华侨大学《建筑设备》第17章

1、第17章 建筑防雷与接地,17.1建筑物的防雷措施17.2建筑物的接地系统17.3等电位联结17.4安全用电,17.1建筑物的防雷措施,17.1.1防雷系统的构成17.1.2接闪器(避雷带） 17.1.3引下线17.1.4接地装置17.1.5防侧击雷,17.1.1防雷系统的构成,1.雷击的种类2.建筑物防雷系统的构成3.防雷装置,1.雷击的种类,通常所谓的雷击是指一部分带电荷的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。 云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人畜没有很大影响。然而，云层对大地的放电，则对

2、建筑物、电子电气设备和人畜危害甚大。 通常雷击有三种主要形式：其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做直击雷；其二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷，当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应而发生高电压，以致发生闪击的现象，这种形式的雷击叫做二次雷，或称感应雷；其三是球形雷。,雷暴日 指某地区一年中有雷电放电的天数，在一天中只要听到一次以上的雷声就记录成一个雷暴日，它反映了各地区雷电活动的频繁程度，是防雷设计的重要依据。年平均雷暴日数越多，说

3、明该地区雷电活动越频繁，防雷要求越高。 年预计雷击次数 反映某建筑物一年时间内可能会遭受雷击的次数，与建筑物等效面积、当地雷暴日及建筑物地况有关。,建筑物按其重要程度、使用性质，以及发生雷电事故的可能性和发生雷电事故的后果，分为三类： 1. 有下列情况之一者，应属于第一类防雷建筑物： 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，因电火花引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。,2. 根据JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范，下列民用建筑物，应划为第二

4、类防雷建筑物： 国家级的会堂、档案馆、大型博物展览建筑物、办公建筑物；国宾馆、大型旅游建筑物；国际港口客运站；特大型、大型铁路旅客站；国际性的航空港、通信枢纽。 国家级计算中心、国家级通信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。 国家级重点文物保护建筑物。 高度超过100m的建筑物。 建筑物的年预计雷击次数N0.06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。 建筑物的年预计雷击次数N0.3的住宅、办公楼等一般民用建筑物。,3. 根据JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范，下列民用建筑物， 应划为第三类防雷建筑物 省级重点文物保护建筑和省级档案馆。 省级大型计算中心

5、与装有重要电子设备的建筑物。 19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。 年预计雷击次数，在0.012N0.06之间的部、省级办公建筑物及其他重要的或人员密集的公共建筑物。 年预计雷击次数， 在0.06 N0.3之间的住宅、办公楼等一般民用建筑物。 建筑群中最高的建筑物或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物。 通过调查确认当地遭受过雷击灾害的类似建筑物；历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的较重要建筑物。 在年平均雷暴日Td15da的地区，高度15m的烟囱、水塔等孤立的高耸构筑物；以及在年平均雷暴日Td15da的地区，高度20m的烟囱、水塔等孤立的高耸构筑物。,2.建筑物防雷

6、系统的构成,现代建筑物的综合防雷系统包括了直击雷、侧击雷、感应雷防护三大部分。 建筑物防雷设施的三大部分是从其对雷电的不同危害形式的防护功能上来区分的。一套完善的防雷设施，为了实现其对不同雷害的防护目的，必须采取接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施。因此，建筑物防雷设施应包括避雷器、避雷针、避雷带、避雷网格、引下线、接地体、均压环、等电位八个技术环节。,3.防雷装置,防雷装置是接闪器、引下线、接地装置、过电压保护器及其他连接导体的总和。 接闪器是指直接接受雷击的避雷针、避雷带(线)、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。 引下线是指连接接闪器和接地装置的金属导体。 接地装置是接地体和接

7、地线的总和。,17.1.2接闪器,1.接闪器的保护范围2.接闪器的选用,1.接闪器的保护范围,图17-1单支避雷针的保护范围a)剖面图b)立体图,2.接闪器的选用,表17-1接闪器材料规格,表17-2不同防雷类别的接闪器规格,接闪器有多种型式。常见的有避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等。 避雷针 为金属材料，棒状的接闪器，一般采用镀锌圆钢(针长1m以下时直径不小于12mm、针长12m时直径不小于16mm、烟囱顶上的针直径不小于20mm)或镀锌焊接钢管(针长1m以下时内径不小于20mm、针长12m时内径不小于25mm、烟囱顶上的针直径不小于40mm)制成。它既可以附设式安装又可以独立式安装。,避雷

8、线 又称架空地线，常架设在杆塔顶部，保护下面的架空电力线路等狭长物体。其保护原理与避雷针相似。避雷线宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。,避雷带与避雷网 避雷带是指沿建筑物檐角、屋角、屋脊、屋檐、女儿墙等最可能受雷击的地方敷设的防直击雷的金属导体。当屋顶面积较大时，中间需增加敷设金属导体，形成网格状，就成了避雷网。避雷网的网格尺寸要求见规范。避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2并且其厚度不应小于4mm。,表17-3引下线的选用,17.1.3引下线,引下线 是指连接接闪器与接地装置的金属导体。防雷装置的引下线应满足机械强度、热稳定以

9、及耐腐蚀的要求。 根据JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范规定：建筑物防雷装置宜利用建筑物钢筋混凝土内的钢筋，或采用圆钢、扁钢作为引下线。作为防雷引下线的钢筋，当钢筋直径大于或等于16mm时，应将两根钢筋绑扎或焊接在一起，作为一组引下线；当钢筋直径大于或等于10mm且小于16mm时，,应利用四根钢筋绑扎或焊接作为一组引下线。当采用圆钢作引下线时，直径不应小于8mm。当采用扁钢时，截面不应小于48mm2，厚度不应小于4mm。装设在烟囱上的引下线，圆钢直径要求不应小于12mm，扁钢截面不应小于100mm2且厚度不应小于4mm。 专设的引下线宜沿建筑物外墙明敷设，并应以较短路径接地。 对建筑外

10、观要求较高者，可暗敷，但截面应加大一级。,17.1.4接地装置,装设接地装置要充分利用自然接地体，而以人工接地装置为补充，且接地装置的装设还应满足电气设备接地电阻值的要求。在人工接地体装置的布设上，要保证地面的电位尽可能地分布均匀，以保障人身安全。 接地体要求与大地有良好的、稳固的电气联系，与本体各导电部分之间有良好的电气连接，且无易燃易爆的危险。 在建筑中，一般利用建筑物和构筑物的钢筋混凝土基础作为(自然)接地体。它具有埋地深，与土壤的接触面大，接地电阻稳定性高，分布广，电位分布均匀的特点，因而被广泛采用。但在基础底部和外围应有绝缘良好的防水层，材质为防水水泥或其他导电不良的材料，基础中有非

11、连续结构时，则钢筋混凝土基础不宜作为接地体。,17.1.5防侧击雷,高层建筑物必然是钢筋混凝土结构或钢结构的建筑物，应充分使用其金属物做防雷装置的一部分，将其金属物尽可能连成整体。钢筋混凝土构件和钢构架中的钢筋应互相连接，构件之间必须连接成电气通路，使整个建筑物处于等压中。 金属幕墙、铝合金门窗框架等较大的金属物，如果距离地面等于滚球半径及以上时，应将其与防雷装置连接，这是首先应采取的防侧击雷的预防性措施。 金属幕墙的连接导体必须敷设在金属幕墙的金属立柱与连接着圈梁或柱子钢筋的预埋件之间，使金属幕墙与整个建筑物的防雷装置连接成电气通路。,17.2建筑物的接地系统,17.2.1接地的种类17.2

12、.2低压配电系统的接地方式17.2.3接地装置,17.2.1接地的种类,1.地电位2.接地,1.地电位,大地的电阻非常低、电容非常大，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。,2.接地,将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为接地。 电气装置是一定空间中若干相互连接的电气设备的组合。电气装置的接地部分则为外露导电部分。外露导电部分为电气装置中能被触及的导电部分，它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指金属外壳带电。有时为了安全保护的需要，将装置外导电部分与接地线相连进行接地。装置外导电部分也可称为外部导电部分，不属

13、于电气装置，一般是指水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位，一般是地电位。,17.2.2低压配电系统的接地方式,1. TN系统2. TT系统3. IT系统,1. TN系统,(1)TNS系统即五线制系统，三根相线分别是L1、L2、L3，一根零线N，一根保护线PE，仅电力系统中性点一点接地，用电设备的外露可导电部分直接接到PE线上。,图17-2TNS系统的接地方式,(2)TNC系统即四线制系统，三根相线L1、L2、L3，一根中性线与保护线合并的PEN线，用电设备的外露可导电部分接到PEN线上。,图17-3TNC系统的接地方式,图17-4TNCS系统的接地方式,(

14、3)TNCS系统即四线半系统，在TNC系统的末端将PEN线分开为PE线和N线，分开后不允许再合并。,2.TT系统,图17-5TT系统的接地方式,3. IT系统,图17-6IT系统的接地方式,17.2.3接地装置,1.接地装置的构成2.接地电阻3.共用接地4.等电位接地网,1.接地装置的构成,(1)接地体交流电力装置的接地体，在满足热稳定条件下，应充分利用自然接地体。 表17-4人工接地体的规格,(2)接地线1)电气设备的接地线尽量选用金属构件、混凝土构件内的钢筋，穿线的钢管和电缆的铅、铝外皮等。2)另设的钢接地体截面一般不大于160mm2。 3)铜或铝接地线的截面不小于表17-5中的数值。表1

15、7-5低压电力设备的铜或铝接地线的最小截面,2.接地电阻,表17-6不同接地装置的接地电阻,3.共用接地,智能化住宅的供电接地系统宜采用TNS系统，按规范宜采用一个总的共用接地装置，即统一接地体。 统一接地体为接地电位基准点，由此分别引出各种功能接地引线，利用总等电位联结和辅助等电位联结的方式组成一个完整的统一接地系统。 在智能建筑中，因为系统采用计算机参与管理或使用计算机作为工作工具，所以其接地系统宜采用单点接地并宜采取等电位措施。单点接地是指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。可从机柜引出三个相互绝缘的接地端子，再由引线引到总等电位铜排上共同接地。不允许把三种接

16、地联结在一起，再用引线接到总等电位铜排上。,4.等电位接地网,一般用直径10mm圆钢或10mm4mm扁钢焊接成接地网，网孔不小于4m。布置应尽量均匀，使接地网范围内电位尽量相近，在故障时同时触及两点不致造成电击。,17.3等电位联结,17.3.1总等电位联结(MEB)17.3.2局部等电位联结(LEB)17.3.3辅助等电位联结(SEB)17.3.4等电位联结的材料,17.3.1总等电位联结(MEB),图17-7总等电位联结系统,17.3.2局部等电位联结(LEB),按GB 500541995低压配电设计规范规定，采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结。而当电气装置或其某一部分的接地故

17、障保护不能满足规定要求时，尚应在局部范围内做局部等电位联结。 在浴室、游泳池、医院手术室等特别危险的场所，发生电气事故危险性较大，要求更低的接触电压，在这些局部范围内应有多个辅助等电位联结才能达到要求，这种联结称为局部等电位联结。一般局部等电位联结也有一个端子板或者成环形。简单地说，局部等电位联结可以看成是在局部范围内的总等电位联结。 局部等电位联结应通过局部等电位联结端子板将以下部分联结起来：PE母线或 PE干线；公用设施金属管道；尽可能包括建筑物金属构件；其他装置外可导电体和装置的外露可导电部分。,17.3.3辅助等电位联结(SEB),辅助等电位联结一般是电气装置的某部分接地故障保护不能满

18、足切断回路的时间要求时，作辅助等电位联结，把两导电部分之间联结后能满足降低接触电压，即满足 中R可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线段电阻()； Ia切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流(A)。 两导电部分之间连接后，只要能满足上式即可。 辅助等电位联结既可直接用于降低接触电压，又可作为总等电位联结的一个补充进一步降低接触电压。,表17-7等电位联结线导体截面积选择,17.3.4等电位联结的材料,17.4安全用电,17.4.1触电与触电救护17.4.2安全用电技术17.4.3漏电保护,17.4.1触电与触电救护,1.触电2.触电救护,

19、1.触电,(1)电击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。1)单相触电低压系统中，人体触电是由于人体的一部分直接或通过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之间形成了一个电流通路，这种触电方式为单相触电。2)两相触电低压系统中，人体两部分直接或通过导体间接分别触及电源的两相，在电源与人体之间构成了电流通路，这种触电方式称为两相触电。,3)跨步电压触电在高压接地点附近地面，当人的双脚踩在不同电位点时，人体承受的电压为跨步电压。 (2)电伤电伤是指由于电流的热效应、化学效应、机

20、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。,2.触电救护,(1)脱离电源使触电人很快脱离电源，是救护触电人的第一步，也是最重要的一步。1)如果开关距离救护人较近，应迅速地拉开开关，切断电源。2)如果开关距离救护人很远，可用绝缘手钳或装有干燥木柄的刀、斧、铁锹等将电线切断；但要防止被切断的电源线触及人体。3)当导线搭在触电人身上或压在身下时，可用干燥木棒、竹竿或其他带有绝缘手柄的工具，迅速将电线挑开，但不能直接用手或用导电的物件去挑电线，以防触电。,4)如果触电人衣服是干燥的，而且电线并非紧缠在其身上时，救护人员可

21、站在干燥的木板上用一只手拉住触电人的衣服把他拉离带电体，但这只适于低压触电的情况。5)如果是触电人在高空触电，还须采取安全措施，以防电源切断后，触电人从高空摔下致残或致死。 (2)急救处理当触电人脱离电源后，应依照具体情况，迅速对症救治，同时赶快派人请医生前来抢救。,1)如果触电人的伤害并不严重，神志尚清醒，只是有些心慌，四肢发麻，全身无力或者虽一度昏迷，但未失去知觉时，都要使之安静休息，不要走路，并密切观察其病变。2)如果触电人的伤害较严重，失去知觉，停止呼吸，但心脏微有跳动时，应采取口对口人工呼吸法。3)如果触电人伤害得相当严重，心跳和呼吸都已停止，人完全失去知觉时，则需采取口对口人工呼吸

22、和人工胸外挤压心脏两种方法同时进行。,17.4.2安全用电技术,1.电击防护措施2.电气隔离,1.电击防护措施,(1)直接电击保护直接电击保护又称正常工作的电击保护，也称为基本保护，主要是防止直接接触到带电体。 1)将带电体绝缘。2)用遮栏和外护物防护。3)用阻挡物防护。4)置于伸臂范围以外。5)采用 RCD(剩余电流保护装置，也称漏电断路器)。,(2)间接电击保护间接电击保护又称故障下的电击保护，也称附加保护，一般采用以下措施。 1)自动切断电源。 2)使用设备绝缘或采用相当绝缘的保护。(3)防止电击的接地方法就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地极之间做良好的金属连接，以保护人体的安全。,2.电气隔离,电气隔离防护的主要要求之一是被隔离设备或电路必须由单独的电源供电。单独的电源可以是一个隔离变压器，也可以是一个安全等级相当于隔离变压器的电源。 通常电气隔离是指采用电压比为11，即一次侧与二次侧电压相等的隔离变压器，实现工作回路与其他电气回路上的电气隔离。电气隔离实质上是将接地的电网转换为一个范围很小的不接地电网。,17.4.3