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防雷与接地 目录 防雷 防雷 雷电是一种常见自然现象 能产生强烈的闪光 霹雳 落到地面上 会击毁房屋 杀伤人畜 给人类带来极大危害 因此防雷是现代建筑物 电气设备和线路必须采用的重要安全保护措施 防雷接地工程图是建筑电气工程图中不可缺少的图纸 1 直接雷击指雷电对电气设备或建筑物直接放电 放电时雷电流可达几万甚至几十万安培 直击雷一般采用由接闪器 引下线 接地装置构成的防雷装置防雷 2 雷电感应指当雷云出现在建筑物的上方时 由于静电感应 在屋顶的金属上积聚大量异号电荷 在雷云对其他地方放电后 屋顶上原来被约束的电荷对地形成感应雷 其电压可达几十万伏 雷电感应的防止办法是将感应电荷的屋顶金属通过引下线 接地装置泄入大地 防雷 3 雷电波侵入指由于线路 金属管道等遭受直接雷击或感应雷而产生的雷电波沿线路 金属管道等侵入变电站或建筑物而造成危害 对其防护问题 一般在线路进入建筑物处安装避雷器进行防护 4 雷电 反击 雷击直击雷防护装置时 雷电流经接闪器 沿引下线流入接地装置的过程中 由于各部分阻抗的作用 接闪器 引下线 接地装置上将产生不同的较高对地电位 若被保护物与其间距不够时 会发生直击雷防护装置对被保护物的放电现象 称为 反击 雷电 反击 的防止措施有两种 一是使被保护物与直击雷防护装置保持一定的安全距离 二是将被保护物与直击雷防护装置做等电位连接 使其之间不存在电位差 雷击建筑物 防雷 防雷 雷击架空线 避雷针 引下线 接地地网 防雷 直击雷防护 地线 接地地网 电源线路 防雷器 防雷 感应雷防护 防雷 建筑物根据其重要性 使用性质 发生雷电事故的可能性和后果 按防雷要求分为三级 可参见 建筑防雷设计规范 gb50057 94 2000年修订版1 一级防雷的建筑物凡制造 使用或贮存炸药 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 具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物 具有1区爆炸危险环境的建筑物 因电火花而引起爆炸 会造成巨大破坏和人身伤亡者 防雷 2 二级防雷的建筑物国家级重点文物保护的建筑物 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 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 制造 使用或贮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 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 防雷 具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物 工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐 预计雷击次数大于0 06次 a的部 省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物 预计雷击次数大于0 3次 a的住宅 办公楼等一般性民用建筑物 3 三级防雷建筑物省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆 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它重要或人员密集的公共建筑物 防雷 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 办公楼等一般性民用建筑物 预计雷击次数大于或等于0 06次 a的一般性工业建筑物 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 确定需要防雷的21区 22区 23区火灾危险环境 在平均雷暴日大于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 在平均雷暴日小于或等于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 建筑物年预计雷击次数计算参见 建筑物防雷设计规范 gb50057 1994附录一 防雷 建筑物易受雷击部位与多种因素有关 特别是建筑物屋顶坡度与雷击部位关系较大 平屋面或坡度不大于1 10的屋面 檐角 女儿墙 屋檐 如图 a b 坡度大于1 10且小于1 2的屋面 屋角 屋脊 檐角 屋檐 如图 c 坡度不小于1 2的屋面 屋角 屋脊 檐角 如图 d 防雷 1 接闪器应由下列的一种或多种组成 独立避雷针 架空避雷线或架空避雷网 直接装设在建筑物上的避雷针 避雷带或避雷网 1 避雷针 安装在建筑物突出部位或独立装设的针形导体 可以吸引雷电流进行放电 从而保护建筑物免受雷击 避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成 其直径不应小于下列数值 针长1m以下 圆钢为12mm 钢管为20mm 针长1 2m 圆钢为16mm 钢管为25mm 烟囱顶上的针 圆钢为20mm 钢管为40mm 防雷 2 避雷带和避雷网 避雷带是设置于屋脊 屋檐 屋角 女儿墙和山墙等条形长带 避雷网相当于纵横交错的避雷带叠加在一起 即可防直击雷 又可防感应雷 避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢 优先采用圆钢 圆钢直径不应小于8mm 扁钢截面不应小于48mm2 其厚度不应小于4mm 当烟囱上采用避雷环时 其圆钢直径不应小于12mm 扁钢截面不应小于100mm2 其厚度不应小于4mm 3 避雷线 架设在架空线路之上 保护架空线路免受直接雷击 避雷线和避雷网宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线 防雷 避雷针 避雷带 避雷带 防雷 避雷带 防雷 防雷 2 引下线 连接接闪器和接地装置的金属导体 引下线宜采用圆钢或扁钢 宜优先采用圆钢 圆钢直径不应小于8mm 扁钢截面不应小于48mm2 其厚度不应小于4mm 当烟囱上的引下线采用圆钢时 其直径不应小于12mm 采用扁钢时 其截面不应小100mm2 厚度不应小于4mm 引下线应沿建筑物外墙明敷 并经最短路径接地 建筑艺术要求较高者可暗敷 但其圆钢直径不应小于10mm 扁钢截面不应小于80mm2 建筑物的消防梯 钢柱等金属构件宜作为引下线 但其各部件之间均应连电气通路 采用多根引下线时 宜在各引下线上于距地面0 3m至1 8m之间装设断接卡 防雷 当利用混凝土内钢筋 钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时 可不设断接卡 利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板 该连接板可供测量 接人工接地和作等电位连接用 当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时 应在每根引下线上于距地面不低于0 3m处设接地体连接板 采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡 其上端应与连接板或钢柱焊接 连接板处宜有明显标志 在易受机械损坏和防人身接触的地方 地面上1 7m至地面下0 3m的一段接地线应采取暗敷或镀锌角钢 改性塑料管或橡胶管等保护设施 明敷引下线与断接卡 防雷 暗敷引下线与断接卡 防雷 暗敷引下线 明装连接板 暗敷引下线 暗装连接板 防雷 防雷 3 接地装置 接地体和接地线组成的总体称为接地装置 1 接地体或接地极 直接与土壤接触的金属导体称为接地体或接地极 接地体可分为人工接地体和自然接地体 人工接地体是指专门为接地而装设的接地体 自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件 金属管道及建筑物的混凝土基础内钢筋等 2 接地线 连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线 3 接地装置相关规定 埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢 钢管或圆钢 埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢 圆钢直径不应小于10mm 扁钢截面不应小于100mm2 其厚度不应小于4mm 角钢厚度不应小于4mm 钢管壁厚不应小于3 5mm 在腐蚀性较强的土壤中 应采取热镀锌等防腐措施或加大截面 接地线应与水平接地体的截面相同 防雷 人工垂直接地体的长度宜为2 5m 人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m 当受地方限制时可适当减小 人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0 5m 接地体应远离由于砖窑 烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方 防直击雷的人工接地体距建筑物出人口或人行道不应小于3m 当小于3m时应采取下列措施之一 水平接地体局部深埋不应小于1m 水平接地体局部应包绝缘物 可采用50 80mm厚的沥青层 采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50 80mm厚的沥青层 其宽度应超过接地体2m 埋在土壤中的接地装置 其连接应采用焊接 并在焊接处作防腐处理 人工垂直接地极与水平接地母线的焊接 防雷 1 一类防雷建筑物措施 1 应装设独立的避雷针或架空避雷线 网 使被保护的建筑物及其相关装置牌接闪器的保护范围内 架空避雷网的网格尺寸不应大于5 5m或6 4m 2 独立避雷针的杆塔 架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线 对用金属制成或有焊接 绑扎连接钢筋网的杆塔 支柱 宜利用其作为引下线 防雷 3 独立避雷针和架空避雷线 网 的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道 电缆等金属之间的距离不得小于3米 建筑物 3米 防雷 4 架空避雷线至屋面和各种突出屋面的风帽 放散管等物体之间的距离不得小于3米 建筑物 3米 防雷 5 当建筑物高于30米时 尚应采取防侧击措施 6 当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时 树木与建筑物之间的净距不应小于5米 2 二类防雷建筑物措施 1 宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线 网 或由其混合组成的接闪器 避雷网 带 应沿屋角 屋脊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10 10m或12 8m 2 引下线不少于两根 并应沿建筑物四周均匀或对称布置 其间距不应大于18米 3 高度超过45米的建筑物 应采取防侧击和等电位保护措施 4 有爆炸危险的露天钢质封闭气罐 当其壁厚不小于4mm时 可不装设接闪器 但应接地 且接地点不应少于两处 两接地点间距不宜大于30米 冲击接地电阻不应大于30欧姆 防雷 3 三类防雷建筑物措施 1 宜采用装设在建筑物上的避雷针或架空避雷线 网 或由其混合组成的接闪器 避雷网 带 应沿屋角 屋脊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20 20m或24 16m 平屋面的建筑物 当其宽度不大于20米时 可仅沿周边敷设一圈避雷带 2 引下线不少于两根 并应沿建筑物四周均匀或对称布置 其间距不应大于25米 周长不超过25米 高不超过40米 可只设一根引下线 3 砖烟囟 钢筋混凝土烟囱 宜在烟囱上装设避雷针或避雷环保护 多支避雷针应连接在闭合环上 金属烟囱应作为接闪器和引下线 4 高度超过60米的建筑物 应采取防侧击和等电位措施 防雷 不同防雷类别的滚球半径 防雷 4 滚球法 在一定高度的避雷针下面 有一个安全区域 在这个区域中的物体基本上不致遭受雷击 故称为避雷针的保护范围 单支避雷针保护范围可以用 滚球法 求得 其形状是一个对称的锥体 1 当避雷针高度h小于或等于滚球半径hr时 距地面hr处作一平行于地面的平行线 以避雷针针尖为圆心 以hr为半径 作弧线交平行线于a b两点 分别以a b为圆心 hr为半径作弧线 该两条弧线上与避雷针尖相交 下与地面相切 再将此两条弧线以避雷针为轴旋转180 形成的圆弧曲面体空间就是避雷针的保护范围 避雷针在hx高度x x 平面上的保护半径rx按下式确定 2 当避雷针高度h hr时 在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针的针尖作为圆心 其余同第 1 条方法 防雷 防雷 接地 接地 1 按功能分类工作接地 为了保证电气设备在正常的情况下可靠的工作 各种工作接地都有其各自的功能 如 变压器 发电机的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 又如电压互感器一次线圈中性点接地是为了测量一次系统相对地的电压源 中性点经消弧线圈接地能防止系统出现过电压等 保护接地 将电气设备的金属外壳 配电装置的构架 线路的塔杆等正常情况下不带电 但可能因绝缘损坏而带电的所有部分接地 因为这种接地的目的是保护人身安全 故称为保护接地或安全接地 防雷接地给防雷保护装置 避雷针 避雷线 避雷网 向大地泄放雷电流提供通道 防静电接地为了防止静电引起易燃易爆气体或液体发生火灾或爆炸 而对贮气体或液体管道 容器等设置的接地 重复接地三相四线制的零线 或中性点 一处或多处经及接地装置与大地再次可靠连接 称为重复接地 接地 接地 按国际电工委员会 iec 的规定低压电网有五种接地方式 2 按接线方式分类 第一个字母表示电源中性点的对地关系 t 中性点直接接地 i 中性点与地绝缘 或经高阻抗接地 第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系 t 外露可导电部分对地直接电气连接 n 外露可导电部分经过保护线与接地点相连 横线后面的字母 s c或c s 表示保护线与中性线的结合情况 接地 当设备带电部分与外壳相连时 短路电流经外壳和n线 或pe线 而形成单相短路 显然该短路电流较大 可使保护线快速而可靠地动作 将故障部分与电源断开 消除触电危险 中性线n和保护线pe完全分开的称为tn s系统 n线与pe线前段共用 后段分开的称为tn c s系统 n线与pe线完全共用的称为tn c系统 1 tn系统 接地 tn s系统是我国现在应用最为广泛的一种系统 在自带变配电所的建筑中 几乎无一例外地采用了tn s系统 在建筑小区中 也有一些采用了tn s系统 tn c s系统也是现在应用比较广泛的一种系统 工厂的低压配电系统 城市公共低压电网 小区的低压配电系统等采用tn c s系统的较多 一般在采用tn c s系统时 都要同时采用重复接地这一技术措施 即在系统由tn c变成tn s处 将pen线再次接地 以提高系统的安全性能 tn c系统现在已经很少采用 接地 tt系统的使用能减少人体触电的危险 但是不够安全 为保障人身安全 根据iec标准应加装漏电保护器 漏电开关 tt系统的电源中性点直接接地 也引出n线 而设备的外露可导电部分则经各自的pe线分别接地 2 tt系统 接地 在有些国家中 tt系统的应用十分广泛 工业与民用的配电系统都大量采用tt系统 在我国tt系统主要用于城市公共配电网和农网 在实施剩余电流保护的基础上 tt系统有很多的优点 是一种值得推广的接地形式 在农网改造中 使用tt系统已比较普遍 接地 it系统又称为三相三线制系统 当电气设备发生单相接地故障时 接地电流将通过人体和电网 大地之间的电容构成回路 一般情况下 此电流是不大的 但是 如果电网绝缘强度显著下降 这个电流可能达到危险程度 3 it系统 接地 it系统常用于对供电连续性要求较高的配电系统 或用于对电击防护要求较高的场所 前者如矿山巷道的供电 后者如医院手术室的配电等 接地 接地 1 电机 变压器 电器 手握式及移动式电器 2 电力设备的传动装置 3 室内外配电装置的金属构架 钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电部分的金属围栏等 4 配电屏及控制屏的框架 5 电力线路的金属保护管 各种金属接线盒 如开关 插座等金属接线盒 敷线的钢索 电缆桥架 线槽 起重运输设备的金属管道 6 电缆的金属外皮及电力电缆接线盒 终端盒 7 在非沥青地面场所的小接地电流系统中架空电力线路的金属杆塔 安装在电力线路上的开关 电容器等电力设备及支架等 接地 以上设备的外露金属部分按低压系统 tn tt it 的分类分别接地和接零 另外在使用过程中产生静电并对正常工作有影响的场所 宜采取防静电接地措施 在共用接地系统中 防静电接地可与共用接地系统相连 作为保护线 pe线和pen线的截面积应满足 具有足够的机械强度 在接地故障电流通过时具有热稳定性 其阻抗保证在发生接地故障时不致产生过高的接触电压 并满足接地故障时保护装置的灵敏性要求 接地 接地 与防雷部分接地装置的内容基本相同 补充以下接地要求 1 各种不同性质的接地装置联合接地时 接地电阻要求小于1欧姆 2 接地装置应优先利用建筑物的自然接地体 当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体 接地 3 建筑物接地装置宜采用共用接地装置 但直击雷与感应雷入地点不能共点 避雷针 电源进线 接地装置 spd 直击雷地线与感应雷地线正确接法 直击雷地线与感应雷地线错误接法 接地 电气设备金属外壳的接地 接地 室内接地线 接地 等电位联结 等电位联结技术是我国20世纪90年代出现的新技术 在具体的实践中 等电位联结就是把建筑物内 附近的所有金属物 如建筑物的基础钢筋 自来水管 煤气管及其金属屏蔽层 电力系统的零线 建筑物的接地系统 用电气连接的方法连接起来 使整座建筑物成为一个良好的等电位体 等电位联结的目的就是使整个建筑物的正常非带电导体处于电气连通状态 防止设备与设备之间 系统与系