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建筑电气6电气安全与防雷接地目录安全用电技术1建筑物及其设备防雷2电气装置接地31.过电压的定义及种类过电压是指对供配电系统绝缘有危险的，超过其最高工作电压的电压升高。例如：工频交流电，其电压均方根值超过额定值的10%，并持续大约1分钟时间以上时，可以认为是过电压。过电压属于供配电系统中的一种电磁扰动现象，在电路状态或电磁状态突然变化时出现，分内部过电压和外部过电压两大类。6.2建筑物及其设备防雷6.2.1过电压及雷电知识1.过电压的定义及种类(1)内部过电压系统本身由于故障、负荷剧烈变动、开关操作等原因使运行方式发生突然改变而引起的过电压。包括操作过电压、谐振过电压、暂态过电压等。6.2建筑物及其设备防雷6.2.1过电压及雷电知识6.2建筑物及其设备防雷1)操作过电压是由于进行开关投切操作或发生突然短路而引起的过电压。操作过电压的持续时间一般约为几百微秒至几毫秒，持续时间短衰减较快，其具有脉冲性质，又称操作冲击波。是供配电系统内部过电压的一种主要形式。6.2建筑物及其设备防雷2)谐振过电压是系统中元件的L、C、R参数在某些接线方式下出现不利的组合，与电源频率发生谐振所造成的过电压。3)暂态过电压是由于开关投切操作或发生突然短路，使系统从稳态状态经历一个过渡过程，后重新达到某种暂时稳定状态时所出现的过电压。暂态过电压主要是50Hz的振荡，衰减过程较慢，持续时间较长，又可称为工频电压升高。6.2建筑物及其设备防雷(2)外部过电压又称大气过电压、雷电过电压，是由于大气中的雷云放电而在供配电系统的电气设备上所形成的过电压。外部过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，常称为雷电冲击波，其电压幅值可高达几千万伏，电流幅值可大到几十万安培。雷电过电压又分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。1)直击雷过电压是指雷电直接击中电气设备、线路、建筑物时所出现的过电压。6.2建筑物及其设备防雷(2)外部过电压2)感应雷过电压是指雷电在放电过程中，由于静电感应或电磁感应，致使未直接遭受雷击的电气设备、线路或其他物体上感应出的过电压。当雷云到来时，地面上的物体，尤其是导体，因静电感应会聚集起与雷云电荷极性相反的电荷。在雷云的电荷没有泄放之前，其被束缚住。当雷云放电后，感应出的电荷就变成了自由电荷，以雷电波的形式向两边传，其过电压幅值可达到几万到几十万伏。另一种情况是，在雷云放电时，变化的雷电流在其泄放通道的附近会形成一个很强的感应电磁场，会使周围的金属物产生高感应电压，造成干扰、破坏等。6.2建筑物及其设备防雷2.雷电波侵入雷电波侵入指雷电作用于架空线路或金属管道等，使雷电波可能沿着这些管线侵入，危及人身安全或造成设备的损坏等。3.防雷相关名词1)雷电流是指流入雷击点的电流，短时首次雷击是—个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图6.5所示。6.2建筑物及其设备防雷2)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，说明该地区雷电活动越频繁，防雷要求越高。3)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：①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。②具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。③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。6.2建筑物及其设备防雷6.2.2建筑物防雷分类6.2建筑物及其设备防雷2.根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》，下列民用建筑物，应划为第二类防雷建筑物：①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。②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。③国家级重点文物保护建筑物。④高度超过100m的建筑物。⑤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。⑥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。1opI6.2建筑物及其设备防雷3.根据JGJ16-2008《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：①省级重点文物保护建筑和省级档案馆。②省级大型计算中心与装有重要电子设备的建筑物。③19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。④年预计雷击次数，在0.012≤N≤0.06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。⑤年预计雷击次数，在0.06≤N≤0.3之间的住宅、办公楼等一般民用建筑物。⑥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。⑦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。1opI防雷保护包括外部防雷保护和内部防雷保护两部份。外部防雷保护是指建筑物（或设施）的直击雷防护;内部防雷保护是指雷电电磁脉冲的防护。1.直击雷防护设备完整的防直击雷装置包括：接闪器、引下线和接地装置三个部分。其中接闪器是关键部分，它利用凸出于被保护物位置的金属导体把雷电引向自身，专门接受直击雷的放电。6.2建筑物及其设备防雷6.2.3防雷设备6.2建筑物及其设备防雷(1)接闪器接闪器有多种型式。常见的有避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等。1)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1～2m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1～2m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。6.2建筑物及其设备防雷(1)接闪器2)避雷线又称架空地线，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。6.2建筑物及其设备防雷3)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表6.7。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。6.2建筑物及其设备防雷(2)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、热稳定以及耐腐蚀的要求。6.2建筑物及其设备防雷(2)引下线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。对建筑外观要求较高者，可暗敷，但截面应加大一级。6.2建筑物及其设备防雷2.雷电电磁脉冲防护元件雷电电磁脉冲是指雷电放电产生的电磁辐射，其电场和磁场通过某种途径藕合到电子和电气回路中产生的干扰性电涌电压或电涌电流。雷电电磁脉冲的的防护可以包括：雷电波侵入、雷击感应过电压以及系统操作过电压的防护等。避雷器与电涌保护器(SPD)在雷电电磁脉冲的防护中担任重要角色。6.2建筑物及其设备防雷避雷器一词最早来源于五十年代前苏联，其工作的原理、结构、种类型号等在前面章节已做介绍。避雷器主要是针对供配电系统中的一次电气设备,防止雷电侵入波及雷电感应过电压对它们的伤害。外部雷击及内部暂态过程造成的瞬间尖峰电压冲击，超过相应稳定的电压峰值，当电压及电流高于正常值的两倍时被称之为电涌。电涌保护器（又称浪涌保护器）是限制电涌电压和分流电涌电流的装置，可以认为是低压的避雷器，主要针对电子信息类设备提供防护。6.2建筑物及其设备防雷1)电涌保护器分类电涌保护器按工作原理可分为：①开关型SPD：这种SPD在正常时为高阻抗，一旦响应电涌过电压时，其阻抗就突变为低值。这种非线性装置的组件可采用放电间隙，气体放电管，闸流管及三端双向可控硅开关等构成。这类SPD可称为克罗巴型SPD。6.2建筑物及其设备防雷1)电涌保护器分类②限压型SPD：这种SPD在无电涌时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，其阻抗会随着不断非线性减小。可用作这类SPD组件的是压敏电阻和抑制二极管等。这类SPD有时称为箝(qian)压型SPD。③开关、限压组合型SPD：这种SPD由开关型组件和限压型组件组合而成。根据二者的组合参数以及所加电压的特性，可组装成具有电压开关﹑限压或这两种特性兼有的SPD。6.2建筑物及其设备防雷④分流型或扼流型SPD：分流型与被保护元件并联，扼流型与被保护元件串联，正常工作频率为高阻抗，电涌脉冲时呈现为低阻抗。可用作此类SPD的组件有：高通滤波器、低通滤波器、扼流线圈、1/4波长短路器等。电涌保护器按用途可分为电源电涌保护器和信号线路电涌保护器。6.2建筑物及其设备防雷2)电涌保护器主要参数①最大持续运行电压Uc：等同于电涌保护器的标称电压Un。②冲击电流Iimp：反映SPD耐直击雷的能力，用于SPDⅠ类测试分级。③标称放电电流In：流过SPD的8/20μs雷电波的峰值电流，用于对SPD做Ⅱ类测试实验或做Ⅰ类测试实验的预处理。⑤最大放电电流Imax：不损坏元件的前提下，流过SPD的8/20μs雷电波电流的峰值，用于Ⅱ类测试实验。Imax大于In。⑥保护电压水平Up：又称为SPD的最大钳压，表示在泄放标称放电电流时，SPD接线端之间的最大电位差。1.建筑物防雷根据规范，各类防雷建筑物都应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。并且在装有防雷装置的建筑物，防雷装置如果与其它设施和建筑物内的人员无法隔离，应采取等电位连接。6.2建筑物及其设备防雷6.2.4防雷措施1.建筑物防雷(1)第一类防雷建筑物防雷措施1)直击雷防护防直击雷时，应装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护建筑物及突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸大小符合第一类防雷的要求。6.2建筑物及其设备防雷6.2.4防雷措施6.2建筑物及其设备防雷要求独立避雷针和架空避雷线(网)的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离，架空避雷线(网)至被保护建筑物屋面和各种突出屋面物体之间的距离，均不应小于3m。独立避雷针、架空避雷线(网)应设置独立的接地装置，并且每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω，在高土壤电阻率的地区，可适当增大。当建筑物高度超过30m时，应采取防侧击雷的措施，即：从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设置一水平避雷带并与引下线相连；30m及以上外墙上的如栏杆、门窗等较大的金属物件需与防雷装置连接。6.2建筑物及其设备防雷2)雷电波侵入防护架空线路或裸露的金属管道等遭遇雷雨时，即使不遭受直接雷击，但也因与雷电发生感应，产生的雷电波会沿着管线侵入建筑物内，危及人身与设备的安全，这种现像称为雷电波侵入。第一类防雷建筑物防雷电波侵入时，低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，并在入户端，应将电缆的金属外皮、所穿钢管接到防雷电感应的接地装置上。6.2建筑物及其设备防雷如果全线采用电缆有困难，可采用铁横担和水泥电杆的架空线，并应使用一段埋地长度不于小15m的金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入。在电