防雷与接地装置

第三节防雷与接地装置雷电是在自然界大气层重，在特定条件下形成的自然现象。雷云对地面泄放电荷的现象称为雷击。雷击产生的破坏力极大，它对地面上的建筑物、电气线路、电气设备和人身都可能造成直接或间接的危害，因此必须采取适当的防范措施。雷电的危害方式主要有直击雷、雷电感应和雷电波侵入等方式。直击雷就是雷云直接通过建筑物或地面设备对地放电的过程。强大的雷电流通过建筑物产生大量的热，使建筑物产生劈裂等破坏，还能产生过电压破坏绝缘、产生火花、引起燃烧和爆炸等。其危害程度在三种方式中最大。雷电感应是附近有雷云或落雷所引起的电磁作用的结果，分为静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云靠近建筑物，使筑物顶部由于静电感应积聚起极性相反的点雷云对地放电后，这些电荷来不及流散入地，因而形成很高的对地电位，能在建筑物内部引起火花；电磁感应是当雷电流通过金属导体入地时，形成迅速变化的强大磁场，能在附近的金属导体内感应出电势，而在导体回路的缺口处引起火花，发生火灾。雷电波侵入是指当架空线路在直接受到雷击或因附近落雷而感应出过电压时，如果在中途不能使大量电荷入地，就会侵入建筑物内，破坏建筑物和电气设备。在建筑电气设计中，把民用建筑按照防雷等级分为三类。第一类防雷建筑物是指具有特备重要用途和重大政治意义的建筑物、高度超过100m或40层以上的超高建筑物、国家级文件保护的建筑物或构建物、19层及以上的住宅建筑物和高度超过50m的其他民用建筑物；第三类防雷建筑物是不属于第一类和第二类的建筑物、建筑群中高于其他建筑物或处于建筑物边缘地带的告诉为20m以上的民用建筑物。一、防雷装置的组成及其安装建筑物的防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。1.接闪器接闪器是吸引和接受雷电流的金属导体，常见接闪器的形成有避雷针、避雷带、避雷网或金属屋面等。避雷针通常由钢管制成，针尖加工成椎体。当避雷针较高时，则加工成多节，上细下粗，固定在建筑物或构筑物上。避雷带一般安装在建筑物的屋脊、屋角、屋檐、山墙等易受雷击或建筑物要求美观、不允许装避雷针的地方。避雷带由直径不小于Φ8mm的圆钢或截面面积不小于48mm²并且厚度不小于4mm的扁钢组成，在要求较高的场所也可以采用Φ20mm镀锌钢管。装于屋顶四周的避雷带，应高出屋顶100~150mm，砌外墙时每隔1.0m预埋支持卡子，转弯处支持卡子间距0.5m。装于平面屋顶中间的避雷网，为了不破坏屋顶的防水、防寒层，需现场制作混凝土块，最混凝土块时也要预埋支持卡子，然后将混凝土块每间隔1.5~2m摆放在屋顶需装避雷带的地方，再将避雷带焊接或卡在支持卡子上。避雷带在建筑物上的安装方法如图5-25所示。避雷网是在屋面上纵横敷设由避雷带组成的网络形状导体。高层建筑常把建筑物内的钢筋连接成笼式避雷网，如图5-26所示。2.引下线引下线的作用是将接闪器收到的雷电流引至接地装置。引下线一般采用不小于Φ8mm的圆钢或截面面积不小于48mm²并且厚度不小于4mm的扁钢，烟囱上的引下线宜采用不小于Φ12mm的圆钢或截面面积不小于100mm²并且厚度不小于4mm的扁钢。引下线的安装方式可分为明敷设。明敷设是沿建筑物或构筑物外墙敷设，如外墙有落水管，可将引下线靠落水管安装，以利美观。暗敷设是将引下线砌于墙内或利用建筑物柱内的对角主筋可靠焊接而成。其做法如图5-27所示。建筑物上至少要设两根引下线，明设引下线距地面1.5~1.8m处装设断接卡子（一般不少于两处）。若利用柱内钢筋作引下线时，可不断接卡子，但距地面0.3m处设连接板，以便测量接地电阻。明设引下线从地面以下0.3m至地面以上1.7m处应套保护管。3.接地装置接地装置的作用是接受引下线传来的雷电流，并以最快的速度泄入大地。接地装置由接地极和接地母线组成。接地母线是用来连接引下线和接地体的金属线，常用截面不小于25mm×4mm的扁钢。图5-28为接地装置示意图。其中接地线分接地干线和接地直线，电气设备接地的部分就近通过接地支线与接地网的接地干线相连接。接地装置的导体截面，应符合热稳定和机械强度的要求。接地体分为自然接地体和人工接地体。自然接地体是利用基础内的钢筋焊接而成；人工接地体是人工专门制作的，又分为水平和垂直接地体两种。水平接地体是指接地体与地面水平，而垂直接地体是指接地体与地面垂直。人工接地体水平敷设时一般用扁钢或圆钢，垂直敷设时一般用角钢或钢管。为减少相邻接地体的屏蔽作用，垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍，水平接地体的相互间距可根据具体情况确定，但不宜小于5m。垂直接地体长度一般不小于2.5m埋深不应小于0.6m，距建筑物出入口或人行道或外墙不应小于3m。二、接地系统1.接地的主要内容接地包括供电系统接地、信息系统接地、防雷接地、防电化学腐蚀接地以及特殊设备与特殊坏境设备的接地等。接地处理的正常与否，对防止人身遭受电击、减小财产损失和保障电力系统、信息系统的正常运行都很重要。2.低压配电系统的接地形式（1）低压配电系统的接地形式及其含义。低压配电系统指1kV以下交流电源系统。我国低压变配电系统接地制式采用国际电工委员会（EEC）标准，即TN、TT、IT、三种接地制式，在TN接地制式中，因N线和PE线组合方式的不同，又分为TN—C、TN—S、TN—C—S三种，其中各字母的含义如下：第一个字母表示电源端与地的关系：T——电源端有一点直接接地；I——电源端所有带电部分不接地或有一点通过高阻抗接地。第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：T——电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；N——电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。（2）TN系统。低压电源端有一点（通常是配电压器的中性点）直接接地，电气设备的外露可导电部分（如金属外壳）通过保护线与该接地点相连，这种连接方式称为TN系统。TN系统又可分为以下几种。1）TN—S系统。在TN—S系统中，整个系统的中性线（N线）和保护线（PE线）是分开的，如图5-29所示。因为TN—S系统可装有漏电保护开关，有良好的漏电保护性能，所以在高层建筑或公共建筑中得到广泛应用。2）TN—C系统。在TN—C系统中，整个系统的中性线（N线）和保护线（PE线）是合一的，称为PEN线，如图5-30所示。TN—C系统就是通常所说的保护接零系统。该系统应用在三相负荷基本平衡的工业企业中。但对供电给数据处理设备和电子仪器设备的配电系统，不宜采用TN—C系统。3）TN—C—S系统。TN—C—S系统中前一部分线路的中性导体和保护导体是合一的，而后一部分将PEN线分为中性线（N线）和保护线（PE线），如图5-31所示。在民用建筑及工业企业中，若采用TN—C系统作为进线电源，进入建筑物时把电源线路总的PEN线分为中性线（N线）和保护线（PE线），经济这种系统线路简单经济，同时PEN分开后，建筑物内有专用的保护线（PE线），具有TN—S系统的特点，因此，该系统式民用建筑中常用的接地形式。（3）TT系统。电源端有一点（一般式配电变压器的中性点）直接接地，用电设备的外露可导电部分通过保护线接到与电源端接地点无电气联系的接地极上，这种形式称为TT系统（保护接地系统），如同5-32所示。由于用电设备外壳用单独的接地极接地，与电源的接地极无电气上的联系，因此，TT系统适用于对接地要求较高的电子设备的供电。（4）IT系统。电源端的带电部分（包括中性线）不接地或有一点通过高阻抗接地，电气装置的外露可导电部分通过PE线接到接地极，如图5-33所示。IT系统适用于坏境条件较差，容易发生一相接地或有火灾爆炸危险的地点，如煤矿等易爆场所。选择是可根据建筑物不同功能和要求，确定低压配电系统合适的接地形式，以达到安全可靠的经济实用的目的。3.建筑物的等电位连接在电气装置或某一空间内，将所有金属可导电部分，易恰当的方式互相连接，使其电位相等或相近，从而消除或减小个部分之间的电位差，有效防止人身遭受电击、电气火灾等事故的发生，此类连接称为等电位连接。（1）等电位连接的作用。所有的电气灾害，均不是因为电位高或电位低引起的，而是由于电位差的原因引起放电。人身遭受电击、电气信息设备的损坏等，其主要原因都是由于有了电位差引起放电造成的。为了防止上述事故的发生，如何消除电位差或减小电位差事最有效的措施。采用等电位连接的方法，能有效地消除或减小电位差，使设备及人员获得安全防范保护。（2）等电位连接的分类。等电位连接分为总等电位连接（代号为MEB），辅助等电位连接（代号为SEB），局部等电位连接（代号为LEB）。总等电位连接（MEB）是指在建筑物电气装置的范围内，将其建筑物构建、各种金属管道、电气系统的保护接地线（PE线）和人工或自然接地装置通过总电位连接端子板互相连接，以降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道以及金属间引入的危险故障电压的危害。辅助等电位连接（SEB）是指将两个或几个可导电部分进行电气连通，直接作等电位连接，使其故障接触电压降至安全限制电压以下。辅助等电位连接线的最小截面面积为：有机械保护时，采用铜导线为2.5mm²，采用铝导线时为4mm²；无机械保护时，铜、铝导线均为4mm²；采用杜新材料时，圆钢截面为Φ10mm，扁钢为20mm×4mm。局部等电位连接（LEB）是指在某一个局部范围内，通过局部等电位端子板将多个辅助等电位连接。（3）低压接地系统对等电位连接的要求。1）建筑物内的总等电位连接导体应与下列可导电部分互相连接：①保护线干线、接地线干线；②金属管道，包括自来水管、燃气管、空调管等；③建筑结构中得金属部分，以及来自建筑物外的可导电体；④来自建筑物外的可导电体，应在建筑物内尽量靠近入口处与等电位连接导体连接。2）建筑物内的辅助等电位连接应与下列可导电部分互相连接？：①固定设备的所有能同时触及的外露可导电部分；②设备或插座内的保护导体‘③装置外地可导电部分，建筑物结构主筋。等电位连接的电阻要求是，等电位连接端子板与其连接范围内的金属体末端间电阻不大于30兆，并且使用后要定期测试。（4）等电位连接与接地的关系。接地一般是指电气系统、电气设备可导电金属外壳、电气设备外可导电金属件等，用导体与大地相连，使其被连接部分与大地电位差相等或相近，故等电位连接应该接地。根据不停要求，等电位连接系统不接地也是安全的。又如：车载发电机及其供电设备、飞机等，其等电位连接指与其机架、机壳的连接，使其在此空间及平面范围内不存在电位差，达到安全的目的。（5）须做等电位连接的情况。大中型建筑物都应设总等电位连接。对于多路电源进线的建筑物，每一电源进线都须做各自的总等电位连接，所有总等电位连接系统之间应就近互相连通，使整个建筑物电气装置处于同一电位水平。总等电位连接系统，如图5-34所示。等电位连接线与各种管道连接时，抱箍时管道的接触表面应清理干净，包谷内径等于管道外径，其大小依管道大小而定。需在局部场所范围内作多个辅助等电位连接时，可通过局部等电位连接端子板将PE母线，PE干线或公用设施的金属管道等互相连通，实现局部范围内的多个辅助等电位连接，称为局部等电位连接。通过局部等电位连接端子板将PE母线或PE干线、公用设施的金属管道、建筑物金属结构等部分互相连通。通常在下列情况须做局部等电位连接、网络阻抗过大，使自动切断电源时间过长；不能满足防电击要求；为满足于是、游泳池、医院手术室、农牧业等场所对防电击的特殊要求；为满足防雷和信息系统抗干扰的要求。例如：卫生间的局部等电位连接是把卫生间内所有的金属构件（地漏、水暖管、便器、卫生器具以及墙体等）部分均与LEB端子板相连接。卫生间局部等电位连接如图5-35所示。