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建筑物防雷及安全

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第五章建筑物防雷及安全用電 
建筑電氣與施工用電
內容提要及學習要求:
建筑物防雷及安全用電是一個電氣安全問題,關系到用戶的人身安全和環境安全。本章介紹一些常見的電氣安全知識，具體來說，包括雷電的基本知識，三類防雷建筑物的防雷措施，安全用電的基本知識和常見電擊防護措施。
第五章 建筑物防雷及安全用電
5.1  建筑物防雷
5.2  安全用電 
2.3 低壓配電系統及低壓設備
2.4 低壓線路及控制保護設備選擇
第五章 建筑物防雷及安全用電
5.1.1雷電的形成及作用形式
5.1.2雷電的危害
5.1.3防雷裝置及接地
5.1.4建筑物防雷措施
第五章 建筑物防雷及安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
5.1.1雷電的形成及作用形式 
1.雷電的形成  
    雷電的形成過程可以分為氣流上升、電荷分離和放電三個階段。在雷雨季節，地面上的水分受熱變蒸氣上升，與冷空氣相遇之后凝成水滴，形成積云。云中水滴受強氣流摩擦產生電荷，形成帶電的云。隨著雷云中電荷的積累，當電場強度逐漸增加，達到能使附近的空氣絕緣破壞,便產生雷云放電。 
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
2.雷電特點及作用形式
(1)雷電特點 
雷電流是一種沖擊波，
雷電流幅值Im的變化
范圍很大，一般為數十至數kA。
電流幅值一般在第一次閃擊時出現，
也稱主放電。
典型的雷電流波形如圖5.1。

建筑物遭受雷擊的部分是有一定規律的，例如，建筑物易遭雷擊部位常見有：檐角、女兒墻、屋檐。
（3）雷電擊的基本形式 
 (ⅰ)直擊雷 
 (ⅱ)感應雷 
 (ⅲ)雷電波侵入 
 (ⅳ)球形雷 
(2)雷擊的選擇性
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
5.1.2雷電的危害
1.熱效應
   雷電流通過導體時，在極短時間內轉換成大量熱能，造成火災 。
2.機械效應 
   雷電的機械效應指雷電經過時，建筑物內部產生大量汽化壓力和金屬物體產生的電動力所引起的破壞作用。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
3.電氣效應 
   雷電引起的過電壓，會擊毀電氣設備和線路的絕緣 。
4.電磁效應 
   強大的雷電流周圍產生強大且變化劇烈的磁場，使處于這個變化磁場中的金屬物體感應電流，產生發熱現象。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
5.1.3防雷裝置及接地
1．接閃器
   接閃器就是專門用來接受雷云放電的金屬物體。接閃器的類型有避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網、避雷環等，都是經常用來防止直接雷擊的防雷設備。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
(1) 避雷針及保護范圍 
 避雷針對周圍物體保護的有效性，常用保護范圍來表示。避雷針對建筑物保護范圍一般用滾球法確定。
避雷針在hx高度XX′平面上的保護半徑rx計算式:（單位為m）

避雷針在地面上的保護半徑r0：
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
(2)避雷帶和避雷網
   避雷帶和避雷網主要用于建筑物。
   避雷帶通常是沿著建筑物易受雷擊的部位，如屋脊、屋檐、屋角等處裝設的帶形導體。    
   避雷網是將建筑物屋面上縱橫敷設的避雷帶組成網格，防雷等級不同其網格尺寸大小要求也不同 。
（3）避雷環 
    防雷設計規范規定高度超過一定范圍的鋼筋混凝土結構、鋼結構建筑物，應設均壓環防側擊雷。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
2．引下線
    引下線是連接接閃器與接地裝置的金屬導體。
    引下線可以專門敷設，也可利用建筑物內的金屬構件。一般優先利用柱或剪力墻中的主鋼筋作為引下線，專門敷設時采用鍍鋅圓鋼或扁鋼。
      人工敷設的引下線宜在引下線距地面0．3～1．8m之間位置設置斷接卡子；自然引下線并同時采用基礎接地時，應在室內或室外的適當地點設置若干連接板，供測量接地電阻之用。 
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
3．接地裝置
     接地裝置的主要作用是向大地均勻地泄放電流，使防雷裝置對地電壓不至于過高。
     接地裝置包括接地體和接地線兩部分，它是防雷裝置的重要組成部分。
    (1)接地體
     接地體是埋入地下與土壤直接接觸的金屬導體。
     接地體一般分為自然接地體和人工接地體。

(2)接地線 
       接地線是連接接地體和引下線的金屬導體。它也分為自然接地線和人工接地線兩種類型。
    人工接地線材料一般采用扁鋼和圓鋼，采用扁鋼作為地下接地線時，其截面積不應小于25mmX4mm，采用圓鋼作接地線時，其直徑不應小于10mm。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
（2）接地線
自然接地線可利用建筑物的金屬結構，必須保證全程接地線路有可靠的電氣通路，用螺栓或鉚釘連接的部位必須焊接跨接線 。
5.1.4 建筑物防雷措施
1．建筑物的防雷分類
 根據建筑物的重要性、使用性質、受雷擊可能性的大小和一旦發生雷擊事故可能造成的后果,建筑物的防雷要求分為三類。
第一類防雷建筑物
   凡制造、使用或貯有大量爆炸物質的建筑物，且因火花而引起爆炸,會造成巨大破壞和人身傷亡的。 
 第二類防雷建筑物
   國家級重點建筑物；制造、使用或貯存爆炸物質的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡的。  
   其它為第三類防雷建筑物

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
2. 建筑物防雷保護措施 
     針對不同的雷擊形式，有不同的防雷措施；防雷等級不同，所采取的防雷措施也不同。
     防直接雷和感應雷一般采用避雷針、避雷網和避雷帶作為接閃器，誘導雷電泄放電荷。防感應雷還需將建筑物內部容易感應出電荷的金屬設備、管道與大地可靠聯接。
    防止雷電波侵入的措施，一般采用避雷器等措施。
    通常第一類防雷建筑物的防雷保護措施應包括防直接雷、防雷電感應和防雷電波侵入等保護內容，同時這些基本措施還應當被高標準地設置
   第二類防雷建筑物仍采取與第一類防雷建筑物相類似的措施，但其規定的指標不如第一類防雷建筑物嚴格；
   第三類防雷建筑物主要采取防直接雷和防雷電波侵入的措施。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.1  建筑物防雷
5.2.1電氣危害的種類
5.2.2電對人體危害因素
5.2.3觸電方式
5.2.4觸電急救
5.2.5供電系統接地形式
5.2.6電擊防護措施

第五章 建筑物防雷及安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
5.2  安全用電
5.2.1 電氣危害的種類 
    電氣危害有兩個方面：一方面是對系統自身的危害；另一方面是對用電設備、環境和人員的危害。如電擊、電氣火災等，其中尤以觸電和電氣火災危害最為嚴重，是近20年來在我國迅速蔓延的一種電氣災害，我國電氣火災在火災總數中所占的比例已達30％左右。     
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
        觸電又分為電擊和電傷。
        電擊指電流通過人體內部，造成人體內部組織、器官損壞，以至死亡的一種現象。電傷指是由電流的熱效應、化學效應等對人體造成的傷害

5.2.1 電氣危害的種類 
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
   5.2.2 電擊對人體的危害因素
    電危及人體生命安全的直接因素是電流，而不是電壓，而且電流對人體電擊傷害的嚴重程度與通過人體的電流大小、頻率、持續時間、流經途徑和人體的健康情況有關。
   人體內阻抗由人體脂肪、骨骼、神經、肌肉等組織所構成，不同的電流通路有不同的阻抗。要將人體能觸及的電壓限制在安全的范圍內，有關規定安全電壓在42V以下。 
  5.2.2 電擊對人體的危害因素
  人體觸電時，通過電流的時間越長，生命的危險性就愈大。據統計，觸電后1min內就進行急救，能有良好的效果，觸電后12分鐘開始救治者，救活的可能性就很小。 
     電流途徑從人體的手到手、手到腳，頭到腳危害最大。因為電流通過心臟。
    
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
5.2.2 電擊對人體的危害因素
         電流頻率不同，對人體傷害也不同。據測試，15～100HZ的交流電流對人體的傷害最嚴重。
          人體不同，對電流的敏感程度也不一樣，一般地說，兒童較成年人敏感,女性較男性敏感。患有心臟病者，觸電后的死亡可能性就更大。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
6.2.3 觸電方式

人體觸及帶電體的方式，可分為以下三種情況：
    1. 單相觸電
  人體兩處觸及一相帶電體的觸電事故 。單相觸電的危險程度與電網運行方式有關。
    電源中性點接地運行方式比中性點不接地的單相觸電情況 危害要大。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
2.兩相觸電。 
        兩相觸電是指人體兩處同時觸及兩相帶電體的觸電事故。其危險性一般是比較大的。
3．跨步電壓觸電 
  當帶電體接地有電流流入地下時，電流在接地點周圍土壤中產生電壓降，離接地點越近、兩腳距離越大，跨步電壓值就越大。一般10米以外就沒有危險。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
6.2.4 觸電急救
    現場急救對搶救觸電者是非常重要的，觸電急救應爭分奪秒不能等待醫務人員。及時急救一般步驟：
     1. 解脫電源 
     發現有人觸電時，首先是盡快使觸電人脫離電源，這是實施其它急救措施的前提 。
 
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
2. 對癥救治
        當觸電人脫離了電源以后，應迅速根據具體情況作對癥救治，同時向醫務部門呼救。
        根據有無呼吸，心臟有否跳動，分別實施人工呼吸法搶救和人工胸處擠壓法搶救。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
6.2.5供電系統接地形式
  低壓配電系統是電力系統的末端，一般是380／220V的電壓 。低壓配電系統有三種接地形式，IT系統、TT系統、TN系統。

1.IT系統
    IT系統就是電源中性點不接地、用電設備外殼直接接地的系統 。
  2.TT系統 
   TT系統的電源中性點直接接地、用電設備外殼也直接接地。電源中性點的接地叫做工作接地，而設備外殼接地叫做保護接地 。TT系統中，這兩個接地必須是相互獨立的 。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
3.TN 系統
    TN系統即電源中性點直接接地、設備外殼等可導電部分與電源中性點有直接電氣連接的系統。它又分為TN—S系統、TN—C系統、TN—C—S系統三種形式。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
(1) TN—S系統
    在電源中性點工作接地，而用電設備外殼等可導電部分通過專門設置的保護線PE連接到電源中性點上。在這種系統中，中性線和保護線是分開的。 TN—S系統是我國現在應用最為廣泛的一種系統 。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
（2）TN—C系統
        它與TN-S不同的是將PE線和N線的功能綜合起來，由一根稱為保護中性線PEN，同時承擔保護和中性線兩者的功能 。TN—C現在已很少采用。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
（3）TN—C—S系統 
     TN—C—S系統是TN—C系統和TN—S系統的結合形式 ，從電源出來的那一段采用TN—C系統，只起電能的傳輸作用，到用電負荷附近某一點處，采用了重復接地這一技術 ，將PEN線分開成單獨的N線和PE線 。 TN—C—S系統目前也是應用比較廣泛的一種系統 。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
6.2.6  電擊防護措施
        為降低因絕緣破壞而遭到電擊的危險，對于以上不同的低壓配電系統型式，電氣設備常采用保護接地、保護接零、重復接地等不同的安全措施。
1.保護接地 
  保護接地是將與電氣設備帶電部分相絕緣的金屬外殼或架構通過接地裝置同大地連接起來 ，保護接地適用于IT及TT低壓配電系統型式 。
2.保護接零 
 保護接零是把電氣設備正常時不帶電的導體，如金屬機殼，同電網的N線或PE線連接起來。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
  在同一低壓供電系統中，也不允許一部分設備采用保護接地，而另一部分設備采用保護接零。 
3．重復接地
  將電源中性接地點以外的其他點一次或多次接地，稱為重復接地。重復接地時，當系統中發生碰殼或接地短路時，一則可以降低PEN線的對地電壓；二則當PEN線發生斷線時，可以降低斷線后產生的故障電壓。

第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電
4.漏電保護器
  以上的保護措施都是通過降低接觸電壓和通過使用過電流保護電器動作來進行電擊防護的,但這些措施還不夠完善, 實際工程中往往可采用漏電保護器作為補充安全措施。 
  漏電保護器的工作原理：當人體觸及帶電導體時發生觸電時，由互感器檢測泄漏電流，并借助于脫扣線圈使脫扣器動作,切斷電源回路。從而達到保護 人體安全的目的。
第五章 建筑物防雷及安全用電 5.2  安全用電

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