《建筑电气》之建筑防雷及接地系统

1、第七章 建筑防雷及接地系统7.1 雷电过电压7.2 建筑物的防雷等级分类与防雷措施7.3 防雷装置7.4 过电压保护设备7.5 低压配电系统接地方式7.6 接地装置7.7 接地要求和接地电阻7.8 建筑物等电位联结7.9 特殊场所的安全防护 雷电的危害 机械效应、热效应 电磁感应、静电感应 根据发生雷击事故的可能性和造成的后果，我国将建筑物防雷分为以下三类等级： 7.1 雷电过电压 一、感应过电压1静电感应 2电磁感应二、直击雷过电压三、雷电波的侵入 地电位反击7.2 建筑物的防雷等级分类与防雷措施 二、二类防雷二、二类防雷 1分类 （1）高度超过100m的建筑物。 （2）国家级重点文物保护建

2、筑物。 （3）国家级的会堂、办公建筑物、档案馆、大型博展建筑物；特大型、大型铁路旅客站；国际性的航空港、通信枢纽；国宾馆、大型旅游建筑；国际港口客运站。 （4）国家级计算中心、国家级通信枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。 （5）年预计雷击次数大于0.06次的部、省级办公建筑及其他重要或人员密集的公共建筑物。 （6）年预计雷击次数大于0.3次的住宅、办公楼等一般民用建筑物。 2防雷措施 （1）第二类防雷建筑物应采取防直击雷、防侧击和防雷电波侵入的措施。 （2）防直击雷的措施应采用各种接闪装置。 （3）当建筑物高度超过45m时，应采取防侧击措施。 （4）防雷电波侵入的措施是接地

3、 三、三类防雷 1分类 （1）省级重点文物保护建筑物及省级档案馆。 （2）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）19 层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物。 （4）年预计雷击次数大于0.012次，且小于或等于0.06次的部、省级办公建筑及其他重要或人员密集的公共建筑物。 （5）年预计雷击次数大于或等于0.06次，且小于或等于0.3次的住宅、办公楼等一般民用建筑物。 （6）建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m的建筑物。 （7）通过调查确认当地遭受过雷击灾害的类似建筑物；历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的较重要建筑物。 （8）在平均雷暴日大于15d/

4、a的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸构筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔孤立的高耸构筑物。 2防雷措施 （1）第三类防雷建筑物应采取防直击雷、防雷电波侵入和防侧击的措施。 （2）防直击雷的措施应采用各种接闪装置。 （3）当建筑物高度超过60m时，应采取防侧击措施。 （4）防雷电波侵入的措施是接地 直击雷防雷装置（接闪器、引下线、接地网） 感应雷将建筑物的金属屋顶、房屋中的大型金属物品全部加以良好的接地处理。雷电波侵入地下电缆等。侧击雷门窗接地7.3 防雷装置 一、接闪器 防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成。 接闪器位于防雷装置的顶部

5、，其作用是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身，承接直击雷放电。除避雷针、避雷线、避雷网、避雷带可作为接闪器外，建筑物的金属屋面可用作第一类防雷建筑物以外的建筑物的接闪器。 接闪器所用材料应能满足机械强度、耐腐蚀和热稳定性。 接闪器由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。 1. 规格 （1）独立接闪杆。 （2）架空接闪线或架空接闪网。 （3）直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网。 不得利用安装在接收无线电视广播天线杆顶上的接闪器保护建筑物。针高针高1m：A1m 2m：A2m 3m：A1.5m B1.5m 4m：A1m B1.5m C1.5m 5m：A

6、1.5m B1.5m C2m 1 1避雷针避雷针埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔俄红场美国国会大厦美国国会大厦2. 2. 避雷线避雷线避雷带、避雷网二、引下线三、接地网三、接地网7.4 过电压保护设备 一、避雷器1. 碳化硅避雷器 碳化硅避雷器由叠装于密封瓷套内的火花间隙和碳化硅阀片组成。火花间隙的主要作用是平时将阀片与带电导体隔离，在过电压时放电和切断电源供给的续流。2. 金属氧化物避雷器 氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器 二、浪涌保护器 浪涌保护器（SPD）是一种为各种电子设备、仪器仪表、通信线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保

7、护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。 用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。3. 防雷区的划分防雷区防雷区 保护保护LPZ0A 本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减。场强度没有衰减。LPZ0B 本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。但本区内的电磁场强度没有衰减。LPZ1 本区内的各物体不可能遭到直接雷击

8、，流经各导体的雷电流比本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的雷电流比LPZ0 0B更更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。LPZN+1 当需要进一步减小流入的雷电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，当需要进一步减小流入的雷电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。并按照需要保护对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。 （1）第I级电源防雷器 防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区，将数万至数十万伏的浪涌电压限制到25003000V。 第I级电源防雷器可防范雷

9、电通流量大于或等于100kA（10/350s）；残压值不大于2.5kV；响应时间小于或等于100ns。 （2）第II级电源防雷器 将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到15002000V，对LPZ1LPZ2实施等电位连接。 第II级电源防雷器采用C类保护器进行相-中、相-地以及中-地的全模式保护，雷电通流容量大于或等于40kA（8/20s）；残压峰值不大于1000V；响应时间不大于25ns。 （3）第III级电源防雷器 最终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，使浪涌的能量有致损坏设备。 III级防雷器是对LEMP和通过第II级防雷器的残余雷击能量进行保护 （4）第IV级

10、保护 第IV级保护其雷电通流容量不应低于5kA。7.5 低压配电系统接地方式一、低压配电系统的接地方式 第一个字母低压系统的对地关系； T一点直接接地； I所有带电部分与地绝缘或 一点经阻抗接地； 第二个字母电气装置的外露导电部分的对地关系；T外露导电部分对地直接电气连接， 与低压系统的任何接地点无关；N外露导电部分与低压系统的接地点 直接电气连接(在交流系统中，接地 点通常就是中性点)，如果后面还有 字母时，字母表示中性线与保护线 的组合；S中性线和保护线是分开的；C中性线和保护线是合一的（PEN）线。 二、TN系统 1.TNS系统 即五线制系统，三根相线分别是L1、L2、L3，一根零线N，

11、一根保护线PE，电力系统中性点一点接地，用电设备外露可导电部分直接接到PE线上。 TN-S系统适用于工业与民用建筑等低压供电系统，是目前我国在低压系统中普遍采取的接地方式。 TN-S系统中的PE线上在正常工作时无电流，设备的外露可导电部分无对地电压，保证操作人员的人身安全；在事故发生时，PE线中有电流通过，使保护装置迅速动作，切断故障。一般规定PE线不允许断线和进入开关。N线（工作零线）在接有单相负载时，可能有不平衡电流。 TN-S系统适用于工业与民用建筑等低压供电系统，是目前我国在低压系统中普遍采取的接地方式。 2TN-C系统 即四线制系统，三根相线L1、L2、L3，一根中性线与保护线合并的

12、PEN线，用电设备的外露可导电部分接到PEN线上。 在TN-C系统接线中当存在三相负荷不平衡和有单相负荷时，PEN线上呈现不平衡电流，设备的外露可导电部分有对地电压的存在。由于N线不得断线，故在进入建筑物前N或PE应加做重复接地。 TN-C系统适用于三相负荷基本平衡的情况，同时适用于有单相220V的便携式、移动式的用电设备。 3TN-C-S系统 即四线半系统，在TN-C系统的末端将PEN分开为PE线和N线，分开后不允许再合并。 在该系统的前半部分具有TN-C系统的特点，在系统的后半部分却具有TN-S系统的特点。目前在一些民用建筑中在电源入户后，将PEN线分为N线和PE线。 该系统适用于工业企业

13、和一般民用建筑。当负荷端装有漏电开关，干线末端装有接零保护时，也可用于新建住宅小区。 三、TT系统 在TT系统中当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或漏电）时，接地保护可以减少触电危险，但低压断路器不一定跳闸，设备外壳的对地电压可能超过安全电压。当漏电电流较小时，需加漏电保护器。 在TT系统中当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或漏电）时，接地保护可以减少触电危险，但低压断路器不一定跳闸，设备的外壳对地电压可能超过安全电压。当漏电电流较小时，需加漏电保护器。接地装置的接地电阻应满足单相接地故障时，在规定时间内切断供电线路的要求，或使接地电压限制在50V以下。 TT是适用于供给小负荷的接地系统。 四

14、、IT系统 IT即电力系统不接地或经过高阻抗接地，三线制系统。三根相线L1、L2、L3，用电设备的外露部分采用各自的PE线接地。 在IT系统中当任何一相故障接地时，因为大地可作为相线继续工作，系统可以继续运行。所以在线路中需加单相接地检测装置，使故障时报警。 IT系统一般适用于矿井、游泳池等场所。 五、电涌保护方式 1. 电涌保护型式 低压供电系统的电涌保护型式主要有单相、三相电涌保护器，主要用于电网干扰较严重的场所，能有效地抑制电网中的尖峰干扰及感应雷电波，它主要针对TT和TN-S配电系统所要求的相线、零线对地及相线对零线的共模、差模进行全方位保护，用于第一、二级的保护。 2. TN-C-S

15、系统 该系统的N线（中线）、PE线（地线）从变压器低压侧合为一条 PEN线，此位置只需在相线-PEN线之间加装电涌保护器，在进入建筑物总配电箱后，PEN线分为N线和PE线独立布线，PEN线接于建筑物内总等电位接连接地母排以接入大地。 3. TN-S系统 该系统的N线（中线）、PE线（地线）仅在变压器低压侧出线端相连并与地连接，在进入建筑物总配电箱前，N线和PE线就独立布线，相线与PE线之间都要加装电涌保护器。 4. TT系统 该系统的N线（中线）仅在变压器的中性点接地，N线和PE线严格分开布线。因此需在相线与N线之间加装电涌保护器，N线与PE线加装间隙电涌保护器。 5. IT系统 该系统变压器

16、中性点不接地，线路中有中线N线.7.6 接地装置 一、接地种类 1. 工作接地 在TN-C系统和TN-C-S系统中，为了电路或设备达到运行的要求的接地（如变压器中性点接地）。该接地成为工作接地或配电系统接地。 在电子电路中工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。 2. 2. 保护接地保护接地 为了 防止电气设备的绝缘损坏，其金属外壳对地电压必须限制在安全电压内，避免造成人身电击事故，将电气设备的外露可被人接触的部分接地。 3. 防雷接地 为了防止雷电过电压对人身或设备产生

17、危害，而设置的过电压保护设备的接地。如避雷针、避雷器等。 4. 防静电接地 为了消除静电对人身和设备产生危害而进行的接地，如将某些液体或气体的金属输送管道或车辆的接地，计算机机房接地等。 5. 屏蔽接地 （1）电路的屏蔽罩接地 （2）电缆的屏蔽层接地 （3）系统的屏蔽体接地二、接地方式1. 单点接地2. 2. 多点接地多点接地3. 3. 混合接地混合接地4. 4. 浮地浮地 三、接地装置 1. 接地体 又称接地极，指埋入地下直接与土壤接触的金属导体和金属导体组，是接地电流流向土壤的散流件。2. 接地线钢接地体和接地线的最小规格钢接地体和接地线的最小规格种类、规格及单位种类、规格及单位地上地上地

18、下地下室内室内 室外室外交流电交流电流回路流回路直流电直流电流回路流回路圆钢直径（圆钢直径（mm）681012扁扁钢钢截面（截面（m）厚度（厚度（mm）603100410041006角钢厚度（角钢厚度（mm）22.546钢管管壁厚钢管管壁厚度度（mm）2.52.53.54.5 3. 接地体总体布置设计 （1）垂直方式（2）水平方式）水平方式5. 人工接地体人工接地体 6. 自然基础接地体 （1）利用无防水底板钢筋或深基础做接地体。利用无防水底板钢筋或深基础做接地体。 （2）利用柱形桩基及平台钢筋做好接地体。7.7 接地要求和接地电阻 一、接地要求 1. TN系统 在TN系统中，配电变压器中性点

19、应直接接地。所有电气设备的外露可导电部分应采用保护导体（PE）或保护接地中性导体（PEN）与配电变压器中性点相连接。 2. TN-C-S系统 采用TN-C-S系统时，当保护导体与中性导体从某点分开后不应再合并，且中性导体不应再接地。 3. TT系统 在TT系统中，配电变压器中性点应直接接地。电气设备外露可导电部分所连接的接地极不应与配电变压器中性点的接地极相连接。 TT系统中，所有电气设备外露可导电部分宜采用保护导体与共用的接地网或保护接地母线、总接地端子相连。 4. IT系统 所有带电部分应对地绝缘或配电变压器中性点应通过足够大的阻抗接地。电气设备外露可导电部分可单独接地或成组地接地。 电气

20、设备的外露可导电部分应通过保护导体或保护接地母线、总接地端子与接地极连接。 IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。 在无特殊要求的情况下，IT系统不宜引出中性导体。 IT系统中包括中性导体在内的任何带电部分严禁直接接地。IT系统中的电源系统对地应保持良好的绝缘状态。 二、保护接地范围 1. 接地 （1）电机、电器、手持式及移动式电器； （2）配电设备、配电屏与控制屏的框架； （3）室内、外配电装置的金属构架、钢筋混凝土构架钢筋及靠近带电部分金属围栏等； （4）电缆的金属外皮和电力电缆的金属保护导管、接线盒及终端盒； （5）建筑电气设备的基础金属构架； （6）类照明灯具的金属外壳。

21、2. 不接地 （1）干燥场所的交流额定电压50V及以下和直流额定电压110V及以下的电气装置； （2）安装在配电屏、控制屏已接地的金属框架上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器；安装在已接地的金属框架上的设备； （3）当发生绝缘损坏时不会引起危及人身安全的绝缘子底座。 3. 严禁接地 （1）采用设置绝缘场所保护方式的所有电气设备外露可导电部分及外界可导电部分； （2）采用不接地的局部等电位联结保护方式的所有电气设备外露可导电部分及外界可导电部分； （3）采用电气隔离保护方式的电气设备外露可导电部分及外界可导电部分； （4）在采用双重绝缘及加强绝缘保护方式中的绝缘外护物里面的可导电部分。 1.

22、1. 交流电气装置接地电阻交流电气装置接地电阻 （1 1）当配电变压器高压侧工作于小电阻接地系统 R考虑到季节变化的最大接地电阻 I计算用的流经接地装置的入地短 路电流，A。 不得大于5。IR2000 （2）当配电变压器高压侧工作于不接地系统 1) 高压与低压电气装置共用的接地网的接地电阻 不应大于4。 2) 仅用于高压电气装置的接地网 考虑到季节变化的最大接地电阻，；计算用的接地故障电流，A。 不宜大于10。IR120IR250 3) 消弧线圈接地系统中 对于装有消弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装置，计算电流等于接在同一接地装置中同一系统各消弧线圈额定电流总和的1.25倍。 对于不装消

23、弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装置，计算电流等于系统中断开最大一台消弧线圈或系统中最长线路被切除时的最大可能残余电流值。 4) 在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30。 2. 配电变压器接地电阻 低压系统中，配电变压器中性点的接地电阻不宜超过4。高土壤电阻率地区，当达到上述接地电阻值困难时，可采用网格式接地网。 3.配电电气装置的接地电阻 （1）与系统电源共用的接地装置 1) 配电变压器安装在建筑物外时式中 R考虑到季节变化接地装置最大接 地电阻，； I计算用的单相接地故障电流；消弧 线圈接地系统为故障点残余电流。 但不应大于4。IR50 2）配电变压器安装在由其供电的建筑物内时，不宜

24、大于4。 （2） 非共用的接地装置，应符合上式的要求，但不宜大于10。 4. 电气设备接地电阻 （1）保护配电变压器的避雷器，应与变压器保护接地共用接地网。 （2）保护配电柱上的断路器、负荷开关和电容器组等的避雷器，其接地导体应与设备外壳相连，接地电阻不应大于10。 5. TT系统接地电阻 系统接地点和电气装置外露导电部分已进行总等电位联结时，电气装置外露导电部分不另设接地装置。否则，电气装置外露导电部分应设保护接地的接地装置 式中 R 考虑到季节变化时接地装置的最大接地电阻，； 保证保护电器切断故障回路的动作电流，A。aIR50aI 6. IT系统接地电阻 各电气装置外露导电部分保护接地的接

25、地装置可共用同一接地装置，亦可个别地或成组地用单独的接地装置接地。每个接地装置的接地电阻式中 R考虑到季节变化外露导电部分 的接地装置最大接地电阻 相线和外露导电部分间第一次 短路故障的故障电流，A。dIR50dI 7. 共用接地网电阻建筑物的各电气系统的接地宜用同一接地网。接地网的接地电阻，应符合其中最小值的要求。7.8 建筑物等电位联结 在建筑电气工程中，常见的等电位联结措施有三种，即总等电位联结，辅助等电位联结和局部等电位联结，其中局部等电位联结是辅助等电位联结的一种扩展。 一、等电位联结 等电位联结是将建筑物中各电气装置和其它装置外露的金属及可导电部分与人工或自然接地体用导体连接起来，

26、以达到减少电位差的目的称为等电位联结。 1. 总等电位联结（MEB） 建筑物电气装置采用接地故障保护时，建筑物内电气装置应采用总等电位联结。对下列导电部分应采用总等电位连接线互相可靠连接，并在进入建筑物处接向总等电位联结端子板。 （1）PE(PEN)干线； （2）电气装置的接地装置中的接地干线； （3）建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道； （4）便于连接的建筑物金属构件等导电部分。2. 辅助等电位联结（SEB） 将两导电部分用导线直接作等电位连接，使故障接触电压降至接触电压限值以下，称作辅助等电位连接。下列情况下需做辅助等电位连接。 1）电源网络阻抗过大，使自动切断电源时间过长，不能满足防电击要求时； 2）自TN系统同一配电箱供给固定式和移动式两种电气设备，而固定式设备保护电器切断电源时间不能满足移动式设备防电击要求时； 3）为满足浴室、游泳池、医院手术室等场所对防电击的特殊要求时。 3. 局部等电位联结（LEB） 当需在一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下列