安全用电与建筑防雷

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3)(1)设立屏障，保证人与带电体的安全距离，并(2)有金属外壳的电气设备，要采取接地或接零(3)(4)采用联锁装置和继电保护装置，推广使用漏(5)正确选用和安装导线、电缆、电气设备，对(6)(7)建立健全各项安全规章制度，加强安全教育表5.1心脏内流过的电流占人体触电电流的百分率触电部位两脚触电两手触电右手至右脚左手至右脚通过心脏的电流百分率0.4％3.3％3.7％6.7％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5.2②TN-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：PkodUIRR设R0、Rd为4Ω，电源相电压为220VIk=220/（4+4）=27.5AU=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(1)用电流表图5.11所(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VDDURI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、C③将仪表放置水平位置，调整零指示器，使零④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⑤如果“测量标度盘”的读数小于1时，应将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(1)(2)改换接地体周围部分土壤(3)增加接地体埋设深度(4)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(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)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》N=0.024KTd1.3Ae4)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。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。②③屋顶的坡度越大，屋脊的雷击率也越大；当坡度大于40°④当屋面坡度小于27°，长度小于30m时，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(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)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①②建筑物上安装避雷针（一、二级防雷建筑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(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④避雷针在被保护物高度hx的xx′平面上的保