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1、第14章 建筑物防雷及接地系统14.1雷电危害雷电危害 14.2建筑物的防雷分类建筑物的防雷分类14.3建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施14.4防雷装置防雷装置14.5建筑物防雷计算建筑物防雷计算 14.6接地系统概述接地系统概述14.7低压系统的接地形式低压系统的接地形式 14.8电气装置保护接地的范围电气装置保护接地的范围 14.9接地电阻接地电阻 14.10等电位联结等电位联结14.1 雷电的危害雷电的危害在电力系统中,雷电是主要的自然灾害之一。它可能造成建筑物和设备损坏、停电、火灾、爆炸,也可能危及人身安全。1)雷电放电产生高温引起厂房着火,设备损坏。2) 雷电放电产生强烈机械效应造成
2、厂房或设备损坏。3) 雷电放电时,静电和电磁感应对厂房和设备造成破坏。4) 雷电放电造成附近人员伤亡。14.2建筑物的防雷分类建筑物的防雷分类14.3 建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施1.基本规定各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置,并应采取防闪电电涌侵入的措施。第一类防雷建筑物和表14-1中第二类防雷建筑物的 57款所规定的第二类防雷建筑物,还应采取防闪电感应的措施。各类防雷建筑物应设内部防雷装置,并应符合下列规定:1) 在建筑物的地下室或地面层处,以下物体应与防雷装置做防雷等电位联结: 建筑物金属体。 金属装置。 建筑物内系统。 进出建筑物的金属管线。14.3 建筑物的防雷措施建筑物的
3、防雷措施2) 除1)采取的措施外,外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间,还应满足间隔距离的要求。表14-1中第二类防雷建筑物的24款所规定的第二类防雷建筑物还应采取防雷击电磁脉冲的措施。其他各类防雷建筑物,当其建筑物内系统所接设备的重要性高,以及所处雷击磁场环境和加于设备的闪电电涌无法满足要求时,也应采取防雷击电磁脉冲的措施。3)建筑物防雷不应采用装有放射性物质的接闪器。4)新建建筑物防雷应根据建筑及结构形式与相关专业配合,宜利用建筑物金属结构及钢筋混凝土结构中的钢筋等导体做防雷装置。5)年平均雷暴日数应根据当地气象台(站)的资料确定14.3 建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施
4、14.4 防雷装置防雷装置1.接闪器1)专门敷设的接闪器应由下列的一种或多种组成: 独立接闪杆。 架空接闪线或架空接闪网。 直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网。2)接闪器的材料、结构和最小截面应符合表14-9的规定。2.引下线1)引下线的材料、结构和最小截面应按表14-9的规定取值。2)明敷引下线固定支架的间距不宜大于表14-12的规定。3)引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢,宜优先采用圆钢。4)专设引下线应沿建筑物外墙外表面明敷,并经最短路径接地;建筑外观要求较高者可暗敷,但其圆钢直径不应小于10mm,扁钢截面不应小于80mm2。14.4 防雷装置防雷装置在易受机械损伤之处,地面上1.7m
5、至地面下0.3m的一段接地线应采用暗敷或采用镀锌角钢改性塑料管或橡胶管等加以保护。8)第二类防雷建筑物或第三类防雷建筑物为钢结构或钢筋混凝土建筑物时,在其钢构件或钢筋之间的连接满足GB500572010建筑物防雷设计规范规定并利用其作为引下线的条件下,当其垂直支柱均起到引下线的作用时,可不要求满足专设引下线的间距。6)采用多根专设引下线时,应在各引下线上于距地0.31.8m装设断接卡。5)建筑物的钢梁、钢柱、消防梯等金属构件以及幕墙的金属立柱宜作为引下线,但其各部件之间均应连成电气贯通,可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接;其截面应按表14-9的规定取值;各金属构件可被覆有绝
6、缘材料。14.4 防雷装置防雷装置1)接地体的材料、结构和最小尺寸应符合表14-14的规定。2)在符合表14-15规定的条件下,埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢;埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。接地线应与水平接地体的截面相同。3)人工钢质垂直接地体的长度宜为2.5m。其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5m,当受地方限制时可适当减小。4)人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m,并宜敷设在当地冻土层以下,其距墙或基础不宜小于1m。接地体宜远离由于烧窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。14.4 防雷装置防雷装置5)在敷设于土壤中的接地体连接到混凝
7、土基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下,土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。6)在高土壤电阻率的场地,降低防直击雷冲击接地电阻宜采用下列方法:7)防直击雷的专设引下线距出入口或人行道边沿不宜小于3m。8)接地装置埋在土壤中的部分,其连接宜采用放热焊接;当采用通常的焊接方法时,应在焊接处做防腐处理。14.4 防雷装置防雷装置4.防雷装置使用的材料1)防雷装置使用的材料及其应用条件宜符合表14-15的规定。2)做防雷等电位连接各连接部件的最小截面,应符合表14-16的规定。连接单台或多台级分类试验或 D1类电涌保护器的单根导体的最小截面,尚应按下式计算14.4 防雷装置防雷装置表14
8、-15防雷装置的材料及使用条件14.4 防雷装置防雷装置表14-16防雷装置各连接部件的最小截面14.5建筑物防雷计算建筑物防雷计算1.建筑物年预计雷击次数的计算建筑物年预计雷击次数是指一年内,某建筑物单位面积内遭受雷电袭击的次数,具体数值与建筑物等效面积、当地雷暴日及建筑物地况有关。年预计雷击次数是建筑防雷必要性分析的一个指标,计算见表14-17。2.建筑物易受雷击的部位建筑物易受雷击的部位见表14-18。14.5建筑物防雷计算建筑物防雷计算表14-18建筑物易受雷击的部位14.5建筑物防雷计算建筑物防雷计算 图14-3单支接闪杆的保护范围h接闪杆高度(m)hx被保护物的高度(m)hr滚球半
9、径(m)rx接闪杆在hx水平面上的保护半径(m)14.5建筑物防雷计算建筑物防雷计算3.单支接闪杆的保护范围从雷电的危害中可以看出,无论对生产厂房、建筑物、设备或工作人员,危害最大的是直击雷。防止直击雷的最有效办法是装设接闪杆。接闪杆是将雷电吸引到自己身上来,把天空中积云的雷电流安全地导入大地,从而大大减少雷电向其附件物体放电的可能,以达到保护的作用。单支接闪杆的保护范围按下列方法确定,如图14-3所示。接闪杆在地面上的保护半径可按下式计算14.6接地系统概述接地系统概述1.基本概念(1)地(2)接地(3)接地极 (4)接地导体(接地线)为系统、装置或设备的给定点与接地极或接地网之间提供导电通
10、路或部分导电通路的导体。(5)接地装置(接地极系统)由接地极、接地导体、总接地端子或接地母线组成的系统称为接地极系统(接地装置)。一般取总接地端子或接地母线为电位参考点。(6)接地配置(接地系统)一个系统、装置或设备的接地所包含的全部电气连接和器件。14.6接地系统概述接地系统概述2.接地的分类根据接地的不同作用,一般分为功能性接地和保护性接地两大类(1)功能性接地1)系统接地。2)信号电路接地。(2)保护性接地1) 电气装置保护接地。2) 雷电防护接地。3) 防静电接地。4) 阴极保护接地。(3)功能和保护兼有的接地14.6接地系统概述接地系统概述3.共用接地根据电气装置的要求,接地配置可以
11、兼有或分别地承担防护和功能两种功能。对于防护目的的要求,始终应当予以优先考虑。建筑物内通常有多种接地,如电力系统接地、电气装置保护接地、电子信息设备信号电路接地、防雷接地等。1) 每幢建筑物本身应采用一个接地系统。2) 各个建、构筑物可分别设置本身的共用接地系统。每个独立接闪杆或每组接闪线是单独的一个构筑物,应有各自的接地装置。3) 功能上密切联系的一组邻近建、构筑物,宜设置一套共用接地系统。4) 在一定条件下,变电所的保护接地和低压系统接地可以共用接地装置。14.7低压系统的接地型式低压系统的接地型式1.低压系统接地型式的表示方法以TN-C系统为例,第一个字母表示电源端对地的关系,第二个字母
12、表示电气装置的外露可导电部分对地的关系,短横线“-”后的字母(如果有)用来表示中性导体与保护导体的配置情况。以拉丁字母作为代号,其意义为:T电源端有一点直接接地;I电源端所有带电部分不接地或有一点经高阻抗接地;T电气装置的外露可导电部分直接接地,此接地点在电气上独立于电源端的接地点;N电气装置的外露可导电部分与电源端接地有直接电气连接;S中性导体和保护导体是分开的;C中性导体和保护导体是合一的。14.7低压系统的接地型式低压系统的接地型式3.系统接地型式的选用(1)TN-C系统由于整个系统的N线和PE线是合一的,虽节省一根导线但其安全水平较低。如系统为一单相回路,当PEN线中断或导电不良时,设
13、备金属外壳对地将带220V的故障电压,电击死亡的危险很大;并且不能装用RCD来防电击和接地电弧火灾。因PEN线不允许被切断,检修设备时不安全。PEN线因通过中性线电流,对信息系统和电子设备易产生干扰等。由于上述原因,目前已很少采用。(2)TN-S系统因PE线正常不通过工作电流,其电位接近地电位,不会对信息技术设备造成干扰,能大大降低电击或火灾危险,较为安全。特别适用于设有对低压电气装置供电的配电变压器的下列工业与民用建筑:14.7低压系统的接地型式低压系统的接地型式1)对供电连续性或防电击要求较高的公共建筑、医院、住宅等民用建筑。2)单相负荷较大或非线性负荷较多的工业厂房。3)有较多信息技术系
14、统以及电磁兼容性EMC要求较高的通信局站、计算机站房、微电子厂房及科研、办公、金融楼等场所。4)有爆炸、火灾危险的场所。(3)TN-C-S系统在独立变电所与建筑物之间为TN-C系统,但进建筑物后采用N与PE分开的TN-S系统,其安全水平与TN-S系统相仿,因此宜用于未附设配电变压器的上述TN-S中所列建筑和场所的电气装置。(4)TT系统(5)IT系统14.7低压系统的接地型式低压系统的接地型式4. TN系统与TT系统的兼容性1)同一电源供电的不同建筑物,可分别采用TN系统和TT系统。各建筑物应实施总等电位联结。2)同一建筑物内宜采用TN系统或TT系统中的一种。这是因为TT系统需要分设接地极,在
15、同一建筑物内难以实施。3)如能分设接地极,同一建筑物内可以兼容TN系统和TT系统。TN系统可以向总等电位联结区以外的局部TT系统(如室外照明)供电。14.7低压系统的接地型式低压系统的接地型式5.IT系统与TN或TT系统的兼容性1)同一电源供电范围内,IT系统不能与TN系统或TT系统兼容。同一电源供电范围是指由同一变压器或发电机供电的有直接电气联系的系统。2)同一建筑物内IT系统可以与TN系统或TT系统兼容,只要IT系统与T字头的系统不并联运行。14.8电气装置保护接地的范围电气装置保护接地的范围根据GB/T 500652011交流电气装置的接地设计规范的规定和要求,电气装置和设施的接地应符合
16、下列规定和要求。1)电力系统、装置或设备的下列部分(给定点)均应接地: 有效接地系统中部分变压器的中性点和有效接地系统中部分变压器、谐振接地、低电阻接地以及高电阻接地系统的中性点所接设备的接地端子。 高压并联电抗器中性点接地电抗器的接地端子。 电动机、变压器和高压电器等的底座和外壳。 发电机中性点柜的外壳、发电机出线柜、封闭母线的外壳和变压器、开关柜等(配套)的金属母线槽等。 气体绝缘金属封闭开关设备的接地端子。14.8电气装置保护接地的范围电气装置保护接地的范围 配电、控制和保护用的屏(柜、箱)等的金属框架。 箱式变电站和环网柜的金属箱体等。 发电厂、变电站电缆沟和电缆隧道内,以及地上各种电
17、缆金属支架等。 屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构,以及靠近带电部分的金属围栏和金属门。 电力电缆接线盒、终端盒的外壳,电力电缆的金属护套或屏蔽层,穿线的钢管和电缆桥架等。14.8电气装置保护接地的范围电气装置保护接地的范围14.8电气装置保护接地的范围电气装置保护接地的范围2)附属于高压电气装置和电力生产设施的二次设备等的下列金属部分可不接地: 在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内,交流标称电压380V及以下、直流标称电压220V及以下的电气装置外壳,但当维护人员可能同时触及电气装置外壳和接地物件时除外。 安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳,以
18、及当发生绝缘损坏时在支持物上不会引起危险电压的绝缘子金属底座等。 安装在已接地的金属架构上,且保证电气接触良好的设备。 标称电压220V及以下的蓄电池室内的支架。14.9接地电阻接地电阻1.基本规定高、低压供配电系统及配电装置接地电阻见表14-20。2.接地电阻值各类电气装置要求的接地电阻值,见表14-21。3.接地装置确定变电站接地网的型式和布置时,考虑保护接地要求,应尽量降低接触电位差和跨步电位差。1)高压电气装置接地的一般规定。 电力系统、装置或设备应按规定接地。接地装置应充分利用自然接地极,但应校验自然接地极的热稳定性。14.9接地电阻接地电阻 不同用途、不同额定电压的电气装置或设备除
19、另有规定外,应使用一个总的接地网,接地电阻应符合其中最小值的要求。 设计接地装置时,应考虑土壤干燥或降雨和冻结等季节变化的影响,接地电阻、接触电位差和跨步电位差在四季中均应符合要求,但雷电保护接地的接地电阻,可只考虑在雷季中土壤干燥状态的影响。2)110kV及以上有效接地系统和635kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时,变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过由下列二式计算所得的数值14.9接地电阻接地电阻3)666kV不接地、谐振接地和高电阻接地的系统,发生单相接地故障后,当不迅速切除故障时,发电厂和变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列二式计算所得的数值Ut=50
20、+0.05sCs(14-42)Us=50+0.2sCs(14-43)注:上述式(14-40)式(14-41)推导中的人体电阻按1500考虑。表层衰减系数Cs可按图14-4查取。14.9接地电阻接地电阻图14-4Cs与h和K的关系曲线14.9接地电阻接地电阻图中,K为不同电阻率土壤的反射系数;h 为表层土壤厚度,单位为m。K按式(14-44)计算。14.9接地电阻接地电阻在工程实践中,若对地网上方跨步电位差和接触电位差允许值的计算精度要求不高(误差在5%以内)时,也可采用下式计算14.9接地电阻接地电阻4.接地电阻的计算1)单独接地极或杆塔接地装置的冲击接地电阻可按下式计算Ri=R(14-46)
21、2)当接地装置由较多水平接地极或垂直接地极组成时,垂直接地极的间距不应小于其长度的两倍;水平接地极的间距不宜小于5m。由n根等长水平放射形接地极组成的接地装置,其冲击接地电阻可按下式计算14.9接地电阻接地电阻表14-22接地极的冲击利用系数i14.10等电位联结等电位联结1.等电位联结的作用建筑物的低压电气装置应采用等电位联结以降低建筑物内间接接触电压和不同金属物体间的电位差;避免自建筑物外经电气线路和金属管道引入的故障电压的危害;减少保护电器动作不可靠带来的危险和有利于避免外界电磁场引起的干扰、改善装置的电磁兼容性。2.等电位联结的分类按等电位联结的作用可分为保护等电位联结(如防间接接触电
22、击的等电位联结或防雷的等电位联结)和功能等电位联结(如信息系统抗电磁干扰及用于电磁兼容EMC的等电位联结)。按等电位联结的作用范围分为总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。14.10等电位联结等电位联结(1)总等电位联结每个建筑物内的接地导体、总接地端子和下列可导电部分应实施保护等电位联结:1)进入建筑物的供应设施的金属管道,如燃气管、水管等。2)在正常使用时可触及的装置外可导电结构、集中供热和空调系统的金属部分。3)便于利用的钢筋混凝土结构中的钢筋。从建筑物外进入的上述可导电部分,应尽可能在靠近入户处进行等电位联结。通信电缆的金属护套应作保护等电位联结,这时应考虑通信电缆的业主或管理
23、者的要求。(2)局部等电位联结在一局部范围内将各可导电部分连通,称为局部等电位联结。可通过局部等电位联结端子板将PE母线(或干线)、金属管道、建筑物金属体等相互连通。14.10等电位联结等电位联结下列情况需作局部等电位联结:1) 当电源网络阻抗过大,使自动切断电源时间过长,不能满足防电击要求时。2) 由TN系统同一配电箱供电给固定式和手持式、移动式两种电气设备,而固定式设备保护电器切断电源时间不能满足手持式、移动式设备防电击要求时。3) 为满足浴室、游泳池、医院手术室等场所对防电击的特殊要求时。4) 为避免爆炸危险场所因电位差产生电火花时。(3)辅助等电位联结将伸臂范围内可同时触及的导电部分用
24、导体直接联结,使其电位相等,称为辅助等电位联结,适用于需联结部分少的情况。等电位联结示意图如图14-5所示。(4)等电位联结线(保护联结导体)的截面14.10等电位联结等电位联结表14-23等电位联结线的截面14.10等电位联结等电位联结14.10等电位联结等电位联结(5)等电位联结线的安装1) 金属管道上的阀门、仪表等装置需加跨接线连成电气通路。2) 煤气管入户处应插入一绝缘段(如在法兰盘间插入绝缘板)并在此绝缘段两端跨接火花放电间隙,由煤气公司实施。3) 导体间的连接可根据实际情况采用焊接或螺栓连接,要求做到连接可靠。4) 等电位联结线应有黄绿相间的色标,在总等电位联结端子板上刷黄色底漆并作黑色“”标记。14.10等电位联结等电位联结思考题1.民用建筑的防雷等级是怎么划分的?工业建筑的防雷等级是怎么划分的?2.雷电对建筑物的破坏作用有哪些?3.现代建筑物防雷装置主要有哪些?防雷装置的工作原理是什么?4.我们通常见到的接地型式主要有哪些?5.建筑物为什么要进行等电位联结?常用的等电位联结都有哪些?如何选择等电位联结的导线?本章完本章完谢谢！谢谢！
