安全用电与建筑防雷课件

1 第四章安全用电与建筑防雷 触电事故及救护安全用电技术建筑工程的防雷系统复习思考题 建筑物一旦落成 就会面临一系列的考验 其中包括人为的 自然的和材料设备的原因 自然灾害有雷 地震 人为的灾害有火灾 电气短路 盗窃 爆炸 设备材料有可能被烧毁等 建筑电气的减灾措施主要有预防触电 防雷击 防火灾 防盗窃 防爆炸等 2 第一节触电事故及救护 一 触电及对人体的伤害形式触电的类型和案例千奇百怪 对人体的伤害部位也无奇不有 但对人体的伤害方式可归纳为两种 电击和电伤 1 电击是指电流流过人体时反应在人体内部造成器官的损伤 而在人体外表不一定留下电流痕迹 人们将这种触电现象叫做电击 电击的危险性最大 一般死亡事故都是出于电击 2 电伤是指电流的热效应 化学效应 机械效应以及在电流作用下熔化或蒸发的金属微粒等侵袭人体皮肤 使局部皮肤受到灼伤 烤伤和皮肤金属化的伤害 严重的也可以致人死亡 电伤不是将人体内部器官损伤 3 电击的三种形式 1 单相触电在低压系统中 由于人体的一部分直接或通过某种导体间接触及电源的一相 而人体的另一部分直接或通过导体间接触及大地 使电源和人体及大地直接形成了一个电流通路 如图示 图单相触电方式 4 2 两相触电在低压系统中 人体两部分直接或通过导体间接触及电源的两相 在电源和人体直接构成了电流通路 如图示 不管是单相触电或两相触电 如果电流通过人体心脏 都是最危险的触电方式 图两相触电方式 5 3 跨步电压触电在高压接地点附近地面电位很高 距接地点越远则电位越低 其电位曲线如图示 人的两脚踩在不同电压点时 使人体承受的电压称为跨步电压 图跨步电压触电 6 由于高压系统中电压高 相线之间或相线与地之间 当距离到达一定值时 空气被击穿 所以 在高压系统中 除了人体直接或通过导体间接地触及电源会发生触电外 当人体直接或通过导体间接地接近高压电源时 电源与人体之间的介质被高压击穿而导致触电 人体在高压电源周围发生触电的危险间距与空气介质的温度 湿度 压强 污染情况以及电极形状和电压高低有关 9 电流对人体伤害程度效应区域图 10 三 触电的规律 触电也是有规律的 统计资料表明如下 1 一般年轻人居多 老年人很少 这是因为生产第一线主要是年轻人 年岁大的人经验多 事故自然少 2 触电有季节性 雨季触电事故多 如6 7 8 9月份触电事故占全年80 以上 因为气候潮湿造成绝缘电阻下降 人体电阻也降低 3 低压电比高压电触电概率高 某资料表明16人触电死亡中 有11人触的是低压电 即低压占68 7 高压占31 3 4 行业影响从行业上看 冶金 建筑 建材 矿山等行业居多 这些行业属于劳动密集型产业 这些行业手持电动工具多 漏电触电的机会多 工人简单培训后就上岗 甚至不经培训就上岗 11 第二节安全用电技术 安全电压常用的防护方法建立完善的安全管理制度对电气设备绝缘的要求电子 电气设备的接地特殊建筑物的接地 12 一 安全电压 1 安全电压的定义人体不戴任何防护设备 也没有任何防护措施 直接接触带电体 而对人体没有任何伤害的电电压称为安全电压 安全电压因人而异 而且还和环境有关 见下表 13 如工频时有生命危险的电流按0 01A为安全上限计算 则潮湿时的安全电压为U 0 01 1200 12V安全电压与环境的关系 14 我国安全电压规定为5个等级 即42 36 24 12及6V 中国建筑业安全电压规定为三个等级 即36 24和12V 外国的规定各不相同 如法国 瑞典 荷兰规定为24V 俄罗斯是30V 美国是40V 英国 瑞士 捷克是50V 德国 奥地利是60V 外国安全电流及安全电压值 15 2 安全电压与时间的关系如图示 安全电压和时间的关系 16 3 几个极限值1A 心脏停止跳动25mA 无可挽回心脏破裂极限30mA 呼吸瘫痪的极限10mA 肌肉抽搐 没有危险0 5mA 有感觉的极限IEC规定10mA为摆脱阈值 50V为交流安全电压 17 二 常用的防护方法 1 采用护栏或阻拦物进行保护阻拦物必须防止如下两种情况之一发生 1 在正常工作中设备运行期间 无意识地触及带电部分 2 身体无意识地接近带电部分 2 使设备置于伸直手臂范围以外的保护凡是能同时触及不同电位的两部位间的距离 严禁在伸臂范围以内 在计算伸臂范围时 必须将手持较大尺寸的导电物件考虑进去 3 在有裸露的高压带电体旁应设置护栏或标志为的是防止人畜走近我遭受跨步电压的伤害 标志的形式有用红色灯泡 挂牌 牌上写 高压危险 请勿靠近 或画有缺图符号 设置护栏的距离可以参考表11 1 18 表11 1护栏距离参考值 4 施工操作应保持安全距离见表11 2所示 表11 2施工安全距离 19 5 架空线路应保持最小的安全距离见表11 3 表11 3架空线路最小安全距离 6 间接接触保护法用自动切断电源的保护 包括漏电电流动作保护 并辅以总等电位联接 使工作人员不致同时触及两个不同电位点的保护 即非导电场所的保护 使用双重绝缘或加强绝缘的保护 用不接地的局部等电位联接的保护 20 7 直接接触与间接接触兼顾的保护宜采用安全超低压和功能超低压的保护方法来实现 安全超低压回路的带电部分严禁与大地联接 或构成其它回路的一部分或保护线联接 使用安全超低压的设备 外露可导电部分严禁直接接地或通过其它途径与大地联接 21 三 建立完善的安全管理制度 为确保安全用电 防止触电事故发生 必须建立安全管理制度或规则 内容一般有以下几点 1 凡属于电气维修 安装的工作 必须由电工来操作 2 严格执行电工安全操作规程 3 一切手持电动工具必须符合国际标准 产品专业标准及安全规程要求 4 严禁赤手触摸一切带电的绝缘导线 22 5 所有用电设备的金属外壳均要可靠接地或接零 由设计来定 并应定期检查是否接触良好 6 不要带电作业 特别是危险场所 如工作场地狭窄 工作场地有对地220V以上的导体等 禁止带电作业 7 所有电气设备必须按规格加装熔断器 在插座支路或手持电动工具的电源上应安装漏电保安器 8 凡移动式照明 必须采用安全电压 当环境干燥时用36V 按潮湿场所用24V 特别潮湿或在金属容器内用12V 23 四 对电气设备绝缘的要求 绝缘电阻有气态 液态和固态三类 要求介质损耗小 泄漏电流越小越好 1 电阻率在107 以上才称为绝缘材料 2 常用电阻值的规定为每1000V一个M 所以500V以下的一般低压电器设备绝缘电阻为0 5M 1kV以下的低压电缆10M 3kV为200M 6kV为400M 10kV为500M 在实际工厂检验电电气产品时还要考虑实测环境温度 如下图所示 3 绝缘材料的极限温度见下表 24 绝缘电阻与环境温度的关系 绝缘材料的极限温度 25 五 电气 电子设备的接地 一 电气设备的接地为了保护人身和设备的安全 电气设备应可靠接地 电气设备的接地一般可分为保护性接地和功能性接地 保护性接地又可分为接地和接零两种型式 民用建筑低压配电系统接地型式可有以下三种 1 TN系统电力系统有一点直接接地 受电设备的外露部分通过保护线与接地点连接 按照中性线与保护线组合情况 其又可分为三种型式 1 TN S系统整个系统的中性线 N 与保护线 PE 是分开的 如下图 a 26 27 2 TN C系统整个系统的中性线 N 与保护线 PE 是合一的 如下图 b 28 3 TN C S系统系统中前一部分线路的中性线 N 与保护线 PE 是合一的 如下图 c 29 在TN系统的接地型式中 所有受电设备的外露可导电部分必须用保护线 或共用中性线即PEN线 与电力系统的接地点相连 并且须将能同时触及的外可导电部分接至同一接地装置上 当采用TN C S系统时 当保护线与中性线从某点 一般为进户线 分开后就不能再合并 且中性线绝缘水平应与相线相同 2 TT系统电力系统有一点直接接地 受电设备的外露可导电部分通过保护线接至与电力系统接地点无直接关联的接地极 如下图所示 30 在TT系统中 共用同一接地保护装置的所有外露可导电部分 必须用保护线与这些部分共用的接地极连在一起 或与保护接地母线 总接地端子相连 31 3 IT系统电力系统的带电部分与大地间无直接连接 或有一点经足够大的阻抗接地 受电设备的外露可导电部分通过保护线接至接地极 如下图所示 32 在IT系统中的任何带电部分 包括中性线 严禁直接接地 IT系统中的电源系统对地应保持良好的绝缘状态 在正常情况下 从各项测得的对地短路电流值均不得超过70mA 交流有效值 所有设备的外露可导电部分均应通过保护线与接地线连接 IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置 在无特殊要求的情况下 IT系统不宜引出中性线 33 在选择系统所采用的型式时 应根据系统安全保护所具备的条件 并结合工程的实际情况 确定其中的一种 由同一台发电机 配电变压器或同一段母线供电的低压电力网 不宜同时采用两种系统接地型式 在同一低压配电系统中 当全部采用TN系统确有困难时 也可部分采用TT系统接地型式 但采用TT系统供电部分均应装设自动切除接地故障的装置 包括漏电电流动作保护装置 或经由隔离变压器供电 34 二 电子设备的接地1 消防控制室的接地消防控制室内安有许多电子设备 为了使所有电子设备能正常工作 消防控制室内的电子设备应进行工作接地 其工作接地电阻应小于4 若采用联合接地时 其接地电阻应小于1 并且应用专用接地干线由消防控制室引至接地体 接地专用干线应采用铜芯绝缘导线 其线芯截面不小于25mm2 由消防控制室接地板引至各消防电子设备的接地线 应采用铜芯绝缘导线 其线芯截面不小于4mm2 35 2 共用电视天线 CATV 系统的接地共用电视天线系统是用来接收 整理 传输以及分配电视信号的设备 其目的是要向电视用户提高稳定的 强度合适的不失真信号 通常由前端设备 信号源设备和传输分配系统组成 前端设备中的接收天线由于架设较高 易受雷击 因此应在接收天线的竖杆 架 上装设避雷针 避雷针的高度应能满足对天线设施的保护 当安装独立的避雷针时 避雷针与天线之间的最小水平间距应大于3m 独立避雷针和接收天线的竖杆 架 均应有可靠的接地 36 当建筑物已有防雷接地系统时 避雷针和天线竖杆 架 的接地应与建筑物的防雷接地系统共地连接 当建筑物没有专门的防雷接地系统可供利用时 应设置专门的接地装置 从接闪器至接地装置的引下线宜采用两根 接地电阻不应大于4 进入前端的天线馈线应加装避雷保护器 沿天线竖杆 架 引下的同轴电缆应采用双屏蔽电缆或采用单屏蔽电缆穿金属管敷设 双屏蔽电缆的外层或金属管应与竖杆 架 有良好的电气连接 37 六 特殊建筑物的接地 1 烟囱的防雷接地烟囱的防雷接地应满足以下要求 1 接地冲击电阻小于30 2 引下线 当采用圆钢时直径不小于12mm 采用扁钢时 引下线的截面积不小于100mm2 厚度不应小于4mm 当烟囱低于40m设一根引下线 高于40m设两根和两组接地极 可利用铁爬梯作为引下线 当为钢筋混凝土烟囱时 应把两根以上主筋与爬梯焊接作为引下线 38 3 避雷针的根数的选择见下表 2 水塔的防雷接地水塔的防雷接地应满足以下条件 1 接地冲击电阻小于30 2 接闪器可利用水塔周围的铁栏栅或做一圈避雷带 保护水塔边缘 水塔中心高出部分只装一支1 5m长的避雷针 3 可利用铁爬梯作为引下线 39 3建筑防雷 雷电的基本知识与形式建筑物防雷设计标准防雷技术措施及防雷设计 雷电是一种壮观的自然现象 但是目前人类尚未掌握和利用它 处于防范它造成危害的阶段 高层建筑因为高度很高 落雷的概率较高 所以在设计高层建筑物时 应该设计有效的避雷措施 从人员的安全和对建筑物的保护来说都是非常重要的 40 一 雷电的基本知识与作用形式 1 雷电现象雷电是一种常见的自然现象 每年从春季开始活动 到夏季最为频繁剧烈 到秋季就逐渐减少 消弱以致消失 近年来的实验研究认为 雷电的形成是由于多种原因并存 是在特定的场合和条件下 以某种原因为主导因素而形成的一种自然现象 雷电环境是由于天空中聚集有大量带电的雷云而造成的 所谓雷电现象 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时间内急剧膨胀而产生的爆炸声响 41 2 雷电的作用形式根据雷电现象形成和活动的形式及过程 一般可分为直接雷 间接 感应 雷两大类 不管是哪一种雷电作用形式 都具有共同的特点 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以下几个方面 1 机械性破坏由两种力产生 一种是强大的雷电流通过物体时产生的巨大的电动力 另一种是强大的雷电流通过物体时产生的巨大的热量 使物体内部的水分急剧蒸发而产生的内压力 2 热力性破坏产生的巨大热量使物体燃烧和金属材料熔化的现象 42 3 绝缘击穿性破坏即极高的电压使供配电系统中的绝缘材料被击穿 造成相间短路 使破坏的范围和程度迅速的扩大和增强 这是电气系统中最普遍 最危险的一种雷电破坏形式 4 无线干扰性破坏由于雷电波中夹杂有大量高频杂波 对通讯 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 为防止雷电对建筑物和建筑物内电气设备的破坏 必须对容易受到雷电袭击的建筑物提供防雷保护 建筑物防雷设计的主要目的是为了防止和减少雷电造成的危害 主要包括 保护建筑物内部的人身安全 保护建筑物不遭受破坏和烧毁 保护建筑物内部存放的危险品不会破坏 燃烧和爆炸 保护建筑物内部的电气设备和系统不受破坏 43 二建筑物防雷设计标准 建筑物的防雷设计应根据建筑物本身的重要性 使用性质 发生雷电事故的可能性和后果 结合当地的雷电活动情况和周围环境特点 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 按照我国 建筑物防雷设计规范 GB50057 94 的要求 我国建筑物防雷共分三类 第一类防雷建筑物包括 1 凡制造 使用或储存炸药 火药 起爆药 火工品等大量爆炸物质的建筑物 因电火花而引起爆炸 会造成巨大破坏和人身伤亡者 44 2 具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物 3 具有1区爆炸危险环境的建筑物 因电火花而引起爆炸 会赞成巨大破坏和人身伤亡者 第二类防雷建筑物包括 1 国家级重点文物保护的建筑物 2 国家级的会堂 办公建筑物 大型展览和博览建筑物 大型火车站 国宾馆 国家级档案馆 大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物 3 国家级计算中心 国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物 4 制造 使用或储存爆炸物质的建筑物 且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者 45 5 具有1区爆炸危险环境的建筑物 且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者 6 具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物 7 工业企业内有爆炸危险的露天钢制封闭气罐 8 预计雷击次数大于0 06次 a的部 省级办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物 9 预计雷击次数大于0 3次 a的住宅 办公楼等一般性的其它民用建筑物 第三类防雷建筑物包括 1 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0 012次 a 且小于或等于0 06次 a的部 省级办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物 46 3 预计雷击次数大于或等于0 06次 a 且小于或等于0 3次 a的住宅 办公楼等一般性的其它民用建筑物 4 预计雷击次数大于或等于0 06次 a的一般性工业建筑物 5 根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果 并结合当地气象 地形地质及周围环境等因素 确定需用防雷的21区 22区 23区火灾危险环境 6 在平均雷电日 也称雷暴日 大于15d a的地区 高度在15m及以上的烟囱 水塔等孤立的高耸建筑物 在平均雷电日小于或等于15d a的地区 高度在20m及以上的烟囱 水塔等孤立的高耸建筑物 注 雷电日 指在一年中 能听到一声 或以上 雷声的总天数称为雷电日 我国按雷电日划分为四个区 如图所示 北京地区为30 40个雷电日 47 我国雷电日分区 上述建筑物防雷分类中所提到的火灾和爆炸危险环境的区域是按如下原则进行划分的 0区 连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境 48 1区 在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境 2区 在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境 或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境 10区 连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境 11区 有时会将积留的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境 21区 具有闪点高于环境稳定的可燃气体 在数量配置上能引起火灾危险的环境 22区 具有悬浮状 堆积状的可燃粉尘或可燃纤维 虽不可能形成爆炸混合物 但在数量和配置上能引起火灾危险的环境 23区 具有固体状可燃物质 在数量配置上能引起火灾危险的环境 49 三 防雷技术措施及防雷设计 一 防雷技术措施对建筑物防雷措施的设计 应认真调查地质 地貌 气象 环境等条件和雷电活动规律以及被保护建筑物的特点等 因地制宜地采取防雷措施 做到安全可靠 技术先进 经济合理 总的来说 各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施 须特别指出的是 任何一种防雷措施均需做到可靠接地 其保证规定的每一根引下线的冲击接地电阻值应满足相应的设计规范的要求 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 防雷电波侵入多用避雷器 50 二 接闪器系统接闪器系统是建筑物防雷系统中最常用的一种系统 它有三个基本组成部分 接闪器 引下线和接地体 下面对三个组成部分将做分别介绍 1 接闪器建筑物防雷采用的接闪器是在建筑物顶部人为设计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 使巨大的雷电流由接闪器经引下线 接地装置 疏导至大地中 从而保护了建筑物及建筑物中的人员和设备财产的安全 建筑物长采用的防雷接闪器有三种形式 避雷针 避雷带和避雷网 51 1 避雷针在防雷接闪器的各种形式中 避雷针是最简单的 它一般设于屋顶有高耸或孤立部分 对于砖木结构的房屋 可把避雷针立于房屋顶部或屋脊上 避雷针的针顶形状一般采用尖形 避雷针一般采用镀锌圆钢或焊接钢管制成 避雷针的直径 当针长1m以下 圆钢取12mm 钢管20mm 当针长1 2m 圆钢取16mm 钢管取25mm 对于设于烟囱顶上的避雷针若为圆钢取20mm 钢管40mm 避雷针应考虑防腐 除应镀锌或涂刷防锈漆外 在腐蚀性较强的场所 还应适当加大截面或采用其它防腐措施 对于避雷针的保护范围 应采用滚球法通过计算来确定 52 滚球法是以为hr半径的一个球体 沿需要防直击雷的部位滚动 当球体只触及接闪器 包括被利用作为接闪器的金属物 或只触及接闪器和地面 包括与大地接触并承受雷击的金属物 而不触及需要保护的部位时 则该部分就能得到接闪器的保护 滚球的半径hr对第一类防雷建筑物为30m 对第二类防雷建筑物为45m 对第三类防雷建筑物为60m 滚球法确定的单支避雷针的保护范围如下图所示 当避雷针高度h hr时 a 距地面hr处作一平行于地面的平行线 b 以针尖为圆心 hr为半径 作弧线交于平行的A B两点 53 c 以A B为圆心 hr为半径作弧线 该弧线与针尖相交并与地面相切 从此弧线起到地面就是保护范围 保护范围是一个对称的锥体 d 避雷针在hx高度的XX 平面上和地面上的保护半径 按下列计算公式确定 式中rx 避雷针在hx高度的XX 平面上的保护半径 m hr 滚球半径 m hx 被保护物的高度 m r0 避雷针在地面上的保护半径 m 54 55 当避雷针的高度h hr时 在避雷针上取高度的一点代替单志避雷针针尖作为圆心 其余的作法与 相同 滚球法确定的双支等高避雷针的保护范围 在避雷针的高度h hr的情况下 当两支避雷针的距离D 2时 应各按单支避雷针的方法确定 如D 2时 应按如下方法确定 如下图 a AEBC外侧的保护范围 按单支避雷针的方法确定 b C E点位于两针间的垂直平分线上 在地面每侧的最小保护宽度b0按下式计算 56 57 在AOB轴上 距中心线任一距离x处 其在保护范围上边线上的保护高度hx按下式确定 该保护范围上边线是以中心线距地面hr的一点O 为圆心 以为