第7章--建筑防雷、接地系统及等电位联接分析.ppt

7建筑防雷 接地系统及等电位联接 防雷与接地是民用建筑电气设计中不可缺少的内容 配电系统图 电气平面布置图 照明 电气平面图 电话 电视 宽带平面图 防雷 接地平面图 等电位联接图 设计说明 包括接地做法 防雷 涉及到对建筑物内部的设备安全 雷和闪电是常见的自然现象 雷击建筑物和电力设备往往造成极大的危害 接地 涉及到建筑物的供电系统 设备及人身的安全 电气设备接地或接零是保护电气设备的重要手段 7 1民用建筑的防雷保护 7 1 1雷电的形成及对建筑物的危害一 雷电的产生 所谓雷电就是雷云之间或雷云对大地的放电现象 由于放电时的温度高达26000 空气受热急剧膨胀 发生强烈的弧光和声音 这就是闪电和雷鸣 二 建筑物遭受雷击的一般情况 1 直接雷击 2 雷电感应 3 雷电波侵入 4 雷击电磁脉冲 5 雷电 反击 三 雷电对建筑物的危害 雷电的热效应和机械效应 雷电的电磁效应 雷电的危害 美国科罗拉多州丹佛市雷暴光顾 美国纽约帝国大厦遭到强雷暴袭击 雷电的危害 雷电的危害 美国芝加哥市地标建筑威利斯大厦和川普国际大厦同时遭遇雷击 雷电的危害 尼泊尔加德满都 两道巨大的雷电光顾 雷电的危害 闪电击向广东佛山一栋高楼 雷电的危害 希腊首都雅典一个雷雨天的夜晚 雷电的危害 中国广州 432米高的广州国际金融中心和一道雷电对接 雷电的危害 一架波音客机武汉上空遭雷击 1 直接雷击 特征 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 1 直接雷击 除了直接击中设备外 也可以是雷电击中架空线 如电力线 电话线等 雷电流便沿着导线进入设备 1 直接雷击 防止办法 一般采用由接闪器 引下线 接地装置构成的防雷装置防雷 引下线 接闪器 接地装置 2 雷电感应 特征 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 防止办法 将感应电荷的屋顶金属通过引下线 接地装置泄入大地 3 雷电波侵入 特征 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 据统计 这种雷电侵入波占系统雷害事故的50 以上 防止办法 一般在线路进入建筑物处安装避雷器进行防护 亦称 传导雷 4 雷击电磁脉冲 特征 雷电直接击在建筑物防雷装置或建筑物附近所引起的效应 防止办法 屏蔽 接地和等电位连接 设置电源保护器等 它是一种干扰源 绝大多数是通过连接导体的干扰 如雷电流或部分雷电流 被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰 5 雷电 反击 特征 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 防止办法 使被保护物与直击雷防护装置保持一定的安全距离 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 7 1 2建筑物落雷的相关因素和民用建筑的防雷分类 一 建筑物遭受雷击的相关因素一般来说 建筑的落雷与以下诸因素有关 1 建筑物的高度和孤立程度 2 建筑物的结构 屋顶为金属结构的建筑物 地下埋设的金属管道 3 建筑物的性质 如内部有大量金属设备的厂房或排放导电尘埃的工厂等 4 特别潮湿的建筑物和地下水位较高的地方 5 金属矿藏地区 由于一下金属矿的存在 容易引起雷电感应 从而造成雷击 6 建筑物的突出部位易受雷击且与房屋坡度有关 雷击率最高部位 易受雷击部位 不易受雷击的屋脊或屋檐 不同屋面坡度建筑物的易受雷击部位 c d a 平屋面 b 坡度不在于的屋面 c 坡度大于的屋面 d 坡度大于的屋面 1 10 1 10 1 2 b a 二 民用建筑的防雷分类1 第一类防雷民用建筑物 具有特别重要用途的建筑物 国家级文物保护的建筑物及构筑物 超高层建筑物 如40层及以上的住宅建筑 高度超过100m的其它建筑 2 第二类防雷民用建筑 重要的或人员密集的大型建筑 省级文物保护的建筑物及构筑物 19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其它建筑 省级及以上的大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物 3 第三类防雷民用建筑物 建筑群中高于其他建筑物或处于边缘地带的高度为20m以上的建筑物 在雷电活动强烈地区高度为15m以上的建筑物 高度超过15m的烟囱 水塔等孤立建筑物 历史上雷电事故严重地区的建筑物或雷电事故较多地区的较重要的建筑物 建筑物年计算雷击次数达到0 01及以上的民用建筑 因第三类防雷建筑物种类较多 规定也比较灵活 应结合当地气象 地形 地质及周围环境等因素确定 7 1 3民用建筑的防雷措施和防雷装置 民用建筑的防雷措施是要防止 直接雷 雷电波侵入 1 防直接雷的装置 接闪器 引下线 接地装置 引下线 接闪器 接地装置 一 一般的防雷措施及其防雷装置 接闪器 引下线 接地装置 避雷针 避雷带 避雷网 针长1m以下 圆钢 12mm 钢管 20mm 针长1 2m 圆钢 16mm 钢管 25mm 圆钢 8mm 扁钢截面S 48mm2 厚度 4mm 圆钢 8mm 扁钢截面S 48mm2 厚度 4mm 人工接地体 自然接地体 明敷引下线 断接卡 人工接地极 2 防雷电波侵入的措施 把进入建筑物的各种线路及金属管道采用全线埋地引入 并在入户端将电缆的金属外皮 钢管及金属管道与接地装置连接 对电缆进出线 应在进出端将电绕的金属外皮 钢管等与电气设备接地相连 当电缆转换为架空线时 应在转换处装设避雷器 避雷器 电缆金属外皮和绝缘子铁脚 金具等应连在一起接地 其冲击接地电阻不宜大于30 阀型避雷器 a 结构图 1 间隙 2 可变电阻 3 瓷瓶 b 接线图 1 避雷器 2 变压器 阀式避雷器在墙上安装及接线 3 防间接 感应 雷的措施 将建筑物的金属框架 房屋中的大型金属物品 全部加以良好的接地处理来消除 防雷装置与建筑物内外电气设备 电线或其它金属线的绝缘距离应符合防雷的安全距离 将相互靠近的金属物体全部可靠地连成一体并加以接地的办法来消除 二 各类建筑物防雷措施 10 2 1接地概述 接地示意图 接地体周围电场分布 10 2接地和接零 电气设备接地的目的 保证人身安全 保证电气设备及建筑物的安全 接地电阻 指电流从埋入地中的接地体流向周围土壤时 接地体与大地远处的电位差与该电流之比 而不是指接地体的表面电阻 10 2 2接地类型和作用 一 工作接地能够保证电气设备在正常的事故情况下可靠地工作而进行的接地 称为工作接地 如变压器的中性点直接接地 能起维持相线对地电压不变的作用 变压器的中性点经消弧线圈接地 能在单相碰地时消灭接地短路点的电弧 避免系统出现过电压 防雷系统的接地 可以对地泄放雷电流 二 保护接地在中性点不接地的低压系统中 将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接 接地保护示意图 IM RE一般为4 10 RM一般为1000 注 在中性点不接地的系统中 只允许采用保护接地 而不允许采用保护接零 三 保护接零 电源中性点接地系统采用保护接地的危险示意图 中性线与零线的区别 在中性点接地的系统中不允许采用保护接地 U IE IE RE Up IE 27 5A 4 4 220 U IERE 27 5 4 110V 接零保护示意图 在中性点接地的系统中 将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与零线作良好的金属连接 四 重复接地 采用保护接零时 除系统的中性点工作接地外 将零线上的一点或多点与地再做金属连接 称为重复接地 重复接地的作用 7 2 3常见保护接地方式国际电工委员会 IEC 对系统接地的文字代号规定 第1个字母表示电源侧的接地状态 即T 表示直接接地 I 表示不直接接地或经阻抗接地 第2个字母表示负载侧的接地状态 即T 表示电气设备外露导体的接地与系统接地相互独立 N 表示负载侧接地与系统工作接地直接作电气连接 即中性线在电源外接地 第3 4个字母表示中性线和保护线是否合用导线 即C 表示合用 S 表示各用各的 一 IT系统 IT系统适用于环境不良 易发生单相接地故障的场所 以及易燃 易爆的场所 如煤矿 化工厂 纺织厂等 二 TT系统 TT接地系统 缺点 发生单相碰壳故障时 接地电流不大 保护装置可能不动作 绝缘不良引起漏电时 因漏电电流往往不大 不可能使线路保护装置动作 因此 TT系统必须加装漏电保护开关 才能成为较为完善的保护系统 TT系统在国外被广泛应用 在国内仅限于局部对接地要求高的电子设备场合 三 TN系统电力系统的电源变压器的中性点直接接地 根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式又可分三类 TN C系统 三相四线制 TN C系统示意图 其特点是 电源变压器中性点接地 保护零线 与工作零线 共用 它是利用中性点接地系统的中性线 零线 作为故障电流的回流导线 当电气设备相线碰壳 故障电流经零线回到中点 由于短路电流大 因此可采用过电流保护器切断电源 系统一般采用零序电流保护 系统适用于三相负荷基本平衡场合 如果三相负荷不平衡 则 线中有不平衡电流 再加一些负荷设备引起的谐波电流也会注入 从而中性线 带电 且极有可能高于 它不但使设备机壳带电 对人身造成不安全 而且还无法取得稳定的基准电位 系统应将 线重复接地 其作用是当接零的设备发生相与外壳接触时 可以有效地降低零线对地电压 由上可知 TN C系统存在以下缺陷 当三相负载不平衡时 在零线上出现不平衡电流 零线对地呈现电压 当三相负载严重不平衡时 触及零线可能导致触电事故 通过漏电保护开关的零线 只能作为工作零线 不能作为电气设备的保护零线 这是由于漏电开关的工作原理所决定的 对接有二极漏电保护开关的单相用电设备 如用于TN C系统中其金属外壳的保护零线 严禁与该电路的工作零线相连接 也不允许接在漏电保护开关前面的PEN线上 但在使用中极易发生误接 重复接地装置的连接线 严禁与通过漏电开关的工作零线相连接 TN S系统 三相五线制 TN S系统示意图 整个系统的中性线 与保护线 是分开的 当电气设备相线碰壳 直接短路 可采用过电流保护器切断电源 当 线断开 如三相负荷不平衡 中性点电位升高 但外壳无电位 线也无电位 系统PE线首末端应做重复接地 以减少PE线断线造成的危险 系统适用于工业企业 大型民用建筑 使用 系统必须注意几个问题 保护零线绝对不允许断开 否则在接零设备发生带电部分碰壳或是漏电时 就构不成单相回路 电源就不会自动切断 就会产生两个后果 一是使接零设备失去安全保护 二是使后面的其他完好的接零设备外壳带电 引起大范围的电气设备外壳带电 造成可怕的触电威胁 同一用电系统中的电器设备绝对不允许部分接地部分接零 否则当保护接地的设备发生漏电时 会使中性点接地线电位升高 造成所有采用保护接零的设备外壳带电 保护接零PE线的材料及连接要求 保护零线的截面应不小于工作零线的截面 并使用黄 绿双色线 与电气设备连接的保护零线应为截面不少于2 5mm2的绝缘多股铜线 保护零线与电气设备连接应采用铜鼻子等可靠连接 不得采用铰接 电气设备接线柱应镀锌或涂防腐油脂 保护零线在配电箱中应通过端子板连接 在其他地方不得有接头出现 TN C S系统 三相四线与三相五线混合系统 TN C S系统示意图 它由两个接地系统组成 第一部分是 系统 第二部分是 系统 其分界面在 线与 线的连接点 当电气设备发生单相碰壳 同 系统 当 线断开 故障同 系统 7 3住宅建筑的等电位联接 7 3 1等电位联接的作用随着强制性规范 住宅电气设计规范 GB50096 1999于1999年6月1日的开始实施 原先合乎规范要求的TN C系统已不再使用于住宅低压配电系统了 现代住宅电气的设计和安装有了明确的依据 新规范是 以人为本 在保证 适用 安全 卫生 美观 的前提下 对住宅安全方面提出了相当严格的要求 新的 住宅设计规范 与旧规范GBJ96 86相比较 在安全方面的要求更为严格 主要有下列4点 1 每栋住宅总电源进线断路器应具有漏电保护功能 2 除空调电源插座外 其他电源插座电路应设有漏电保护功能 3 住宅配电系统的设计应采用TT TN C S或TN S接地方式 并进行等电位联接 4 卫生间等潮湿场所宜采用局部等电位联结 等电位联结是将建筑物中各电气装置和其它装置外露的金属及可导电部分与人工或自然接地体同导体连接起来以达到减少电位差称为等电位联结 等电位联结有总等电位联结 局部等电位联结和辅助等电位联结 等电位联结是低压交流配电系统防止电击事故的主要措施之一 它可大幅度地降低在接地放情况下人所遭受的接触电压 由分析结果可知 它比重复接地降低接触电压幅度的效果要好很多 这样 即使在接地故障保护失灵的情况下 也能达到在较大限度范围内消除触电伤亡事故 7 3 2总等电位联结 局部等电位联结和辅助等电位联结 一 总等电位联结 MEB 总等电位联结是在建筑物内将保护干线 接线干线或总接地端子 建筑物内公用管道 如水管 和类似金属件以及可资利用的建筑物的金属构件 集中采暖管和空调系统相互联结 并将进入建筑物的这类金属部件及管道在建筑物内靠近入口处连接 使电位均衡 降低接触电压 并消除电源线路引入建筑物的危险电压 其目的是使人所能同时触及的外露导电部