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1、第七章建筑防雷及接地系统第1页，共45页，编辑于2022年，星期一 7.1 7.1过电压过电压7.1.1 过电压的形式过电压的形式过电压过电压内部过电压内部过电压 外部过电压外部过电压 雷电过电压雷电过电压 直击雷击直击雷击感应雷击感应雷击 雷电波侵入雷电波侵入 操作过电压操作过电压谐振过电压谐振过电压切断小电感电流切断小电感电流断开小容量负载断开小容量负载中性点不直接接地间隙性中性点不直接接地间隙性的电弧接地的电弧接地第2页，共45页，编辑于2022年，星期一1.内部过电压内部过电压 幅值与电网的额定电压成正比，一般不幅值与电网的额定电压成正比，一般不会超过系统正常运行时相对地（单相）额定会
2、超过系统正常运行时相对地（单相）额定电压的电压的34倍，因此对电气设备或线路的绝缘倍，因此对电气设备或线路的绝缘威胁不是很大威胁不是很大 2.雷电过电压雷电过电压 它是大气中带电云块之间或带电云层与地它是大气中带电云块之间或带电云层与地面之间所发生的一种强烈的自然放电现象。面之间所发生的一种强烈的自然放电现象。有线状、片状和球状等形式有线状、片状和球状等形式 3.3.雷云放电过程雷云放电过程 第3页，共45页，编辑于2022年，星期一 雷电的危害雷电的危害 雷电的雷电的 机械效应机械效应 雷电的热效应雷电的热效应 雷电的电磁效应雷电的电磁效应 雷电的闪络放电雷电的闪络放电4.4.雷电流特性雷电
3、流特性 雷云放电具有雷云放电具有很高的电压幅值和很高的电压幅值和强大的电流幅值。强大的电流幅值。第4页，共45页，编辑于2022年，星期一5.5.雷电过电压的基本形式雷电过电压的基本形式(1)(1)直击雷过电压直击雷过电压(2)(2)感应雷过电压感应雷过电压(3)(3)入侵波过电压入侵波过电压6.6.雷电的危害雷电的危害(1)(1)雷电的热效应雷电的热效应(2)(2)雷电的电磁效应雷电的电磁效应(3)(3)雷电的机械效应雷电的机械效应(4)(4)雷电的闪络放电雷电的闪络放电 第5页，共45页，编辑于2022年，星期一7.27.2建筑物的防雷等级分类建筑物的防雷等级分类7.2.17.2.1雷电活
4、动规律雷电活动规律 第6页，共45页，编辑于2022年，星期一7.27.2建筑物的防雷等级分类建筑物的防雷等级分类7.2.17.2.1雷电活动规律雷电活动规律1.1.雷暴日雷暴日 多雷区：雷暴日大于多雷区：雷暴日大于4040的为多雷区。的为多雷区。少雷区：雷暴日小于少雷区：雷暴日小于1515的为少雷区。的为少雷区。2.2.雷击次数雷击次数 N=kNgAe N=kNgAe 3 3.雷雷击击大地的年平均密度大地的年平均密度应应按下式确定：按下式确定：4 4建筑物等效面积建筑物等效面积AeAe，应为其实际平面积向应为其实际平面积向外扩大后的面外扩大后的面当建筑物的高当建筑物的高H H小于小于1001
5、00m m时时 第7页，共45页，编辑于2022年，星期一第8页，共45页，编辑于2022年，星期一2.2.容易遭受雷击的建筑物及相关因素容易遭受雷击的建筑物及相关因素:(1)(1)建筑群中的高耸建筑物及尖顶建筑物、构建筑群中的高耸建筑物及尖顶建筑物、构筑物，如水塔、宝塔、烟囱及发射台天线等。筑物，如水塔、宝塔、烟囱及发射台天线等。(2)(2)空旷地区孤立物，如野外孤立建筑、输电线空旷地区孤立物，如野外孤立建筑、输电线杆、塔及高大树木等。杆、塔及高大树木等。(3)(3)建筑物的突出部位，如屋脊、屋角、女儿建筑物的突出部位，如屋脊、屋角、女儿墙、屋顶蓄水箱烟囱及天线等。墙、屋顶蓄水箱烟囱及天线等
6、。(4)(4)屋顶为金属结构的建筑物，地下埋设的金属屋顶为金属结构的建筑物，地下埋设的金属管道，内部有大量金属设备的厂房或排放带电管道，内部有大量金属设备的厂房或排放带电尘埃的工厂等。尘埃的工厂等。(5)(5)特别潮湿的建筑物和地下水位较高的地方。特别潮湿的建筑物和地下水位较高的地方。第9页，共45页，编辑于2022年，星期一(6)(6)金属矿藏地区，由于地下金属矿的存在，容金属矿藏地区，由于地下金属矿的存在，容易引起雷电感应，从而造成雷击。易引起雷电感应，从而造成雷击。7.2.27.2.2建筑物的防雷等级建筑物的防雷等级依依据据：建建筑筑物物应应根根据据其其重重要要性性、使使用用性性质质、发
7、发生生雷雷电电事事故故的的可可能能性性和和后后果果，按按防防雷雷要要求求分为三类。分为三类。1.1.第一类防雷建筑物：第一类防雷建筑物：2.2.第二类防雷建筑物：第二类防雷建筑物：3.3.第三类防雷建筑物：第三类防雷建筑物：7.37.3建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施7.3.17.3.1防雷原理防雷原理7.3.27.3.2建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施第10页，共45页，编辑于2022年，星期一7.3.37.3.3建筑物防雷装置建筑物防雷装置接闪器、引下线和接地装置接闪器、引下线和接地装置 1.1.接闪器接闪器1)1)避雷针避雷针 宜采用圆钢或焊接钢管，其直径不应小于：宜采用圆钢或焊接钢管，
8、其直径不应小于：1 1m m以下以下 ：圆钢为圆钢为1212mmmm，钢管为钢管为2020mmmm。1 12m2m：圆钢为圆钢为1616mmmm，钢管为钢管为 25 25mmmm。2)2)避雷带或避雷网避雷带或避雷网 圆钢直径不应小于圆钢直径不应小于8 8mmmm。扁钢截面不应小于扁钢截面不应小于4848mmmm，厚度不应小于厚度不应小于4 4mmmm。第11页，共45页，编辑于2022年，星期一3)3)避雷环避雷环 扁钢截面不应小于扁钢截面不应小于100100mmmm，厚度不应小于厚度不应小于4 4mmmm 。圆钢直径不应小于圆钢直径不应小于1212mmmm4)4)金属屋面金属屋面 除一类防
9、雷建筑物外，金属屋面的建筑物除一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器。宜利用其屋面作为接闪器。2.2.引下线引下线 （不少于（不少于2 2根）根）种类：种类：人工、利用建筑物柱内主筋（人工、利用建筑物柱内主筋（1616 ）人工：圆钢直径不应小于人工：圆钢直径不应小于8 8mmmm。第12页，共45页，编辑于2022年，星期一扁钢截面不应小于扁钢截面不应小于4848mmmm，厚度不应小于厚度不应小于4 4mmmm。敷设方式：明敷设、暗敷设（增大一级）敷设方式：明敷设、暗敷设（增大一级）测试：距地不大于测试：距地不大于2 2M M处设断接卡子或测试点处设断接卡子或测试点3.3.接
10、地装置接地装置（1 1）人工接地体）人工接地体垂直接地体宜采用圆钢、钢管或角钢，最常垂直接地体宜采用圆钢、钢管或角钢，最常用为钢管长用为钢管长2.52.5，直径，直径5050mmmm。水平接地体宜采用扁钢、圆钢。水平接地体宜采用扁钢、圆钢。圆钢直径不应小于圆钢直径不应小于1010mmmm。扁钢截面不应小于扁钢截面不应小于100100m2m2，厚度不应小于厚度不应小于4 4mmmm。角钢厚度不应小于角钢厚度不应小于4 4mmmm。钢管厚度不应小于钢管厚度不应小于3.53.5mmmm。第13页，共45页，编辑于2022年，星期一2.2.自然接地体自然接地体 兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属兼
11、作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、管道和建筑物的钢筋混凝土基础等。构件、管道和建筑物的钢筋混凝土基础等。对于变配电所，只能利用它本身的建筑钢筋混对于变配电所，只能利用它本身的建筑钢筋混凝土基础作为自然接地体。凝土基础作为自然接地体。在高层建筑中，推荐利用柱子、基础内的钢筋作在高层建筑中，推荐利用柱子、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。主要优点：为引下线和接地装置。主要优点：(1)(1)接地电阻低。接地电阻低。(2)(2)电位分布均匀，均压效果好。电位分布均匀，均压效果好。(3)(3)施工方便可省去大量土方挖掘工程量。施工方便可省去大量土方挖掘工程量。第14页，共45页，编辑于2022年
12、，星期一(4)(4)节约钢材。节约钢材。(5)(5)维护工程量少。维护工程量少。人工接地体按接地装置尺寸，垂直接地体的人工接地体按接地装置尺寸，垂直接地体的长度一般为长度一般为2.52.5m m，其顶距地面其顶距地面0.60.60.70.7m,m,相距相距5 5m m。水平及垂直接地体应离建筑物外墙、出入水平及垂直接地体应离建筑物外墙、出入 口、人行道不小于口、人行道不小于3 3m,m,否则：否则：1 1）水平接地体局部深埋不水平接地体局部深埋不应应小于小于1 1m;m;2 2）水平接地体局部水平接地体局部应应包包绝缘绝缘物，可采用物，可采用 50 508080mmmm厚的厚的沥沥青青层层;第
13、15页，共45页，编辑于2022年，星期一3 3）采用采用沥沥青碎石地面或在接地体上面敷青碎石地面或在接地体上面敷设设 50 508080mmmm厚的厚的沥沥青青层层，其，其宽宽度度应应超超过过接接 地体地体2 2m m。第16页，共45页，编辑于2022年，星期一7.3.7.3.4 4 建筑物的防雷措施建筑物的防雷措施1.1.建筑物的防雷要求：建筑物的防雷要求：1.11.1一类防雷建筑物一类防雷建筑物 防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入、防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入、侧击雷。侧击雷。1.21.2二类防雷建筑物二类防雷建筑物 直击雷、防雷电波侵入、有爆炸危险场所直击雷、防雷电波侵入、有爆
14、炸危险场所 应有防雷电感的措施、侧击雷。应有防雷电感的措施、侧击雷。1.31.3三类防雷建筑物三类防雷建筑物 防直击雷和防雷电波侵入的措施、侧击雷。防直击雷和防雷电波侵入的措施、侧击雷。第17页，共45页，编辑于2022年，星期一2.2.具体防雷措施具体防雷措施 (1)(1)防直接雷防直接雷 接闪器：避雷针、避雷带和避雷网。接闪器：避雷针、避雷带和避雷网。接闪器引来雷电流，通过引下线和接地体接闪器引来雷电流，通过引下线和接地体安全地引导入地，安全地引导入地，使接闪器下面一定范围内的使接闪器下面一定范围内的建筑物免遭直接雷击建筑物免遭直接雷击一类防雷建筑物加装水平均压环一类防雷建筑物加装水平均压
15、环（间距间距1212m)m)第18页，共45页，编辑于2022年，星期一(2)(2)防感应雷防感应雷 建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上电感应的接地装置上平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物跨接（长金属物跨接（100100mm;30mmm;30m）。）。将相互靠近的金属物体全部可靠地连成一体并将相互靠近的金属物体全部可靠地连成一体并加以接地的办法
16、来消除。加以接地的办法来消除。第19页，共45页，编辑于2022年，星期一(3)(3)防高电位侵入防高电位侵入 在整个雷害事故中占在整个雷害事故中占50507070 。配电线路全部采用地下电缆配电线路全部采用地下电缆;进户线采用进户线采用5010050100m m长的一段电缆长的一段电缆;在架空线进户之处，加装避雷器或放电保在架空线进户之处，加装避雷器或放电保护间隙。护间隙。第20页，共45页，编辑于2022年，星期一(4)(4)防侧击雷防侧击雷 外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接装置连接;竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底竖直敷设的金属管道
17、及金属物的顶端和底端与防雷装置连接端与防雷装置连接 第21页，共45页，编辑于2022年，星期一建筑物建筑物建筑物建筑物防雷等级防雷等级防雷等级防雷等级 避雷带网格避雷带网格避雷带网格避雷带网格间距不大于间距不大于间距不大于间距不大于 引下线间距引下线间距引下线间距引下线间距距不大于距不大于距不大于距不大于 防侧击雷的防侧击雷的防侧击雷的防侧击雷的高度高度高度高度 接地电阻接地电阻接地电阻接地电阻小于小于小于小于 一类一类一类一类 二类二类二类二类 三类三类三类三类55555555米或米或米或米或 64646464米米米米 12 12 12 12米米米米 10 10 10 10 30 30 3
18、0 30米米米米 6 6 6 6m m m m 1010101010101010米或米或米或米或 128128128128米米米米 18 18 18 18米米米米 10 10 10 10 45 45 45 45米米米米 6 6 6 62020202020202020米或米或米或米或 2218221822182218米米米米 25 25 25 25米米米米 30 30 30 30 60 60 60 60米米米米 第22页，共45页，编辑于2022年，星期一7.3.5 7.3.5 避雷针的保护范围及计算避雷针的保护范围及计算 1.1.单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 第23页，共45页，编
19、辑于2022年，星期一避雷针在避雷针在h h高度的高度的xxxx平面上和在地面上的平面上和在地面上的保护半径保护半径第24页，共45页，编辑于2022年，星期一【例【例7-17-1】某厂一座】某厂一座3030m m高的水塔旁边，建有高的水塔旁边，建有一水泵房（属第三类防雷建筑物），尺寸如一水泵房（属第三类防雷建筑物），尺寸如图（图（7-87-8）所示。水塔上装有一支高）所示。水塔上装有一支高2 2m m的避雷的避雷针，试问此针能否保证这一水泵房。针，试问此针能否保证这一水泵房。解：查解：查表表7 2，得滚球半径，得滚球半径hrhr=60m，而而 h h=30m+2m=32m，hxhx=6m，因
20、此得因此得 m m现水泵在现水泵在hx=6m高度上最远一角距离避雷针高度上最远一角距离避雷针的水平距离为的水平距离为 m hxhx水塔上的避雷针完全能保护这一水泵房。水塔上的避雷针完全能保护这一水泵房。第25页，共45页，编辑于2022年，星期一7.4 7.4 低压配电系统接地方式低压配电系统接地方式接接 地地:用金属把电气设备的某一部分与用金属把电气设备的某一部分与 地做良好的连接地做良好的连接接地体接地体:埋入地中并直接与大地接触的金埋入地中并直接与大地接触的金 属导体属导体接地线接地线:连接设备接地部位与接地体的金连接设备接地部位与接地体的金 属导线属导线 7.4.1 7.4.1 接地概
21、述接地概述1.1.接地电阻和接地电流接地电阻和接地电流接地电阻：接地电阻：是指电流从埋入地中的接地体流向周围是指电流从埋入地中的接地体流向周围土壤时，接地体与大地远处的电位差与该电土壤时，接地体与大地远处的电位差与该电流之比，而不是接地体的表面电阻。流之比，而不是接地体的表面电阻。第26页，共45页，编辑于2022年，星期一第27页，共45页，编辑于2022年，星期一2.2.对地电压、接触电压和跨步电压对地电压、接触电压和跨步电压对地电压：对地电压：电气设备从接地外壳及接地体电气设备从接地外壳及接地体 到到2020m m以外的零电位之间的电以外的零电位之间的电 位差。位差。接触电压：人站在发生
22、接地故障的电气设接触电压：人站在发生接地故障的电气设 备旁边，手触及设备的外露可备旁边，手触及设备的外露可 导电部分，则人所接触的两点导电部分，则人所接触的两点 （如手和脚）之间所呈现的电（如手和脚）之间所呈现的电 位差。位差。第28页，共45页，编辑于2022年，星期一跨步电压：人在接地故障点周围行走，两跨步电压：人在接地故障点周围行走，两 脚之间所呈现的电位差。脚之间所呈现的电位差。第29页，共45页，编辑于2022年，星期一7.4.3工作接地（系统接工作接地（系统接地）地）定义：电源测的接地称为工作接地定义：电源测的接地称为工作接地作用：保证电力系统和设备达到正常工作作用：保证电力系统和
23、设备达到正常工作方法：变压器中性点接地方法：变压器中性点接地7.4.2 接地的类型和作用接地的类型和作用一、接地的分类一、接地的分类7.4.4保护接地保护接地定义：负载则的接地称为保护接地定义：负载则的接地称为保护接地作用：保障人身安全、防止间接触电作用：保障人身安全、防止间接触电方法：将设备的外露可导电部分进行接地方法：将设备的外露可导电部分进行接地接地接地工作接地工作接地保护接地保护接地IT系统系统TT系统系统TN系统系统TN-S系统系统TN-C系统系统TN-C-S系统系统第30页，共45页，编辑于2022年，星期一工作接地：工作接地：为保证电力系统和电气设备在正常和事为保证电力系统和电气
24、设备在正常和事故情况下可靠地运行，人为地将电力系统的故情况下可靠地运行，人为地将电力系统的中性点（如发电机和变压器的中性点）及电中性点（如发电机和变压器的中性点）及电气设备的某一部分（如避雷针和避雷线的接气设备的某一部分（如避雷针和避雷线的接地引下线）直接或经消弧线圈、电阻、击穿地引下线）直接或经消弧线圈、电阻、击穿熔断器等与地作金属连接。熔断器等与地作金属连接。三种运行方式：三种运行方式：电电源中性点不接地源中性点不接地电电源中性点源中性点经经消弧消弧线线圈接地圈接地电电源中性点直接接地源中性点直接接地第31页，共45页，编辑于2022年，星期一 7.4.4 7.4.4 保护接地保护接地定义
25、定义保保护护接地接地:电电气气设备设备的金属外壳可能因的金属外壳可能因绝缘损绝缘损坏而坏而带电带电，为为防止防止这这种种电压电压危及人身安全而人危及人身安全而人为为地将地将电电气气设设备备的金属外壳与大地作金属的金属外壳与大地作金属联联接接。保保护护接地的型式：接地的型式：保保护护接地接地、保保护护接零接零第32页，共45页，编辑于2022年，星期一(1)、TT系统系统（我国过去称作保护接地系统）（我国过去称作保护接地系统）(2)、TN系统系统（我国过去称作保护接零系统）（我国过去称作保护接零系统）(3)、IT系统系统（仅负荷则接地）（仅负荷则接地）1、保护接地的类型和命名方式、保护接地的类型
26、和命名方式第一个字母表示电源侧中性点接地状态，即：第一个字母表示电源侧中性点接地状态，即：T表示直接接地；表示直接接地；I表示不接地表示不接地(或高电阻接地或高电阻接地)。第二个字母表示负载侧接地状态，即：第二个字母表示负载侧接地状态，即：T表示电气设备外露导体的接地与系统接地相互独立；表示电气设备外露导体的接地与系统接地相互独立；N表示负载侧接地与系统接地直接作电气连接。表示负载侧接地与系统接地直接作电气连接。第33页，共45页，编辑于2022年，星期一2、TN系统的三种型式系统的三种型式1、TN-S系统系统 （三相五线制）（三相五线制）2、TN-C系统系统 （三相四线制）（三相四线制）3、
27、TN-C-S系统系统（局部三相五线制）（局部三相五线制）民民用用建建筑筑禁禁止止采采用用TN-C系系统统第34页，共45页，编辑于2022年，星期一3.3.TTTT系统系统第35页，共45页，编辑于2022年，星期一4.4.ITIT系统系统第36页，共45页，编辑于2022年，星期一5.5.重复接地重复接地 在在TNTN系统中为确保公共系统中为确保公共PEPE或或PENPEN线安全可线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在PEPE或或PENPEN线的下列地方进行必要的重复接地。线的下列地方进行必要的重复接地。电流或架空线在引入建筑物或车间处。电流
28、或架空线在引入建筑物或车间处。在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。公里处。7.5 接地装置与接地接地装置与接地电电阻阻7.5.1 接地装置接地装置的设置的设置7.5.2 接地装置接地接地装置接地电电阻阻第37页，共45页，编辑于2022年，星期一1.电电阻的概念及影响接地阻的概念及影响接地电电阻的因素阻的因素2.工程工程实际实际的做法：的做法：7.5.3 接地接地电电阻的阻的测测量量1.电电流表流表电压电压表表测测量法量法 第38页，共45页，编辑于2022年，星期一2.接地接地电电阻阻测测量量仪测仪测量法量法第39页，共45页，编辑于2022年
29、，星期一 7.6 等等电电位位联结联结7.6.1等等电电位位联结联结概念概念 将将建建筑筑物物电电气气装装置置内内外外露露可可导导电电部部分分、电电气气装装置置外外可可导导电电部部分分、人人工工或或自自然然接接地地体体用用导导体体连连接起来以达到减少接起来以达到减少电电位差。位差。7.6.2等等电电位位联结联结的的组组成及分成及分类类1.总总等等电电位位联结联结（MEB）作作用用于于全全建建筑筑物物，在在每每一一电电源源进进线线处处，利利用用联联结结干干线线将将保保护护线线、接接地地线线的的总总接接线线端端子子与与建建筑筑物物内内电电气装置外的可气装置外的可导电导电部分部分第40页，共45页，
30、编辑于2022年，星期一第41页，共45页，编辑于2022年，星期一（如：（如：进进出建筑物的金属管道、建筑物的金属出建筑物的金属管道、建筑物的金属结结构构构件等）构件等）连连接成一体。接成一体。2.局部等局部等电电位位联结联结（LEB）指在局部范指在局部范围围内内设设置的等置的等电电位位联结联结，一般，一般在在TN系系统统中，当配中，当配电线电线路阻抗路阻抗过过大、保大、保护动护动作作时间时间超超过规过规定允定允许值时许值时或或为满为满足防足防电击电击的特殊的特殊要求要求时时，需作局部等，需作局部等电电位位联结联结。第42页，共45页，编辑于2022年，星期一3.辅辅助等助等电电位位联结联结（SEB）指在伸臂范指在伸臂范围围内的某些外露可内的某些外露可导电导电部分部分与装置外可与装置外可导电导电部分之部分之间间所作的等所作的等电电位位联结联结。第43页，共45页，编辑于2022年，星期一第44页，共45页，编辑于2022年，星期一第45页，共45页，编辑于2022年，星期一