整理安全用电与建筑防雷.docx

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安全用电与建筑防雷

三、安全预评价报告的基本内容安全用电与建筑防雷

5.1安全用电

5.2接地电阻的测量

5.3建筑防雷

5.4等电位联接

5.5漏电保护器

5.1安全用电

1）触电的原因与触电的方式

（1）触电原因及危害

造成触电事故,往往是由于操作人员麻痹大意,违反电气操作规程;或是电气设备绝缘损坏,接地不良;或是进入高压线路的接地短路点以及遭雷击等原因.人体触电的危险性与通过体内的电流强弱,时间长短及电流的频率等有关.

表5.1表示电流通过人体不同部位时,心脏内流过的电流占人体触电电流的百分率.

5.1.1触电,急救与防护

（2）安全电压

一般而言,工频30mA电流,对人体是个临界值,当人体内通过30mA以上的交流电,将引起呼吸困难,自己已不能摆脱电源,所以有生命危险.于是,根据欧姆定律,对人体来讲,安全电压为

U=IRm=30×10-3×（800～1200）=24～36V

安全电压是指人体不戴任何防护设备时,触及带电体而不受电击或电伤,这个带电体的电压就是安全电压.严格地讲,安全电压是因人而异的,与触碰带电体的时间长短,与带电体接触的面积和压力等均有关系.

（3）触电方式

①直接触电

即人体的某一部位接触电气设备的带电导体,而另一部位与大地接触引起的触电,或同时接触到两相不同的导体.

②间接触电

人体接触到故障状态带电导体,而正常情况下该导体是不带电的.

减少接触电压的有效方法就是在后面将讲述的等电位联接.如图5.1（a）所示.

③跨步电压触电

当有电流流入电网接地点或防雷接地点时,电流在接地点周围土壤中产生电压降,接地点的电位往往很高,距接地点越远,则电位逐渐下降越陡.

通常把地面上0.8m的两处的电位差叫做跨步电压,用Uk表示,如图5.1（b）所示.

2）触电的急救

触电事故发生后,首先要使触电者脱离电源,并且要马上进行现场急救.

（1）脱离电源

对低压触电,若触电地点附近有电源开关或插销,可立即拉开开关或拔出插销,断开电源.当电线搭落在触电者身上或被压在身下时,可用干燥的衣服,手套,绳索,木板等绝缘物作为工具拉开触电者或挑开电线,使触电者脱离电源.对高压触电事故,应立即通知有关部门停电,或戴上绝缘手套,穿上绝缘用相应电压等级的绝缘衣拉开开关.

（2）现场急救

触电者脱离电源后需积极进行抢救,时间愈快愈好.

若触电者失去知觉,但仍能呼吸,应立即抬到空气流通,温暖舒适的地方平卧,并解开衣服,速请医生诊治.

若触电者已停止呼吸,心脏也已停止跳动,这种情况往往是假死,一般不要打强心针,而应该通过人工呼吸和心脏挤压的急救方法,使触电者逐渐恢复正常.

3）常用的安全用电防护措施

（1）设立屏障,保证人与带电体的安全距离,并挂标示牌.

（2）有金属外壳的电气设备,要采取接地或接零保护.

（3）采用安全电压.

（4）采用联锁装置和继电保护装置,推广使用漏电断路器对人进行保护.

（5）正确选用和安装导线,电缆,电气设备,对有故障的电气设备及时进行修理.

（6）合理使用各种安全保护用具.

（7）建立健全各项安全规章制度,加强安全教育和对电气工作人员的培训.

表5.1心脏内流过的电流占人体触电电流的百分率

6.7%

3.7%

3.3%

0.4%

通过心脏的电流百分率

左手至右脚

右手至右脚

两手触电

两脚触电

触电部位

图5.1接触电压与跨步电压示意图

（a）接触电压;（b）跨步电压

（1）TN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与接地点连接.

①TN-S系统:

整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的,见图5.2.

②TN-C系统:

整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是合一的,见图5.3.

③TN-C-S系统:

系统的前一部分线路的中性线（N）与保护线（PE）是合一的,而系统的后一部分线路的中性线（N）与保护线（PE）则是分开的,见图5.4.

5.1.2低压配电系统的接地形式

（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.见图5.5.

（3）IT系统

电力系统的带电部分与大地无直接连接（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.见图5.6.

图5.2TN-S系统

图5.3TN-C系统

图5.4TN-C-S系统

图5.5TT系统

图5.6IT系统

（1）保护接地将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳用电阻很小的导线与接地体可靠地连接起来,这种接地方式称为保护接地.

保护接地适用于中性点不接地的供电系统,根据规定在电压低于1000V而中性点不接地的电力网中,或电压高于1000V的电力网中均须采用保护接地.

图5.7所示为保护接地的作用.

5.1.3保护接地与保护接零

（2）保护接零

在三相四线制中,电源中性点接地的低压供电系统,如果仍然采用保护接地的方法不能有效地防止人身触电的事故.

如图5.8所示的中性点接地系统,当采用保护接地而绝缘损坏使一相线碰壳短路时,短路电流Ik为:

设R0,Rd为4Ω,电源相电压为220V.

Ik=220/（4+4）=27.5A

设备外壳对地电压为:

U=IkRd=27.5×4=110V

所以人体将承受110V的对地电压,会非常危险.

在1000V以下电源中性点接地的三相四线制供电系统中应采用保护接零的方法,如图5.9所示

（3）重复接地

在中性点接地的供电系统中,除将电源中性点接地外,沿中线走向,每隔一定距离再次将中线接地,叫重复接地.

如图5.10所示.经过重复接地处理后,即使零线发生断裂,也能使故障程度减轻.在照明线路中,也可以避免因零线断裂三相电压不平衡而造成的某些电气设备的损坏.

图5.7保护接地的作用

图5.8中性点接地系统采用保护接地的情况

图5.9保护接零

图5.10重复接地

5.2接地电阻的测量

接地电阻是指接地体电阻,接地线电阻和土壤流散电阻三部分之和.其中主要是土壤流散电阻.

接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值.

测量接地电阻的方法很多,有电流表电压表测量法和专用仪器测量法.

（1）用电流表电压表测量接地电阻,如图5.11所示.

（2）用接地电阻测量仪测量接地电阻

接地电阻测量仪又叫接地摇表.图5.12是ZC—8型接地摇表外形.

5.2.1接地电阻测量方法

用此接地摇表测量接地电阻的方法如下:

①按图5.12所示接线图接线.

②用仪表所附的导线分别将E′,P′,C′连接到仪表相应的端子E,P,C上.

③将仪表放置水平位置,调整零指示器,使零指示器指针指到中心线上.

④将"倍率标度"置于最大倍数,慢慢转动发电机的手柄,同时旋动"测量标度盘",使零指示器的指针指于中心线.

⑤如果"测量标度盘"的读数小于1时,应将"倍率标度"置于较小倍数,然后再重新测量.

⑥当指针完全平衡指在中心线上后,将此时"测量标度盘"的读数乘以倍率标度,即为所测的接地电阻值.

图5.11电流表-电压表测量接地电阻

图5.12接地摇表测量接地电阻

流散电阻与土壤的电阻有直接关系.土壤电阻率愈低,流散电阻也就愈低,接地电阻就愈小.常用的方法如下:

（1）对土壤进行混合或浸渍处理

（2）改换接地体周围部分土壤

（3）增加接地体埋设深度

（4）外引式接地

5.2.2降低接地电阻的措施

5.3建筑防雷

1）雷电的形成及种类

在带有不同电荷雷云之间,或在雷云及由其感应而生的不同电荷之间发生击穿放电,即为雷电.造成危害的雷电有以下三种.

（1）直击雷:

接近地面的雷云,当其附近没有带电荷的雷云时,就会在地面凸出物上感应异性电荷.

5.3.1雷电的基本知识

（2）雷电感应:

雷电感应分静电感应和电磁感应两种.静电感应形成是由于雷云接近地面时,在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷.当雷云与其它雷云或物体放电后,凸出物顶部积聚的电荷顿时失去约束,呈现出高电压,雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场,在附近的金属上感应出高电压.

（3）雷电侵入波:

由于雷击,在架空线路或金属管道上产生高压冲击波,沿线路或管道的两个方向迅速传播,侵入室内,称为雷电侵入波或高电位侵入.

2）雷电的特点及其危害

由于雷电具有大电流和高电位的特点,因此能造成很大的危害.

（1）雷电的特点

雷电流放电电流大,幅值高达数十至数百千安;放电时间极短,大约只有50～100μs;波头陡度高,可达50kA/s,属于高频冲击波.雷电感应所产生的电压可高达300～500kV.直击雷冲击电压高达MV级,放电时产生的温度达2000K.

（2）雷电的危害

①机械效应:

雷电流流过建筑物时,使被击建筑物缝隙中的气体剧烈膨胀,水分充分汽化,导致被击建筑物破坏或炸裂甚至击毁,以致伤害人畜及设备

②热效应:

雷电流通过导体时,在极短的时间内产生大量的热能,可烧断导线,烧坏设备,引起金属熔化,飞溅而造成火灾及停电事故.

③电气效应:

雷电引起大气过电压,使得电气设备和线路的绝缘破坏,产生闪烁放电,以致开关掉闸,线路停电,甚至高压窜入低压,造成人身伤亡.

3）年平均雷暴日数和年预计雷击次数

（1）年平均雷暴日数Td

由当地气象站统计的多年雷暴日的年平均值,称为年平均雷暴日数.

此值不超过15d的地区称为少雷区,此值超过40d的地区称为多雷区.

也有用雷暴小时作单位的,即在1h内只要听到雷声或者看到雷闪就算一个雷暴小时.我国大部分地区一个雷暴日约折合3个雷暴小时.

（2）年预计雷击次数

年预计雷击次数表征建筑物可能遭受雷击的一个频率参数,按GB50057—94《建筑物防雷设计规范》修订本规定,用下列经验公式来计算

N=0.024KTd1.3Ae

4）雷击的选择性

大量雷害事故的统计资料和实验研究证明,雷击的地点和建筑物遭受雷击的部分是有一定规律的,这些规律称为雷击的选择性.

雷击通常受下列因素影响:

（1）与地质构造有关.

（2）与地面上的设施情况有关.

（3）从地形来看,凡是有利于雷云的形成和相遇条件的易遭受雷击.

建筑物的雷击部位如下:

①不同屋顶坡度（0°,15°,30°,45°）建筑物的雷击部位如图5.13所示.

②屋角与檐角的雷击率最高.

③屋顶的坡度越大,屋脊的雷击率也越大;当坡度大于40°时,屋檐一般不会再受到雷击.

④当屋面坡度小于27°,长度小于30m时,雷击多发生在山墙,而屋脊和屋檐一般不再受雷击.

⑤雷击屋面的几率很小.

图5.13建筑物易受雷击部位

按《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16—92）规定,可划分为如下三级:

（1）一级防雷的建筑物

此类建筑物指具有特别重要用途的建筑物.如国家级的会堂,办公建筑,档案馆,大型博展建筑;特大型,大型铁路枢纽站;国际性的航空港,通讯枢纽;国宾馆,大型旅游建筑,国际港口,客运站等;另外,还有国家级重点文物保护的建筑物和构筑物,高度超过100m的建筑物.

5.3.2建筑物的防雷

5.3.2.1建筑物的防雷分级

（2）二级防雷的建筑物

此类建筑物指重要的或人员密集的大型建筑物.如部,省级办公楼;省级会堂,博展,体育,交通,通讯,广播等建筑;以及大型商店,影剧院等.另外,还有省级重点文物保护的建筑物和构筑物;19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其它民用建筑物;省级及以上大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物.

（3）三级防雷的建筑物

当年预计雷击次数大于或等于0.05时,或通过调查确认需要防雷的建筑物;建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物;高度为15m及以上的烟囱,水塔等孤立的建筑物或构筑物,在雷电活动较弱地区（年平均雷暴日不超过15）其高度可为20m及以上;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.

5.3.2.2防雷措施

（1）防直击雷的措施

①安装独立避雷针（一级防雷建筑物）.

②建筑物上安装避雷针（一,二级防雷建筑物）.

③建筑物上安装避雷带（三级防雷建筑物）.

避雷针,避雷带通称接闪器,安装在建筑物的顶端,以引导雷云与大地之间放电,使强大的雷电流通过引下线进入大地,从而保护建筑物免遭雷击.

（2）防感应雷的措施

①将金属屋面或钢筋混凝土屋面的钢筋用引下线与接地装置连接（一,二级防雷建筑物）.

②将建筑物内的金属管道,钢窗等与接地装置连接（一,二级防雷建筑物）.这样做可以使残留在建筑物上的电荷顺利引入大地,消除建筑物内部出现的高电位.

（3）防雷电波侵入的措施

①在进户架空电力线路上或进户电缆首端安装阀型避雷器（一,二级防雷建筑物）.

②在进户线上安装最简单的避雷器,如羊角保护间隙.

避雷器的作用是将雷电流引入大地,保护建筑物.

5.3.2.3防雷装置

建筑物的防雷装置一般由接闪器,引下线,接地装置三个基本部分组成.

1.接闪器

接闪器又称受雷装置,是接受雷电流的金属导体,其型式有避雷针,避雷带,避雷网三类.

1）避雷针

避雷针通常设在被保护的建筑物顶端的突出部位.有时也采用钢筋混凝土或钢架构成独立式避雷针.

新颁国家标准GB50057—94则规定采用IEC推荐的"滚球法"来确定.

所谓滚球法,就是选择一个半径为hr的球体,沿需要防护直击雷的部分滚动;如果球体只触及接闪器和地面,而不触及需要保护的部位时,则该部位就在这个接闪器的保护范围之内.如图5.14所示.

（1）当避雷针高度h≤hr时

①距地面hr处作一平行于地面的平行线.

②以避雷针的针尖为圆心,hr为半径,作弧线交平行线于A,B两点.

③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.由此弧线起到地面上的整个锥形空间就是避雷针的保护范围.

④避雷针在被保护物高度hx的xx′平面上的保护半径rx按下式计算:

（2）当避雷针高度h>hr时,在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆心.其余的作法如同上述h≤hr时.

【例5.1】某厂一座30m高的水塔旁边,建有一水泵房（属三类防雷建筑物）,尺寸如图5.15所示.水塔上面装有2m高的避雷针.试问此避雷针能否保护这一水泵房

【解】查表5.2知滚球半径为hr=60m,而h=30m+2m=32m,hx=8m,因此得保护半径

现水泵房在hx=8m高度上,最远一角距离避雷针的水平距离为

可见水塔上的避雷针完全能保护这一水泵房.

2）避雷带

避雷带是一种接闪器,水平敷设在建筑物顶部突出部位,如屋脊,屋檐,女儿墙,山墙等位置,对建筑物易受雷击部位进行保护.

避雷带一般采用镀锌圆钢或扁钢制成,其尺寸不小于下列数值:

圆钢直径为8mm,扁钢截面积为50mm2,扁钢厚度为4mm.

避雷带进行安装时,每隔1m用支架固定在墙上或现浇在混凝土的支座上.

3）避雷网

这是金属导体做成网式的一种接闪器.网格不应大于8～10m,使用的材料与避雷带相似,采用截面积不小于50mm2的圆钢和扁钢,交叉点必须进行焊接.避雷网宜采用暗装,其距屋面层的厚度一般不大于20mm.

通常最好采用明装避雷带与暗装避雷网相结合的方法,以减少接闪时在屋面层上击出的小洞.避雷网又可以看成是可靠性更高的多行交错的避雷带,既是接闪器,又是防感应雷害的装置.

2.引下线

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导线,它可以把接闪器上的雷电流引到接地装置上去.引下线可以用圆钢和扁钢制作,截面积不小于48mm2.

3.接地线与接地极

接地极是指与大地作良好接触的导体.接地极分垂直接地极和水平接地极两种.垂直接地极常用长度为2.5m的角钢,圆钢或钢管制成,底部割成锥形,顶部深埋0.8～1m.

连接引下线和接地极的导体称为接地线.

图5.14单根避雷针的保护范围

图5.15例题中所示避雷针的保护范围

表5.2按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸

20×20或24×16

10×10或12×8

5×5或6×4

避雷网格尺寸（不大于）（m）

60

45

30

滚球半径hr（m）

第三类

第二类

第一类

建筑物防雷类别

5.3.2.4建筑防雷平面图

对建筑物的要求,要用建筑防雷平面图来表示.建筑防雷平面图是在屋面平面图的基础上绘制的.

如图5.16所示.

图中用图例符号表示出避雷针,避雷带,引下线和接地装置的安装位置,并说明接闪器,引下线及接地装置的选用材料及尺寸,以及对接地装置施工要求,接地电阻的要求等.

图5.16建筑防雷平面图

5.3.3半导体少长针消雷装置

半导体少长针消雷装置（SLE）的特点在于将"引雷"变为"消雷".SLE是SemiconductorLightningEliminator的缩写.SLE半导体少长针消雷装置是在避雷针的基础上发展起来的,特点在采用少长针的形式增大了中和电流,在雷云下地面平均电场达到0kV/m时,能产生15mA的中和电流,天顶有强雷云时,可发出1~2m左右的电晕火花,中和电流达安培级.

SLE由半导体针组,接地引下线组成.半导体针组由5m长的半导体针构成,针的顶部有4根金属分叉尖端.见图5.17.

SLE防雷装置的安装:

（1）为保证足够的电晕中和电流,消雷针组的安装高度不应小于35m,被保护对象应处于消雷针基础水平面1.5m以下.

（2）为保证消雷装置的安全可靠,引下线应不少于两根,且间距不应大于12m.

（3）航空障碍灯如必须装在消雷装置的铁塔上,应装在消雷针组的下部,其电源线必须穿过铁管,铁管在地中埋设长度应大于15m,铁管应为完整的电气通路,每隔10m与铁塔焊接一次.

（4）利用原有的避雷装置改造为半导体消雷装置

图5.17SLE防雷装置示意图

5.3.4电涌保护器的运用

防护雷电电磁脉冲可采用接闪,分流,屏蔽,接地,等电位联接等.电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并且应符合通过电涌时的最大嵌压及有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流.

图5.18所示为TN-C-S系统SPD安装示意图.要求最大持续运行电压不大于1.5×220=330V.

图5.19中为TN-S系统的接线示意图.

图5.18TN-C-S系统SPD安装示意图

图5.19TN-S系统SPD安装示意图

5.4等电位联接

等电位联接可分为总等电位联接和辅助（或局部）等电位联接.

所谓总等电位联接就是将建筑物内的下列导电部分汇集到进线配电箱近旁的接地母排上而互相联接:

进线配电箱的保护线干线;自电气装置接地极引来的接地干线;建筑物内水管,煤气管,采暖和空调管道等金属管道;条件许可的建筑物金属构件等导电体.

5.4.1等电位联接的作用

辅助等电位联接是将上述导电部分在局部范围内再作一次联接,或将人体可同时触及的有可能出现危险电位差的不同导电部分互相直接联接.

图5.20所示为总等电位联接示意图.

根据有关规范（如《低压配电设计规范》GB50054-95）的规定,采用接地故障保护时,应在建筑物内作总等电位联接.需要联接的部分如前所述,所需联接的各导电体应尽量在进入建筑物处接向总等电位联接端子,如图5.21所示.

图5.20总等电位联接示意图

图5.21卫生间局部等电位联接示意图

5.4.2等电位联接时的注意事项

在施工完毕后应进行测试,对个别导电不良处需做跨接处理.

水管的联接应与其主管部门协调.

煤气管的联接也应与其主管部门协调.

为了提高电气安全水平,避免或减少人体遭受电击的危险,应根据具体情况将各种安全保护措施结合使用.

建筑的低压配电系统宜采用TNS制的接地形式,为了提高过电流保护装置的接地故障保护的灵敏度,降低PE线上的接触电压,应尽量降低故障回路的阻抗.

为了尽量降低故障回路的阻抗,应尽量将PE（PEN）线与相线靠近并同路敷设.

接地母排或总接地端子作为一建筑物电气装置内的参考电位点,通过它将电气装置的外露导电部分与接地体相连接,也通过它将电气装置内的诸总等电位联接线互相连通.

对于地下等电位联接,一般要求地面上任意一点距接地体不超过10m,即要求地面下有20m×20m的金属网格.

5.5漏电保护器

为了保证施工人员的安全,建设部JGJ—4688施工现场临时用电安全技术规范规定:

施工现场所有用电设备,除做保护接零外,必须在设备负荷线的首端设置漏电保护装置.施工现场在采用保护接地或保护接零的同时,必须设立两级漏电保护装置.

开关箱内也必须装设漏电保护器.

国际电工委员会颁布《剩余电流动作装置的一般要求》（IEC755—1983）中规定:

带有插座的家庭应安装动作电流小于30mA的漏电开关.

5.5.1安装漏电保护器的目的与要求

5.5.2漏电保护器的功能

如果流过人体的电流瞬间大于50mA,人体就会发生伤亡事故,我们把这个电流叫做致命电流.

漏电保护器的功能有两个:

（1）当发生人体触电时,十几毫安的触电电流就能使漏电保护器动作,直接或间接地切断电源,从而保证人身安全.

（2）当设备发生漏电,保护接地或保护接零不能切断电源时,十几毫安的漏电电流也能使漏电保护器切断电源.

5.5.3漏电保护器的分类与工作原理

（1）漏电保护器的分类

漏电保护器按其动作原理分为电压动作型和电流动作型两大类.电流动作型的漏电保护器又分为电磁式,电子式和中性点接地式三种.

漏电保护器按其工作性质又分为漏电断路器和漏电继电器.漏电保护器按其漏电动作值又分为高灵敏度型,中灵敏度型和低灵敏度型三种.漏电保护器按其动作速度又分为高速型,延时型和反时限型三种.

漏电保护器按其极数和电流回路数分为:

单极两线漏电保护器,两极漏电保护器,两极三线漏电,三极漏电保护器,三极四线漏电,四极漏电保护器.

（2）电磁式漏电保护器的工作原理

电磁式漏电保护装置由放大器,零序互感器和脱扣装置组成.它具有检测和判断漏电的能力,并在脱扣器的作用下,动作跳闸,切断电路.

漏电保护开关的工作原理如图5.22所示.

图5.22漏电保护开关动作原理图

A—放大器;QF—断路器;YR—脱扣器;TAN—零序互感器

5.5.4漏电保护器的技术指标与型号

（1）额定电压:

漏电保护器的工作电压,即被保护设备的额定电压,有220V,380V两种.

（2）额定电流:

漏电保护器长期通过的并能正常接通或分断的电流.漏电开关工作电流的等级有（IEC标准）:

6,10,16,20,32,40,50,63,100,200,400A等.

（3）脱扣器的额定电流:

脱扣器接通或分断的电流,该电流可以在一定范围内进行调整,最大值等于脱扣器的额定电流.

（4）额定漏电动作电流:

能使漏电保护器动作的最小漏电电流.数值在10~500mA之间,可根据具体情况进行选择,数值越小越灵敏.

（5）动作时间:

从发生漏电到漏电保护器动作所用的时间,小于0.2s.

（6）额定漏电不动作电流:

使漏电保护器不动作的最大漏电电流,叫做漏电保护器的额定漏电不动作电流.

（7）额定接通分断能力:

漏电保护器在规定的使用性能