电气安全与接地技术

《电气安全技术与接地》课程论文题目:高层建筑防雷接地问题讨论学院名称：电气工程班级：学生姓名：学号：上课教师：2015年06月成绩：1高层建筑防雷接地问题讨论引言：近年来，高层建筑物大量拔地而起，高层建筑物受雷电的危害较大，比一般建筑物遭雷击的概率要大得多，高层建筑物一旦遭受雷灾，损失往往非常严重，建筑物遭破坏、设备损坏、人员伤亡等大几率存在，因此必须增强防雷意识，加强防雷设计，科学防御，确保建筑物、设备和生命财产的安全。只有通过对其进行综合防雷设计，才可能将雷电灾害降低到最低程度。一般10层以上的居住建筑物和高度超过24m的其他用途建筑物均为高层建筑；无论是住宅或公共建筑，其总高度大于100m者，均为超高层建筑。高层建筑物结构类型主要包括砖石结构、钢筋混凝土结构、剪力墙结构、筒体结构等。高层建筑物的内部设施包括高层建筑物中给排水设备、电力、弱电线路、电子信息设备以及垂直交通（如电梯）等1雷电的破坏作用雷电会引起建筑物的损坏，人员伤亡，对电力，电讯等设备造成危害。雷电的破坏作用归纳起来有两种：一是直击雷在建筑物上产生热效应作用和电动力作用；二是雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用以及雷电波入侵作用。1.1直击雷直击雷是雷电直接击在建筑物上。由于雷击时放电电压很高、电流强大,在强大的雷电流通道上,将物体水分受热汽化膨胀,而产生强大的热效应和机械效应,从而使建筑物遭受到破坏,并可能会引起火灾。1.2感应雷感应雷有三种情况,第一种情况是指当雷云来临时。地面上的一切物体,尤其是导体,由于静电感应,都聚集起大量与雷电极性相反的束缚电荷,在雷云对地或另一雷云闪击放电时,云中的电荷就会变成自由电荷,从而产生出很高的静电电压其电压幅值可达几万至上百万伏,这种过电压往往会造成建筑物内的导线,接地不良的金属导体和大型的金属设备放电而引起电火花,从而引起火灾,爆炸,危及人身安全或对供电统造成危害。第二种情况是,在雷电闪击时,由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成一个很强的感应磁场,而对建筑物内的电子设备造成干扰,破坏,又或者使周围的金属构件产生感应电流,以致产生大量的热而引起2灾。这些危害并不是雷电直接对建筑物放电造成的,因而称为二次雷或感应雷。另外,当架空线遭受直击雷或产生感应雷,其高电位便会沿导线侵入变配电所或屋内,这种雷电波也会对电气设备造成危害或使屋内金属设备放电,而危及其他设备。实际上,这种破坏也多数是由于雷电感应而造成的。根据有关雷电测试的资料数据确定,雷云的最低高度一般在距地面20米以上这样,就50-100米高层建筑而言,不但其顶部高耸入云,而且其中部也伸入雷云中。由于雷电流的最大峰值能达到几十千安,以至上百千安,雷电通道的温度可达到6000-10000度,甚至更高,雷电闪击时只有几微秒到几十微秒。但其强大的雷电电流将给建筑物造成破坏,同时有可能引起火灾。因此要使高层建筑免遭雷击,完善的防雷接地设计和保质的防雷施工是必不可少的。2外部防雷措施建筑物防雷工程是一个系统工程,必须综合考虑将外部防雷措施和内部防雷措施作为整体来统一考虑。外部防雷主要指防直击雷和侧击雷,其作用是保护建筑物本身不受雷击.主要是装置由接闪器，引下线和接地装置构成以及防侧击雷。2.1接闪器：接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体,其形式有避雷网(带)、避雷针、金属屋面等。避雷网(带)应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设,并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成不同尺寸要求的网格,见表1。根据雷击建筑物部位的规律，在建筑物上装设避雷针（网、带），就能可靠吸引强雷和弱雷。屋面避雷网(带)一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件,敷设应平正顺直、固定可靠,搭焊长度应满足规定要求。避雷网(带)在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理,避雷带在女儿墙敷设时,一般敷设在女儿墙的中间,当女墙宽度较大时,应将避雷带移向女儿墙的外侧处为宜,因为女儿墙的外沿易受雷击现代高层建筑中也有在屋面上利用金属栏杆做避雷网(带),其材质主要采用钢管或不锈钢管,钢管的壁厚应≮2.5mm,钢管直线段对接,转角等部位应采用圆钢或角钢搭接焊,搭焊长度应满足规范要求,栏杆必须与引下线可靠连通。突出屋面的金属物体可不装接闪器,但应和屋面防雷网(带)相连;在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器,并与屋面防雷装置相连。由于高层建筑露天设备较多,如冷却塔、卫星接收器、航空障碍灯、排烟口、广告牌及与这些3设备相关的金属管道等,因此屋面所有金属构件管道都应与避雷装置连接。这些设备与构筑物若不在接闪器保护范围的,应局部加设避雷针或避雷带。例如,建筑屋顶上有一冷却塔,需要防雷保护,首先采用避雷网(带)保护屋面,然后将屋面作为地面,用滚球法确定避雷针的高度。表一接闪器布置建筑物防雷类别滚球半径h/m接闪网网格尺寸/m一类30≤5x5或≤6x4二类45≤10x10或≤12x18三类60≤20x20或≤24x162.2引下线装置引下线的作用是传导雷电流经接地极入地，当建筑遭雷击时，强大的雷电流将经过引下线入地，引下线数量的多少直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小，对微电子设备影响就小，同时增加引下线的数量。也有利于屏蔽效果。因此，引下线的设置间距在满足规范的要求情况下，最好适当增加引下线的数量，以有利于微电设备的保护。2.3接地装置接地装置包括接地体和接地线。接地装置的优劣与接地电阻和接地方式有关。为便于与各种入户金属管道相连,降低跨步电压,建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地应尽量利用自然接地体作为接地装置,只要基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低4%,基础外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时,可利用基础内钢筋作接地装置,否则应加设人工接地装置。高层建筑通常利用桩基础、箱形基础作接地装置,这些基础连成的接地网有较大的电容,其冲击阻抗很小。施工中通常将桩基的抛头钢筋与承台板主筋焊接,并与承台上作为引下线的柱钢筋焊通,再与整个底板内钢筋或地梁中的钢筋互相连通,将桩基主筋与地梁主筋焊接成一个闭合的水平接地网,以形成均压。由于防雷装置直接装在建、构筑物上,建筑物防雷接地与电气设备接地等无法隔离。通常建筑物的防雷接地与电气设备的接地、微电子设备接地均应连接成统一的接地系统,其共用接地电阻按其中最小值选定。一般要求,接地电阻值≤1Ψ。2.4防侧击雷4现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地合在一起组成综合接地系统,接地电阻通常要求4Ω(鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加,设计时接地电阻不宜大于1Ω)因为高层建筑的钢筋基础埋地深,与大地的接触面积大,其接地电阻比一般人工接地所得到的电阻低得多,容易满足以上要求,考虑到大部分高层建筑的基础做了防水处理,致使接地电阻增大,所以应尽量在建筑物周边做周圈式接地,周圈式接地可避开防水处理层。同时,由于接地体埋在基础的外边,也具有均衡电位的效果,因而提高了安全性。为防止跨步电压,当防直击雷的人工接地装置距建筑物的入口处以及人行道小于3m时,应采取局部加大深埋、包绝缘物、敷设沥清层，以及做均压带等措施。3内部防雷措施内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防雷电波侵入内部。防雷装置包括等电位、屏蔽、接地、合理布线以及加装避雷器等措施。3.1等电位联接等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压,应当使建筑物地面、墙板和金属管、线路等都处于同一电位,为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板,以便与接地主干线相连。由于电力、电信线路不能直接接到地线上,电涌保护器(SPD)实现了电气设备、电子设备的等电位联结。建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于两处直线连接的接地干线或总等电位箱引出,等电位联结干线或局部等电位箱间的连接线形成环形网络,环形网络应就近与等电位联结干线或局部等电位箱连接,支线间不应串联连接。总等电位联结一般设在地下室或靠近地平面处,将进出建筑物的金属管道、建筑物钢筋接地网、所有强弱电电源线、信号线的接地线进行联结。高层建筑物内各种金属导体和管道如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接;电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接;建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接,最后与联合接地系统相连,形成一个理想的“法拉第笼”。3.2合理的屏蔽5屏蔽的目的主要是对微电子设备进行保护，确保房间内的设备处于无干扰的环境中。电气线路的主干线要布置在高层建筑物的中心位置，因为其雷电产生的电磁场强度是最弱的，可以有效的减小干扰的范围。电气线路在布线时最好采用金属管布线，不仅可以防止雷电的反击能力，而且对各种电磁脉冲也有较好的屏蔽能力。提高屏蔽的有效性需要采用多种手段，例如在房间加装屏蔽网、处理好微电子设备的电源线和信号线的接口等.3.3选择可靠的电涌保护器（SPD）由于电力、电信线路不能直接接到地线上，电涌保护器很好的实现了电气设备的等电位连接。依据《建筑物防雷设计规范》宜在建筑物以下位置设计安装电涌保护器：总电源进线处、由建筑物外面引进来的电话、宽带、有线电视配线设备处、紧固在高层建筑物外面上的用电设备，例如节日时闪烁的彩灯、航空障碍灯、用电的广告灯牌等对应的室内配电箱处，以及计算机机房、保安监控中心、消防控制中心等弱电系统的配电箱内。4个人观点随着人类的发展与进步,人们已步人数字化、网络化和信息化时代,在讲求建筑物的实用性、艺术性之外,人们也更看重生活和工作空间的功能性与服务性。因此,信息网络及计算机控制的微电子技术设备必然进人智能建筑,为人们做好各种服务。任何建筑的安全始终是第一的。近几年来,高层建筑内的微电子技术设备及计算机系统(以下简称电子系统)遭雷击,毁坏建筑物和设备、造成火灾事故时有发生。因此,智能建筑防雷保护与优化已迫在眉睫。所以现在，在对高层建筑防雷接地保护时，也要考虑高层智能建筑的防雷接地保护，升级高层建筑防雷接地系统。4.1普通建筑物防雷接地的缺点:普通建筑物的防雷的主要目的是为了防护建筑物及建筑物内部的人、畜、物免受雷击。为此运用避雷针、避雷带、引下线、接地极引雷人地,只解决了普通建筑物的防雷问题。因此,对智能建筑的防雷保护的规划和设计考虑不足和有缺陷。它的缺陷主要有以下几个方面:(1)防雷技术设计及选材差,就普通建筑物的防雷而言,早期的防雷技术是引进前苏联的技术,采用抛物线或折线计算法来计算反击电压和安全距离,防雷效果较差。(2)传统避雷器应用的缺点：①间隙避雷6器的缺点:对雷击信号的响应时间长约数百纳秒至微秒;一旦击穿必须借助外电路使之断流，重复使用的特性变异很大。②氧化锌压敏电阻避雷器的缺点:结电容大,不宜用于高频电路;标称通流量作用下的残压较高,约等于1mV是压敏电压的3-4倍半导体。③避雷器的缺点:通流量太小,不宜用作电源避雷器。(3)防雷电路设计上的缺陷:主要有接地电阻大或前级避雷器损坏易遭雷击;多级关联避雷器响应时间长很难防护。4.2什么是智能化建筑防雷接地保护智能建筑是指通过将建筑物的结构、设备、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合,从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。它的产生和发展,离不开计算机网络技术、现代控制技术、智能卡技术、可视化技术、无线局域网技术、数据卫星通信技术等高科技技术的迅猛发展,离不开大量的计算机和微电子设备。而这些设备功率小、工作电压低、绝缘程度不高,过电压承受能力差,抗干扰、抗电涌的能力弱,极易遭受雷电干扰,从而破坏整个智能系统,造成极大损失。因此,科学合理地进行智能建筑防雷保护设计,显得非常必要。智能建筑的防雷总体设计是指：针对智能建筑内的电子系统的防雷设计,现代新的防雷思维观,就是综合治理、整体防御、多重保护、层层设防。它主要包括以下几个方面：（1）现代优化避雷针：这就是在分析了传统避雷针某些局限性之后,采