第10章建筑防雷與接地系統(tǒng)

第10章建筑防雷與接地系統(tǒng)第一頁，共73頁。10.1.1雷電的形成雷電是一種自然放電現(xiàn)象。處于天空中帶有不同電荷的云間出現(xiàn)放電時(shí)，所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的光和熱。雷電的本質(zhì)是高壓電，放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生下列各種物理效應(yīng)和作用：10.1雷電的形成及對(duì)建筑的危害第二頁，共73頁。樓板被擊穿線路被擊壞第三頁，共73頁。第四頁，共73頁。第五頁，共73頁。第六頁，共73頁。第七頁，共73頁。第八頁，共73頁。第九頁，共73頁。第十頁，共73頁。（１）電效應(yīng)。雷電放電時(shí)，產(chǎn)生的高達(dá)數(shù)萬伏的沖擊電壓，足以燒毀電力系統(tǒng)的變壓器等電氣線路和設(shè)備，引起絕緣擊穿而發(fā)生短路，引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故。（２）熱效應(yīng)。當(dāng)數(shù)萬伏的沖擊電壓形成的強(qiáng)大電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量可以熔化50～200mm長度的鋼筋。因此在雷電通道中產(chǎn)生的高溫常會(huì)釀成火災(zāi)。（3）機(jī)械效應(yīng)。雷電流產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力和物體內(nèi)部的水分急劇蒸發(fā)而產(chǎn)生的內(nèi)壓力，兩種力作用于同一物體中，就會(huì)使其承受不了而斷裂、垮塌和折損。第十一頁，共73頁。（４）靜電感應(yīng)。當(dāng)金屬物處于雷云與大地中時(shí)，金屬物會(huì)感生出大量的電荷。產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏的對(duì)地電壓，可以擊穿數(shù)十厘米的空氣間隙，發(fā)生火花放電。（５）電磁感應(yīng)。在雷電周圍的空間里，存在著強(qiáng)大的交變電磁場，這會(huì)使處在構(gòu)成閉合回路的金屬物產(chǎn)生感應(yīng)電流。若回路上某處接觸電阻較大，就會(huì)局部發(fā)熱或發(fā)生火花放電。（６）防雷裝置上的高電壓對(duì)建筑物的反擊作用。反擊可能引起電氣設(shè)備的絕緣損壞、金屬管道燒穿或者火災(zāi)、爆炸事故。第十二頁，共73頁。10.1.2雷電對(duì)建筑物的主要危害（１）直擊雷。雷云直接對(duì)建筑物或地面上的其他物體放電的現(xiàn)象稱為直擊雷。雷云放電時(shí)，雷電流可達(dá)上百千安，從而產(chǎn)生極大的破壞作用。圖10-1所示為直擊雷示意圖。雷電流通過被雷擊物體時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，使物體燃燒。被擊物體內(nèi)的水分由于突然受熱，急劇膨脹，還可能使被擊物劈裂。所以當(dāng)雷云向地面放電時(shí)，常常使房屋倒塌、損壞或者引起火災(zāi)，造成人畜傷亡。

第十三頁，共73頁。第十四頁，共73頁。（２）感應(yīng)雷。雷電感應(yīng)是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)作用。第十五頁，共73頁。(3)雷電波侵入當(dāng)架空線路或架空金屬管道遭受雷擊，或者與遭受雷擊的物體相碰，以及由于雷云在附近放電，在導(dǎo)線上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢，沿線路或管道將高電位引進(jìn)建筑物內(nèi)部，稱為雷電波入侵?？赡馨l(fā)生火災(zāi)及觸電事故。(4)雷擊電磁脈沖指雷電直接擊在建筑物防雷裝置或建筑物附近所引起的效應(yīng)。它是一種干擾源，絕大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的干擾，如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位升高以及電磁輻射干擾。第十六頁，共73頁。第十七頁，共73頁。第十八頁，共73頁。10.2建筑物的防雷分類

建筑物根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三級(jí)。第一類防雷建筑物1.制造（使用、貯存）炸藥（火藥、起爆藥、火工品等）大量爆炸物的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡2.具有0區(qū)或10（20）區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物3.具有1（或21）區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，因電火花引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡。第十九頁，共73頁。第二類防雷建筑物1國家重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物2國家級(jí)會(huì)堂、辦公、展覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家檔案館、大城市重要給水水泵房3國家級(jí)計(jì)算中心、國際通訊樞紐等4特級(jí)和甲級(jí)體育館5制造（使用、貯存）爆炸物質(zhì)的建筑物，且電火花不易引起爆炸6具有1區(qū)（或21區(qū)）爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，且電火花不易引起爆炸7具有2區(qū)或11（22）區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物8工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的露天鋼質(zhì)封閉氣罐9預(yù)計(jì)N＞0.06（0.05）次/a的部（?。┺k公建筑及重要或人員密集的公共建筑物10預(yù)計(jì)N＞0.3（0.25）次/a的住宅、辦公樓等民用建筑物第二十頁，共73頁。第三類防雷建筑物1省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物、省級(jí)檔案館2預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)≥0.01次/a，≤0.05次/a的部（?。┺k公建筑及重要或人員密集的公共建筑物，以及火災(zāi)危險(xiǎn)場所。3預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)≥0.05次/a，≤0.25次/a的住宅、辦公樓等一般民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。4在平均雷暴日＞15d/a地區(qū)，高度≥15m的煙囪、水塔等孤立建筑物；在平均雷暴日≤15d/a地區(qū)，高度≥20m的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。

第二十一頁，共73頁。10.3建筑防雷措施現(xiàn)在的建筑防雷措施主要是在建筑物上安裝避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶或避雷器。①避雷針主要用來保護(hù)露天變電、配電設(shè)備，建（構(gòu)）筑物等；②避雷線用來保護(hù)輸配電線路；避雷網(wǎng)和避雷帶用來保護(hù)建筑物；③避雷器是一種專門的防雷設(shè)備，用來保護(hù)電力設(shè)備。防雷接地電阻應(yīng)定期測試。防直接雷擊的系統(tǒng)通常由接閃器、引下線和接地裝置組成。第二十二頁，共73頁。10.3建筑防雷措施10.3.1接閃器1.避雷針是指在建筑物的頂端所設(shè)置的最為突出的金屬導(dǎo)體。避雷針的功能是引雷，將雷云放電的方向吸引到避雷針本身，然后經(jīng)引下線和接地裝置將雷電流引入地下，避免設(shè)備及建筑物等遭受雷擊。一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，上部制成針尖形狀，以便高端放電。圓鋼截面積不得小于100mm2,鋼管厚度不得小于3mm。第二十三頁，共73頁。直擊雷防護(hù)裝置的組成針長在１ｍ以下時(shí)，圓鋼為DN12mm，鋼管為DN20mm；針長在１～２m時(shí)，圓鋼為DN16mm，鋼管為DN25mm。第二十四頁，共73頁。避雷針第二十五頁，共73頁。避雷針的保護(hù)范圍以它能防護(hù)直擊雷的空間來表示。在避雷針的下方，有一個(gè)安全區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里的空間基本不會(huì)遭受雷擊，該區(qū)域就稱為避雷針的保護(hù)范圍。對(duì)避雷針或避雷線的保護(hù)范圍可用“滾球法”確定。所謂“滾球法”，就是選擇一個(gè)半徑為hr的球體，沿需要防護(hù)直擊雷的部分滾動(dòng)，若球體只觸及接閃器或接閃器與地面，而不觸及需要保護(hù)的部位，則該部位就在接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)。第二十六頁，共73頁。（1）當(dāng)避雷針高度h≤hr時(shí)：①在距地面hr處作一平行于地面的平行線。②以避雷針的針尖為圓心，hr為半徑。作弧線交平行線于A、B。第二十七頁，共73頁。第二十八頁，共73頁。（2）當(dāng)避雷針高度h≥hr時(shí)：在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)來代替避雷針的針尖作為圓心，其余的做法與第（1）項(xiàng)相同。第二十九頁，共73頁。第三十頁，共73頁。避雷針安裝①避雷針在屋面上的安裝第三十一頁，共73頁。第三十二頁，共73頁。第三十三頁，共73頁。第三十四頁，共73頁。②煙囪避雷針安裝第三十五頁，共73頁。③水塔避雷針安裝第三十六頁，共73頁。２.避雷網(wǎng)和避雷帶在建筑物頂部及其邊緣處裝設(shè)明裝避雷帶、避雷網(wǎng)是為了保護(hù)建筑物的表層不被擊壞，多用于跨度較大的建筑物。一般用圓鋼或扁鋼制成，其尺寸不應(yīng)小于下列數(shù)值:圓鋼直徑為8mm;扁鋼截面積為48mm2,扁鋼厚度為4mm。裝設(shè)避雷針和避雷網(wǎng)是民用建筑物防雷的主要形式。第三十七頁，共73頁。①避雷帶適合安裝于建筑物的屋脊、屋檐（坡屋頂）或屋頂邊緣及女兒墻上（平屋頂）。對(duì)建筑物易受雷擊部位必須進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。第三十八頁，共73頁。第三十九頁，共73頁。第四十頁，共73頁。第四十一頁，共73頁。第四十二頁，共73頁。混凝土支墩的預(yù)制圖當(dāng)不上人屋面預(yù)留支撐件有困難時(shí)，可采用預(yù)制混凝土支墩作避雷帶（網(wǎng)）的支架，支架點(diǎn)間距均勻，且直線段部分不宜大于3m，轉(zhuǎn)彎處不宜大于500mm?；炷林Ф瞻瓷蠄D預(yù)制。第四十三頁，共73頁。②避雷網(wǎng)則適用于安裝在較重要的防雷保護(hù)處。明裝避雷網(wǎng)是在屋頂上部以比較疏的明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻引下線，接到接地裝置上。鳥巢運(yùn)用了籠式避雷網(wǎng)避雷網(wǎng)示意圖第四十四頁，共73頁。10.3.2引下線是指連接接閃器與接地裝置之間的金屬導(dǎo)體。利用它來將接閃器承受的雷電流引至接地裝置，可分明敷和暗敷兩種。引下線一般采用圓鋼或扁鋼制成，其截面積不應(yīng)小于48mm2。目前建筑多采用結(jié)構(gòu)柱鋼筋做引下線，當(dāng)鋼筋直徑為16mm及以上時(shí)，利用兩根鋼筋（綁扎或焊接）作為一組引下線；當(dāng)鋼筋直徑為10mm以上時(shí)，利用四根鋼筋（綁扎或焊接）作為一組引下線。第四十五頁，共73頁。（1）暗設(shè)圓鋼、扁鋼引下線敷設(shè)將圓鋼或扁鋼埋設(shè)在墻或柱內(nèi)。第四十六頁，共73頁。（2）柱內(nèi)主鋼筋引下線敷設(shè)選定作為引下線的柱內(nèi)主筋，一般選45°對(duì)角的兩根主鋼筋，并將所有引下線鋼筋位置標(biāo)示在隱蔽記錄中。

第四十七頁，共73頁。第四十八頁，共73頁。（3）明設(shè)引下線敷設(shè)外墻裝飾施工由上而下，完成一段，引下線就隨著施工一段，直到斷接卡處。將斷接卡安裝好并與接地裝置連接。第四十九頁，共73頁。10.3.3其他防雷設(shè)施①避雷器：作為一種防止雷電波侵入的電器裝置，一般都是安裝在高、低壓電源引入處的配電裝置內(nèi)。第五十頁，共73頁。第五十一頁，共73頁。②電涌保護(hù)器：又稱浪涌保護(hù)器和過電壓保護(hù)器。其作用在于限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流，屬于一種電器元件，常用SPD表示。第五十二頁，共73頁。③等電位聯(lián)結(jié)及屏蔽第五十三頁，共73頁。10.3.4接地裝置1自然接地體的利用在設(shè)計(jì)和裝設(shè)接地裝置時(shí)，首先應(yīng)充分利用自然接地體，以節(jié)約投資。條件允許時(shí)優(yōu)先利用建筑物的基礎(chǔ)（高層建筑物的樁基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)等）做接地裝置，這些基礎(chǔ)連成的接地網(wǎng)有較大的電容，其沖擊阻抗很小。自然接地體，是指埋入地下的金屬結(jié)構(gòu)、金屬管道、金屬井管、混凝土建筑物的基礎(chǔ)鋼筋及深水泵金屬外套管等，在滿足安全的前提下也可以作為接地裝置。第五十四頁，共73頁。2人工接地體的裝設(shè)人工接地體有垂直埋設(shè)和水平埋設(shè)兩種基本結(jié)構(gòu)形式，如圖10-7所示。人工接地體一般采用鋼管、圓鋼、角鋼或扁鋼等安裝和埋入地下，但不應(yīng)埋設(shè)在垃圾堆、爐渣和強(qiáng)烈腐蝕性土壤處。最常用的垂直接地體為直徑50mm、長2.5m的鋼管，這是最為經(jīng)濟(jì)合理的。所有的接地體和連接條均要進(jìn)行防腐和鍍鋅處理。第五十五頁，共73頁。圖10-7垂直接地體和水平接地體的施工做法（a）垂直埋設(shè)的棒形接地體；（b）水平埋設(shè)的帶形接地體第五十六頁，共73頁。10.4接地系統(tǒng)10.4.1接地形式接地就是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)之間建立低阻的導(dǎo)電同路?！敖哟蟮亍笔且缘厍虻碾娢粸榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地連接。接地形式多種多樣，常用的有以下幾種：１.安全接地又稱“保護(hù)接地”安全接地是將高壓設(shè)備的外殼與大地連接。第五十七頁，共73頁。第五十八頁，共73頁。2.防雷接地為了防雷擊，一般在高處設(shè)置避雷針與地相連，以防止雷擊時(shí)危及設(shè)備和人身安全。可見防雷接地是為防雷保護(hù)裝置（避雷針、避雷網(wǎng)、避雷線）向大地泄放雷電流提供通道。3.屏蔽接地屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用才能起到良好的屏蔽效果。4.工作接地為保證電力系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到正常工作要求而進(jìn)行的一種接地，例如電源中性點(diǎn)的接地、防雷裝置的接地等。第五十九頁，共73頁。5.重復(fù)接地在TN系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除在中性點(diǎn)進(jìn)行工作接地外，還應(yīng)在PE線或PEN線的下列地方進(jìn)行再一次接地，稱為重復(fù)接地。一旦零線斷了，可以保護(hù)人身安全，大大降低觸電的危險(xiǎn)程度，如圖10-10所示。第六十頁，共73頁。第六十一頁，共73頁。10.4.2接地方式大型建筑物接地通常用以下兩種方式：１.分散接地方式分散接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統(tǒng)接地、通信設(shè)備的各類接地裝置以及其他設(shè)備的接地分別接入相互分離的接地系統(tǒng)。２.聯(lián)合接地方式聯(lián)合接地方式也稱為單點(diǎn)接地方式，即所有接地系統(tǒng)共用一個(gè)共同的“地”。第六十二頁，共73頁。10.4.3接地電阻防雷裝置的接地電阻值是指每年雨季以前開春以后測量的電阻值。防雷裝置每年均應(yīng)檢查和測量一次，發(fā)現(xiàn)有損壞的地方應(yīng)盡快修復(fù)，否則，危險(xiǎn)性更大。建筑物接地裝置的接地電阻值應(yīng)符合下列規(guī)定：一級(jí)防雷建筑物其沖擊接地電阻值不應(yīng)大于10Ω；二級(jí)防雷建筑物其沖擊接地電阻值不應(yīng)大于20Ω；三級(jí)防雷建筑物其沖擊接地電阻值不應(yīng)大于30Ω。第六十三頁，共73頁。10.4.4低壓系統(tǒng)中的保護(hù)接地形式一般來說，對(duì)地電壓250V以下的交流電源系統(tǒng)稱為低壓系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054）的定義，按保護(hù)接地形式，將低壓配電系統(tǒng)分為三種，即TN、TT、IT三種形式。第一個(gè)字母表示電源與地的關(guān)系。T表示電源有一點(diǎn)直接接地；I表示電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過阻抗接地。第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系。N表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源端有直接電氣連接；T表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)。第六十四頁，共73頁。1.TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的電源變壓器中性點(diǎn)接地，設(shè)備外露部分與中性線相連。按中性線與保護(hù)線的組合情況，TN系統(tǒng)有以下三種形式：①TN-S系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的中性線（N線）與保護(hù)線（PE）是完成分開的。一般適用于自帶變配電室的大中型公建的配電系統(tǒng)。是目前應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)。第六十五頁，共73頁。②TN-C系統(tǒng)（見圖10-11）整個(gè)系統(tǒng)的電源變壓器中性點(diǎn)接地，中性線（N線）和保護(hù)零線（PE線）是共用的。系統(tǒng)的N線與PE線合并為PEN線。只適用于一般動(dòng)力車間等場所。第六十六頁，共73頁。③TN-C-S系統(tǒng)（見圖10-13）系統(tǒng)前一部分線路的中性線（N線）與保護(hù)線（PE線）是合并為一的，自某點(diǎn)（一般為電源進(jìn)戶處）分開后，就再也不允許合并。適用于對(duì)前級(jí)供電情況不很明確、要求不太高的場所，如較分散的居民住宅樓等。第六十七頁，共73頁。2.IT系統(tǒng)系統(tǒng)電源端的帶電部分不接地（或有一點(diǎn)通過足夠大的阻抗接地），電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地。適用于