《建筑物的防雷与安全用电》电子教案

建筑物的防雷与安全用电课题引入：1、请观看下面图片反映的自然现象云层对云层闪电云层对地闪电2、造成的危害举例配电柜被损坏厂房被击毁建筑物被烧毁人员被击伤第六章建筑物防雷与安全用电主要内容：一、雷电的基本知识二、建筑防雷装置和防护方法三、建筑防雷分级及要求学习目标：1、了解雷电的形式和危害2、熟悉常用防雷装置的构成及相关知识3、初步掌握建筑防雷平面图的识读4、了解我国对建筑防雷的要求和措施教学重点：三种防雷装置的组成和工作原理及特征要求教学难点：电磁感觉雷和静电感觉雷的防护机理课时安排：2学时适用班级：12工民建教学过程：第一节建筑物的防雷一、雷电的基本知识雷电是在云层之间或云层和大地之间发生放电的一种季节性的自然现象。目前人类还不能完全掌握与利用雷电，仍处于防范其造成灾害的阶段。在雷雨季节时，地面的气温变化很不均，当气温升高时，会形成一股上升的气流。这种上升的气流，因含有大量的水蒸汽，在受到高空中高速低温气流的吹袭，会凝结并分裂为一些小水滴和较大的水滴。它们带有不同的电荷。形成机理浅析：较大的水滴带有正电，并以雨的形式降落到地面，而较小的水滴带有负电，仍飘浮在空中，而且有时会被气流携走，于是云就由于电荷的分离，形成带有不同电荷的雷云。当电荷积聚到一定程度，便冲破空气的绝缘，形成云与云之间或云与大地之间的放电，进而发出强烈的光和声，这就是人们常见的雷电。雷云层和大地接近时，使地面也感应出相反电荷。1、雷电云图2、雷电形成图3、雷云放电演示流光放电梯级下行先导上行先导回击后续闪击4、雷电活动规律雷电是不可避免的自然灾害。地球上任何时候都有雷电在活动。据统计，每秒钟造就1800阵雷雨，往往伴随600次闪电，其中就有100个炸雷击落地面，造成建筑物破坏，毙伤人、畜等。因此，了解雷电生发生的规律，掌握正确的预防措施和自救方法是十分必要的。雷电活动从季节来讲以夏季最活跃，冬季最少。从地区分布来讲是赤道附近最活跃，并随着纬度升高而减少，极地最少。另一种评价雷电活动的强弱的方式为“雷闪频数”，也就是说1000km2内一年共发生雷闪击的次数。评价某一地区雷电活动的强弱，通常用“雷电日”方法。即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣的天数。雷电日天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。我国平均雷电日的分布，分四个区域：西北地区一般在15日以下；长江以北地区在15-40天之间；长江以南在40天以上；北纬23度以南地区超过80天。广东的雷州半岛地区及海南省，是我国雷电活动最剧烈的地区，年平均雷电日高达120天及以上。雷击区：在同一地区内，雷电活动有所不同，有些局部地区，雷击要比邻近地区多得多。如广东的沙河，北京的十三陵等地。5、雷击经常发生的地区①、有金属矿床、河岸、地下水出口处、山坡与稻田接壤的地方和具有不同电阻率土壤的交界地段②、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方也容易遭受雷击；③、地面上有较高的尖的建筑物，或在旷野有比较孤立、突出的建筑物也易遭受雷击。6、放电时的特点①、放电电流大，数值高达20－750KA;②、放电时间极短，大约几十－500μs；③、放电电压高，数值达100－1000KV，直击雷冲击电压高达MV级；④、放电时产生的温度高达1000－2000℃。7、雷电的危害①机械效应：建筑物击毁，伤害人畜及设备；②热效应：在极短的时间内产生大量的热能，烧断导线和设备，造成火灾。③电气效应：破坏电气设备和线路的绝缘，产生闪烁放电，甚至高压窜入低压，造成人身伤亡。阶段小结（扩展）：尖端放电现象科学实验表明：假如金属球带电，由于电荷同性相斥的作用，电子总是分布到金属球的最外层表面，并用逃离金属球面的趋势。球带尖锋部分的电子受到同性电荷往外排斥力最强，帮最容易被排斥离开金属球，这就是通常说的“尖端放电”。此外当带电物体周围的空气越潮湿或带有与带电体相反电荷的离子时，带电体也越容易放电。二、建筑物防雷装置和措施（一）直击雷雷电的破坏形式主要有四种，其中以直击雷危害最大。当雷云较低，周围又没有带异性电荷的云层，而地面上突出的树木或建筑物等，被感应出异性电荷，雷云就会通过这些物体与大地之间直接放电，这种直接击中的雷击，称为直击雷。雷电的数十万至数百万伏高电压能使电气设备、线路的绝缘层击穿，产生火花，引起燃烧和爆炸。毁坏发电机、电力变压器；烧断电线、劈裂电杆造成大规模停电；引起短路导致火灾或爆炸事故。1、破坏形式实例：1989年8月12日．青岛市黄岛油库5号油罐遭雷击爆炸，大火烧了60小时，火焰高300米，烧掉4万吨原抽，烧毁10辆消防车，使19人丧生，74人受伤，还使630吨原油流入大海。2、直击雷防护装置和形式（1）防护装置组成：接闪器、引下线、接地装置。作用：将雷云电荷或建筑物感应电荷迅速引导入地，以保护建筑物、电气设备和人员安全。（2）防护原理及形式①接闪器：有避雷针、避雷带、避雷网三种形式。安装在建筑物顶端，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。※避雷针通常设在被保护的建筑物顶端的突出部位。一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成，上部制成针尖形状，长度约2m，圆钢截面积不得小于100mm2,钢管厚度不得小于3mm。单针的保护范围，双支等高避雷针的保护范围。※避雷带用避雷带代替避雷针，既美观又实用。它是沿建筑物易受雷击的部位，如屋脊、女儿墙、山墙等位置水平敷设的带形导体。安装时，每隔1m用支架固定在墙上或现浇在混凝土的支架上。※避雷网屋顶面积很大时，采用避雷网做接闪器较安全，它是由屋面上纵横敷设的辟雷带组成的网络形状的导体。安装通常采用明装和暗装相结合的方式，高层建筑则将内部的钢筋连接成笼式避雷网。避雷带组成的网络形状的导体。采用截面积不小于50mm。的镀锌扁钢和镀锌圆钢，交叉点必须进行焊接。避雷网宜采用暗装，其距屋面一般不大于20mm。②引下线:是连接接闪器和接地装置的金属导线，其作用是将接闪器与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。一般采用圆钢或扁钢制成，对钢混结构的建筑，采用混凝土中的主钢筋作为引下线，所有金属构件之间必须焊接连成电气通路。③接地装置：接地体和接地线的总和。作用：把引下线引下的雷电流流散到大地土壤中去。接地极(或称接地体)是深埋于地下的一个(组)导体，如采用一根2．5m长，直径小于10mm的镀锌圆钢竖直插入地面下，它与大地间有良好的接触，被看作大地的一部分。接地线可采用镀锌扁钢或铜排将接地体连接成一个接地网。为便于测量接地装置的接地电阻，在引下线接近地面的地方设断接夹子。接地线：连接引下线和接地体的导体。为提高接地装置可靠性，在建筑物外围可安装多个接地极，两接地极的间距相隔5m，环绕建筑物一周，并将每一组接地极用接地线和引下线连接起来。（3）建筑防雷平面图对建筑物的防雷要求，需用建筑防雷平面图来表示。它是在屋面平面图的基础上绘制出来的，表示出建筑防雷装置的类型和布置、材料的种类和规格及安装要求。常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管，最为经济合理。（4）建筑物易受雷击的部位再次引入：感应雷：雷云放电时产生强大电场和磁场的变化，会产生感应过电压(电磁感应)和雷电波侵入(静电感应)两种破坏形式。（二）感应过电压（电磁感应雷）雷电放电时在短时间内产生大的电流变化，形成迅速变化的强大磁场，在金属导体内产生很高的感应电动势，当导体闭合时，产生很大感应电流。如果导体环路有小的间隙，会在小间隙处出现很大的感应电压，将间隙处绝缘层击穿，引起火花，发生火灾或爆炸。1、防护方式将建筑物的所有环形导体接成可靠的闭合回路。如各种金属管道、建筑物结构内的钢筋、导线的金属保护管(套)。原理：采用屏蔽、接地和等电位连接等方法，消除自身被感应条件，从而实现防护.2、室内等电位连接（三）雷电波侵入（静电感应雷）输电线路受到雷击或靠近雷云层产生感应静电荷，当云层上的电荷由于雷电突然消失，在导体上的感应电荷得不到释放，致使以雷电波的形式高速流动而形成。危害：摧毁线路上的电气设备，破坏建筑物，威胁人们的生命和财产安全。在低压系统中，这类事故约占总雷害事故的70%。例如：雷雨天，室内电气设备突然爆炸起人或损坏；人在屋内使用电器或打电话时突然遭电击身亡都属于这类事故。1、防护方式将低压线路埋地敷设，线路采用架空线路直接引入建筑物时可在进户点安装避雷器；进入建筑物的金属管道也要接地。常用避雷器：FS阀式避雷器FZ阀式避雷器2、防护装置接地地网地线电源线路3、避雷器防护原理正常状态时，避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响运行；当高压冲击波来临时，间隙被击穿而接地，从而强行截断冲击波；雷电流通过以后，避雷器间隙又恢复绝缘状态。举例FS阀型避雷器。（四）球形雷球形雷是一种球形、发红光或极亮白光的火球，运动速度大约为2m/s。球形雷能从门、窗、烟囱等通道侵入室内，极其危险。防护的方法待研究中。例如，1978年8月17日晚上，原苏联登山队在高加索山坡上宿营，5名队员钻在睡袋里熟睡，突然一个网球大的黄色的火球闯进帐蓬，在离地1米高处漂浮，唰地一声钻进睡袋，顿时传来咝咝烤肉的焦臭味，此球在5个睡袋中轮番跳进跳出，最后消失,致使1人彼活活烧死,4个严重烧伤。三、建筑防雷分级及要求凡制造、使用或储存炸药、火药等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物为一类防雷建筑。按《建筑物防雷设计规范》规定，划分为如下三级：1、一类防雷的建筑物(1)防直击雷的接闪器应采用装设在屋角、屋脊、女儿墙或屋檐上的避雷带，并在屋面上装设不大于10m×10m的网格。(2)为了防止雷电波的侵入，进入建筑物的各种线路及金属管道宜采用全线埋地引入，并在入户端将电缆的金属外皮、钢管及金属管道与接地装置连接。(3)对于高层建筑，应采取防侧击雷和等电位措施。一级防雷保护措施：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。2、二类防雷的建筑物(1)防直击雷宜采用装设在屋角、屋脊、女儿墙或屋脊上的环状避雷带，并在屋面上装设不大于15m×15m的网格。(2)为了防止雷电波的侵入，对全长低压线路采用埋地电缆或在架空金属线槽内的电缆引入，在入户端将电缆金属外皮、金属线槽接地，并与防雷接地装置相连。(3)其他防雷措施与一级防雷措施相同。二级防雷保护措施: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、三类防雷的建筑物三级防雷保护措施:(1)防直击雷宜在建筑物屋角、屋檐、女儿墙或屋脊上装设避雷带或避雷针，当采用避雷带保护时，应在屋面上装设不大于20m×20m的网格。对防直击雷装置引下线的要求，与一级防雷建筑物的保护措施对防直击雷装置引下线的要求相同。(2)为了防止雷电波的侵入，应在进线端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。若电缆转换为架空线，应在转换处装设避雷器。教学要点回顾：1.雷电的危害巨大，安全防范不可松懈；2.直击雷雷击危害最大，防护采用接闪器将雷电导入大地的方法；3.感应过电压防护，防护采用等电位连接、屏蔽和接地等方法，消除自身被电磁感应条件实现保护；4.雷电波侵入防护，采用避雷器将静电高压流导入大地的方法。5.《建筑物防雷设计规范》对不同等级的建筑物，有不同等级的防护要求。作业：P1196－1雷电有哪些危害？6－2避雷装置有哪几种?