时，只是在接通和断开电流时有感觉，其他时间没有感觉。在与测定交流电流感觉阈值相等条件下，直流电流的感觉阈值约为2mA。握持直流电器，事故时较易摆脱；当电击持续时间长于心动周期时，心室纤维性颤动阈值比交流的阈值高得多。通过人体的电流约为30mA时，人体四肢有暖热感觉。流经人体的电流为300mA及以下横向电流持续几分钟时，随着时间和电流增加，可能产生可逆性的心节律障碍、电流伤痕、烧伤、眩晕、有时失去知觉，超过300mA时，就会出现失去知觉的情况。2 建筑的防雷设备与防雷措施2.1 防雷建筑物的分类现代建筑物按其重要性、使用性、发生雷击事故的后果，分为下列3类：第1类防雷建筑物。是指因电火花而引起的爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。如制造、使用或贮存大量爆炸物质的建筑物；第2类防雷建筑物。是指电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第3类防雷建筑物。一般是指高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。第1类防雷建筑中有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入的措施；第2类防雷建筑物及第3类防雷建筑物，应有防止直击雷和防雷电波侵入的措施。对其他不需要装设防直击雷装置的建筑物，只要求在进户处或终端杆上将绝缘子铁脚接地即可。2.2 接地防雷设备防雷设备从类型上可以分为：电源防雷器、电源保护插座、天馈线保护器、信号防雷器、防雷测试工具、测量和控制系统防雷器、地极保护器。建筑物安全防雷基本上要采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针或由其混合组成的接闪器，避雷网应按规范的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m10m或者12m8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接，引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10。防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置，并宜与埋地金属管道相连；当不共用、不相连时，两者间在地中的距离应符合安全要求，且不应小于2m。2.2.1 建筑外部防雷的措施（1）接闪器避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。避雷针宜装设独立的接地装置，而且避雷针及其接地装置与被保护的建筑物和配电装置之间应保持足够的安全距离，避免雷击时发生反击闪络事故。安全距离的要求与建筑物的防雷等级有关，最小间距一般不应小于3m。为了降低跨步电压，防护直击雷的接地装置距离建筑物出入口及人行道，不应小于3m。对避雷针的接闪原理的认识是有一个发展过程的，现在的滚球法理论比较全面地解释了接闪器吸引雷电的各种现象，被国内外标准所采纳。（2）接地装置接地装置包括接地体和接地线，它的优劣与接地电阻和接地方式有关。建筑物防雷接地应尽量利用自然接地体作为接地装置，当周围环境达不到要求时应加设人工接地装置。由于防雷装置直接装在建筑物上，建筑物的防雷接地和电气设备接地无法隔离，所以通常把防雷接地与设备接地等连成统一的接地系统，其共用的接地电阻按最小值选定。（3）防侧击雷现代建筑的防雷接地、保护接地、工作接地共同组合成为一个整体的接地系统，接地电阻一般为4。而高层建筑的根基埋地深，与地面接触面积大，所以其接地电阻满足以上要求。但是由于建筑物有防水处理等，使其接地电阻增大，应在建筑物周边做周圈式接地，一方面可以避免防水处理层，另一方面也可以均衡电位，提高了安全性。（4）引下线一些厂家不在接闪器上作文章，却在引下线上采取措施，他们认为接闪器接闪时大量的雷电流通过引下线入地，会在周围的导体中产生感应雷，因此推出有屏蔽作用的引下线。感应雷主要是由雷云的静电感应引起的，只屏蔽引下线作用并不大，而是要加强所有导线的屏蔽效果，才能削弱感应雷。 在建筑物防雷设计规范中，对金属引下线的规定就已采取了降低引下线电磁干扰的措施，如多根引下线的分流作用，均匀对称的布置在建筑物四周可相互抵消内部电磁场，利用建筑物的钢筋框架这个很好的屏蔽笼接闪引下雷电流等。因此，普通金属引下线的方法在技术经济上都是可行的。2.2.2 建筑内部防雷的措施内部防雷有防雷电感应、防雷电波侵入内部等。相应的建筑内部防雷的措施有等电位、屏蔽、接地、合理布线等。（1）等电位连接等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统，以及在一个防雷区内部的金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接，采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带处做等电位连接。而且当需要时，应采用地极保护防雷器做等电位连接，其作用为在不同地网之间安装地极保护器用来避免地网之间产生不同电位差的危险。（2）屏蔽屏蔽的目的主要是对微电子产品进行保护，确保设备工作在无干扰的环境中。电气线路的主干线要布置在高层建筑的中心位置，使其雷电产生的电磁场强度最弱，有效的减少了干扰的范围。电气线路在布线的时候最好用金属管布线，一方面防止了雷电的反击，另一方面对于各种电磁脉冲也有了屏蔽作用。2.3接地的种类（1）工作接地在工作或事故情况下，工作接地可以保证设备可靠地运行，降低人体接触电压，迅速切除故障设备或线路，降低电器设备和输电线路的绝缘水平。（2）保护接地在中性点不接地系统中，如果设备没有保护接地，当该设备某处绝缘损坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间存在电容，人体触及此绝缘损坏的设备外壳，则电流流入人体形成通路，人将遭受触电的危险。设有接地装置后，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，接地体电阻愈小，流过人体的电流也愈小，接地电阻极微小时，流经人体的电流可不致于造成危害，人体也就避免了触电的危险。（3）静电接地设备移动或物体在管道中移动，因摩擦产生静电，它聚集在管道容器和贮罐或加工设备上，形成很高电位，对人身安全及对设备和建筑物都有危险。有了静电接地，静电一旦产生，就导入地中，以消除其聚集的可能。（4）直流工作接地计算机以及一切微电子设备，大部分采用中大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，为使同一系统的微电子设备的工作电路具有同一电位参考点，将所有设备的“零”电位点接于同一接地装置，它可以稳定电路的电位，防止外来干扰，这称为直流工作接地。（5）防雷接地为使雷电浪涌电流流入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，所有建筑物电气设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，避雷器，以及一切水气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、带线网接地、引下线接地、引入线接地汇集线接地体等。3 建筑防雷与接地建筑物防雷永远是一个热门话题，它与人们的人身、财产安全息息相关。所以，建筑物在竣工验收时，防雷接地是一项必须的环节。常常有人把防雷和接地混为一谈，其实不然，防雷一定要接地，而接地不一定是为了防雷。总的来说，防雷接地是为了使建筑物避免被雷电击中造成损失，而接地系统则是为了防止用电设备金属外壳带电伤人，它们最终需要用导体连接到接地装置，排除安全隐患。3.1 建筑的接地系统接地系统可以分大接地和小接地，小接地系统主要是经阻抗、容抗或感抗接地，而大接地系统是直接接地。而大接地系统的三相四线制和三相五线制的阐述如下所示：三相四线制系统，是除必须有的三根相线外，将中性线和保护中性线合二为一。这样的系统一旦发生漏电事故，漏电不能直接传入大地，可能会造成人身触电事故。三相五线制系统，是除必须有的三根相线外，中性线和保护中性线严格分开，保护中性线是要进行接地连接的，所有的用电器金属外壳有效地与保护中性线进行连接，从而有效地防止漏电触电事故。改进型的TN-C-S系统，省去了变电房至建筑物这一段的接地电缆，减少了造价。3.2 建筑的防雷接地建筑的防雷接地就是建筑物通过预先设置的接闪器把雷电引入大地的一个过程，它可以有效地保护建筑物内部不受雷电击中而造成损害。建筑物沿墙面会设置一道经热镀锌处理过的钢筋，这在建筑电气上称为明装避雷带，我们将刚性屋面或者结构层上的钢筋和明装避雷带进行焊接连接，使屋面形成一定规格的避雷网格，再将屋面避雷网与选定作为引线的柱筋进行焊接，再通过接地装置而引入大地。对于高于30m的建筑物，还应设置均压环，可以有效地防侧击雷。直接设置避雷针的做法基本已经被淘汰，因为避雷针的防雷模型可以看做是伞状防护，它会存在避雷盲区，也不能防侧击雷。但由于其引雷电的功能强大，在一级防雷地区的建筑物就会采用避雷针、避雷带加设均压环混合安装做法。通过合理的安装施工