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建筑防雷接地系统安装调试及验收与安全用电

		点击数：	更新时间： 2021年11月08日
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任务四 建筑防雷、接地系统安装与安全用电
一、接地系统安装
二、建筑防雷系统安装、调试及验收
三、安全用电
1接地        电气设备的任何部分与土壤间做良好的电气连接，称为接地。
2接地体或接地极
     直接与土壤接触的金属导体称为接地体或接地极。接地体可分为人工接地体和自然接地体。
     人工接地体是指专门为接地而装设的接地体；自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。
（一）有关接地的概念及类型
一、接地系统安装
3  接地线
     连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线。
4 接地装置
      接地体和接地线组成的总体称为接地装置。
5 接地装置的散流场
    当由于某种原因有电流流入接地体时，电流就通过接地体向大地做半球形散开，这一电流称为接地电流，接地电流流散的范围称为散流场。
    接地装置的对地电压与接地电流之比为接地电阻。实验表明，离接地体越远，土壤导电面积越大，电阻就越小。
      在距2.5m长的单根接地体20m处，导电半球形面积可达2500m2，土壤散流电阻已小到可以忽略，也就是这里的电位已趋近于零，可以认为远离接地体20m以外的地方电位为零，称为电气上的“地”或“大地”，如图15-1所示。
6接触电压
     电气设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差称为接触电压。
7跨步电压
        人在散流场中走动时，两脚间出现的电位差称为跨步电压。
8接地的分类
（1） 工作接地
    工作接地是为保证电力系统和设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。
（2） 保护接地
     保护接地是为保障人身安全、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地。
（3） 重复接地
     在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地方进行再一次接地，称为重复接地。
        ① 如架空线路终端及沿线每1km处。
        ② 电缆和架空线引入车间或大型建筑物处。
9  接地电阻
     指构成接地装置的各部分的电阻之和。
   （1） 工频（50Hz）接地电流流经接地装置所呈现出来的接地电阻称为工频接地电阻。
    （2） 冲击电流（如雷电流）流经接地装置所呈现出来的接地电阻称为冲击接地电阻。

图1-1  接地电流分布曲线及接触电压、跨步电压
1自然接地体的利用
     在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资。如果实地测量所利用的自然接地体电阻已能满足要求，而且这些自然接地体又满足热稳定条件，可不必再装设人工接地装置。
      可作为自然接地体的物件包括与大地有可靠连接的建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的金属管道及埋地敷设的不少于2根的电缆金属外皮等。对于变配电所来说，可利用其建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。
（二）接地体的装设
    利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接，在建(构)筑物结构的结合处，除已焊接者外，凡用螺栓连接或其他连接的，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。
2人工接地体的装设
      人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种基本结构形式，如图所示。人工接地体一般采用钢管、圆钢、角钢或扁钢等安装和埋入地下，但不应埋设在垃圾堆、炉渣和强烈腐蚀性土壤处。
        最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管，这是最为经济合理的。 
人工接地体
（a） 垂直埋设的棒形接地体；（b） 水平埋设的带形接地体

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1材料要求
       按《电气装置安装工程·接地装置施工及验收规范》（GB 50169—92）规定，钢接地体和接地线的截面不应小于表15-1所列规格。对110kV及以上变电所或腐蚀性强的场所的接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。
（三）接地体装设的要求
2接地体的埋设要求
  （1） 接地体的埋设深度不应小于0.6m，且必须在大地冻土层以下。角钢及钢管接地体应垂直配置。
  （2） 垂直接地体的长度不应小于2.5m, 其相互之间间距一般不应小于5m。
  （3） 防雷接地的人工接地装置的接地干线埋设，经人行通道处埋地深度不应小于1m，且应采取均压措施或在其上方铺设卵石或沥青地面。 
   （4） 人工接地装置或利用建筑物基础钢筋的接地装置
    必须在地面以上按设计要求位置设测试点。
   （5） 埋入后接地体周围要用新土夯实。
   （6） 接地体地下部分不得涂漆。
3接地体的连接要求
（1） 接地体的焊接应采用搭接焊，其搭接长度应符合下列规定: 
        ① 扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的2倍，不少于三面施焊；
        ② 圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；
        ③ 圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；
        ④ 扁钢与钢管，扁钢与角钢焊接，应紧贴角钢外侧两面，或紧贴3/4钢管表面，上下两侧施焊；
        ⑤ 除埋设在混凝土中的焊接接头外，应有防腐措施。
（2） 接地体与接地干线的连接，应采用可拆卸的螺栓连接点，以便测量电阻。
       (1) 竣工图；
        (2) 材料材质证明书和镀锌质量证明书；
        (3) 材料设备报验记录；
        (4) 接地装置隐蔽记录；
        (5) 图纸会审及设计变更记录；
        (6) 接地电阻测试记录；
        (7) 接地装置安装工程检验批质量验收记录。
（四）接地系统的验收资料
        建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三级。
1、 一级防雷的建筑物
        指具有特别重要用途的建筑物，如国家级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑；特大型、大型铁路旅馆站；国际性的航空港、通信枢纽；国宾馆、大型旅游建筑、国际港口客运站等。另外，还包括国家级重点文物保护的建筑物和构筑物及高度超过100m的建筑物。
（一）建筑物的防雷分级
二、建筑防雷系统安装、调试及验收
2、 指重要的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、通信、广播等建筑以及大型商店、影剧院等。另外，还包括省级重点文物保护的建筑物和构筑物；19层以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑物；省级以上大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物等。
3、三级防雷建筑物
        指当年计算雷击次数大于0.05时，或通过调查确定需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑物边缘高度超过20m的建筑物；高度为15m以上的烟囱、水塔等孤立的建筑物或构筑物，在雷电活动较弱地区(年平均雷暴日不超过15天)其高度可为20m以上；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。
1、 直接雷击
        指雷电对电气设备或建筑物直接放电，放电时雷电流可达几万甚至几十万安培。直击雷一般采用由接闪器、引下线、接地装置构成的防雷装置防雷。
（二） 雷电的危害方式及其防雷措施
/2、雷电感应
        指当雷云出现在建筑物的上方时，由于静电感应，在屋顶的金属上积聚大量异号电荷，在雷云对其他地方放电后，屋顶上原来被约束的电荷对地形成感应雷，其电压可达几十万伏。雷电感应的防止办法是将感应电荷的屋顶金属通过引下线、接地装置泄入大地。

(3) 雷电波侵入
        指由于线路、金属管道等遭受直接雷击或感应雷而产生的雷电波沿线路、金属管道等侵入变电站或建筑物而造成危害。据统计，这种雷电侵入波占系统雷害事故的50％以上。因此，对其防护问题，应予相当重视。一般在线路进入建筑物处安装避雷器进行防护。
(4) 雷击电磁脉冲
        指雷电直接击在建筑物防雷装置或建筑物附近所引起的效应。它是一种干扰源，绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。防雷击电磁脉冲措施有屏蔽、接地和等电位连接、设置电源保护器等。
(5) 雷电“反击”
        雷击直击雷防护装置时，雷电流经接闪器，沿引下线流入接地装置的过程中，由于各部分阻抗的作用，接闪器、引下线、接地装置上将产生不同的较高对地电位，若被保护物与其间距不够时，会发生直击雷防护装置对被保护物的放电现象，称为“反击”。
      雷电“反击”的防止措施有两种：一是使被保护物与直击雷防护装置保持一定的安全距离；二是将被保护物与直击雷防护装置做等电位连接，使其之间不存在电位差。
1一级防雷建筑物的保护措施
        （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。
（三） 不同级别建筑物的防雷保护措施
2二级防雷建筑物的保护措施
        （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。
3三级防雷建筑物的保护措施
        （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。
4有爆炸和火灾危险的建筑物防雷保护措施
        （1） 有爆炸危险的建筑物防雷对存放有易燃烧、易爆炸物品的建筑物，由于电火花可能造成爆炸和燃烧，故对这类建筑物的防雷要求相当严格。对于直击雷、雷电感应和沿架空线侵入的高电位，还应增加避雷网或避雷带的引下线，其间距为18～24m。防雷系统和内部的金属管线或金属设备的距离不得小于3m。采用避雷针保护时，必须高出爆炸性气体的放气管管顶3m, 其保护范围也应高出管顶1～2m。建筑物附近有高大树木时，如不在保护范围之内，树木应与建筑物保持 3～5m的净距。
        （2） 有火灾危险的建筑物防雷农村的草房、木板房屋、谷物堆放场及储存有易燃建筑材料的建筑物，最好用独立避雷针进行保护。当采用屋顶避雷针或避雷带保护时，在屋脊上的避雷带应支起 600mm,斜脊及屋檐部分的连接条应支起 400mm,所有防雷引下线应支起 100～150mm。防雷装置的金属部件不得穿入屋内或贴近草棚上，以防止由于雷击而引起火灾。电源进户线及屋内电线应与防雷系统有足够的绝缘距离，否则应采取保护措施。
1接闪器
（1） 材料要求
          ① 避雷针       一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成，上部制成针尖形状，圆钢截面积不得小于100mm2, 钢管厚度不得小于 3mm。
          ② 避雷带和网  一般用圆钢或扁钢制成，其尺寸不应小于下列数值: 圆钢直径为8mm; 扁钢截面积为48mm2, 扁钢厚度为4mm。
（四） 直击雷防雷装置的安装
（2） 明装避雷带（网）的安装
        当不上人屋面预留支撑件有困难时，可采用预制混凝土支墩作避雷带（网）的支架，支架点间距均匀，且直线段部分不宜大于3m，转弯处不宜大于500mm。混凝土支墩按图15-4预制。
        女儿墙、屋脊上安装避雷带（网）支架时，应尽量预留预埋安装件或孔洞。 
        支架调正、校平后，可进行避雷带（网）安装。避雷带安装前应校直，将校直后的避雷带（网）逐段焊接或用螺栓固定于支架上。 
（3） 暗装避雷带（网）的安装
        可上人屋面避雷带（网）可暗设，埋设深度为屋面或女儿墙下50mm。避雷带（网）的间距应符合设计要求，引至屋面的金属构件、设备的接地线位置应正确，接地点外露。
        高层建筑30m以下部分每隔三层设均压环一圈。
        高层建筑30m以上部分向上每隔三层在结构圈梁内敷设一圈—25×4避雷带，并与引下线焊接形成水平避雷带，以防止侧击雷。
（4） 避雷针安装
        ① 避雷针在屋面上的安装
        ② 烟囱避雷针安装
        ③ 水塔避雷针安装
   2引下线
  （1） 材料要求
     引下线一般采用圆钢或扁钢制成，其截面积不应小于 48mm2, 在易受腐蚀的部位,其截面积应适当增大。其尺寸不应小于下列数值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm2,扁钢厚度为4mm。

（2） 暗设圆钢、扁钢引下线敷设
（3） 柱内主钢筋引下线敷设
（4） 明设引下线敷设
   3接地装置
    混凝土支墩的预制
1验收要求
    （1） 建筑物顶部的避雷针、避雷带等必须与顶部外露的其他金属物体连成一个整体的电气通路，且与避雷引下线连接可靠。
     （2） 避雷针、避雷带应位置正确，焊接固定的焊缝饱满无遗漏，螺栓固定的备帽等防松零件齐全，焊接部分补刷的防腐油漆完整。
（五） 建筑物防雷系统的验收
       （3） 避雷带应平正顺直，固定点支持件间距均匀、固定可靠，每个支持件应能承受大于49N（5kg）的垂直拉力。当设计无要求时，支持件间距符合：水平直线部分0.5～1.5m；垂直直线部分1.5～3m；弯曲部分0.3～0.5m。
        （4） 暗敷在建筑物抹灰层内的引下线应有卡钉分段固定；明敷的引下线应平直、无急弯，与支架焊接处油漆防腐，且无遗漏。
        （5） 当利用金属构件、金属管道做接地线时，应在构件或管道与接地干线间焊接金属跨接线。
       （6） 接地线在穿越墙壁、楼板和地坪处应加套钢管或其他坚固的保护套管，钢套管应与接地线做电气连通。
        （7） 当接地线跨越建筑物变形缝时，设补偿装置。
        （8） 接地线表面沿长度方向，每段为15～100mm，分别涂以黄色和绿色相间的条纹。
2验收资料
        （1） 竣工图；
        （2） 材料材质证明书和镀锌质量证明书；
        （3） 材料设备报验记录；
        （4） 图纸会审及设计变更记录；
        （5） 接闪器工程检验批质量记录；
        （6） 避雷引下线安装工程检验批质量验收记录。
三、 安全用电
        人体触电可分两种情况：一种是雷击和高压触电，较大的电流通过人体所产生的热效应、化学效应和机械效应，将使人的机体遭受严重的电灼伤、组织炭化坏死及其他难以恢复的永久性伤害；另一种是低压触电，在数十至数百mA电流作用下，使人的机体产生病理生理性反应。轻的触电有针刺痛感，或出现痉挛、血压升高、心律不齐以致昏迷等暂时性的功能失常；重则可引起呼吸停止、心搏骤停、心室纤维性颤动等危及生命的伤害。
 1、电气安全的有关概念
1）安全电流
        安全电流，也就是人体触电后最大的摆脱电流。安全电流值，各国规定并不完全一致。我国规定为30mA（50Hz交流），按触电时间不超过1s（即1000ms），因此安全电流值为30mA·s。通过人体电流不超过30mA·s时，对人机体不会有损伤，不会引起心室纤维性颤动和器质损伤。如果通过人体电流达到50mA·s，对人就有致命危险，而达到100mA·s时，一般会致人死亡。100mA·s，即为“致命电流”。
2）安全电压与人体电阻
        安全电压，就是不致使人直接致死或致残的电压，我国国家标准规定的安全电压等级见《安全电压》（GB 3805—83）。
        从电气安全的角度来说，安全电压与人体电阻有关。人体电阻由体内电阻和皮肤电阻两部分组成。体内电阻约为500Ω，与接触电压无关。皮肤电阻随皮肤表面的干湿洁污状态及接触电压而变。从人身安全的角度考虑，人体电阻一般取下限值1700Ω（平均值为2000Ω）。由于安全电流取30mA，因此人体允许持续接触的安全电压为：       
            Usaf=30mA×1700Ω≈50V
        50V（50Hz交流有效值）称为一般正常环境条件允许持续接触的“安全特低电压”。

1）直接触电防护
        指对直接接触正常带电部分的防护。直接接触防护应选用以下一种或几种措施：
        （1） 绝缘；
        （2） 屏护，即对带电导体加隔离栅栏或加保护罩等；
        （3） 安全距离；
        （4） 限制放电能量；
       （5） 24V及以下安全特低电压；
        （6） 用漏电保护器作补充保护。
2 直接触电和间接触电防护
2）间接触电防护
        指对故障时带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分（如金属外壳、框架等）的防护。间接接触防护应选用以下一种或几种措施：
        （1） 双重绝缘结构；
        （2） 安全特低电压；
        （3） 电气隔离；
        （4） 不接地的局部等电位连接；
        （5） 不导电场所；
       （6） 自动断开电源；
        （7） 电工用个体防护用品；
        （8） 保护接地（与其他防护措施配合使用）。

在GB50054-95新的国家标准《低压配电设计规范》中已不再使用接零、接地、零线等名称，而改用ICE标准代号。
根据电气工作接地和电气装置外露导电部分保护接地的方式不同，ICE将系统接地分为TN，TT，IT三种形式，
    这些文字符号的意思是：
第一个字母说明电源对大地的关系：
T——一点与大地直接连接：
I——与大地隔离或一点经阻抗与大地连接：
3 低压系统接地形式
第二个字母说明电气装置外露导电部分对大地的关系:
T——外露导电部分直接接地：
N——外露导电部分与电源的中性点连接而接地。
在TN系统中按中性线（N）线和保护接地线（PE线）的分开或合并又分为三种形式：
TN-C系统——在全系统中N线和PE线是合为一根的；
TN-S系统——在全系统中N线和PE线是合为两根的；
TN-C-S系统——在全系统中仅前一部分（通常为电源至电气装置金线总配电箱的一段线路），N线和PE线合为一根（称为PEN）线，此后都分为两根。
TN-C系统
TN-C系统内由于PEN线兼起PE线和N线的作用，节省了一根导线。但PEN线上通过三相不平衡电流I，其上有电压降，使电气装置外露导电部分对地带电压，在某些场所这一对地电压可能引起电气事故。

TN-S系统
TN-S系统由于PE线和N线分为单独的两根线，PE线平时不通过电流，只在发生接地故障时才通过故障电流，故用电设备的外露可导电部分平时对地不带电压，安全性最好，但它需要多用一根导线，造价较高。
TN-C-S系统
TN-C-S系统介于以上二者之间，电气装置外露导电部分对地电压为电源线路上一段PEN线上的电压降，数值较小。
如果采用等电位连接，则正常工作或发生接地故障时也不会出现引起事故的电位差。
TT系统
在TT系统中，各装置有其专用PE向和接地极，而且不联通，故障电压不互窜，电气装置正常工作时外露导电部分为地电压，比较安全，但其接地故障中包含两个接地电阻，阻抗较大，故障电流较小，常不能用过电流保护兼做接地故障保护，而需装设漏电保护，特别是电源总进线处应装设漏电保护，以防止间接接触电击和接地故障火灾。
IT系统
IT系统中，因中性点不接地（或经大阻抗接地）,所以发生接地故障时，其接地故障电流仅为非故障相的对地电容电流，故障电压很低，不致引起事故，并且可在排除故障的同时继续供电，可靠性较高，这是其优点。但它不宜引出中性线，需要380/220V降压变压器供给220V设备用电，装置的绝缘水平也需提高，除不间断供电和电气安全要求高的场所外，应用受到限制。

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