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雷電現象的基礎知識

1.雷電現象：雷云→雷電先導→迎雷先導→主放電階段 →余輝階段。

主放電階段：電流很大，高達幾百千安，但持續時間極短，一般只有50～100μs。

余輝放電階段：電流較小，約幾百安，持續時間約為0.03～0.15s。

2.雷電流的特性

3.雷電過電壓的基本形式

直擊雷：雷電直接擊中電氣設備、線路、建筑物等物體。

感應雷：由雷電對線路、設備或其他物體的靜電感應或電磁感應而引起的過電壓。

雷電波侵入：架空線路遭到直接雷擊或感應雷而產生的高電位雷電波，沿架空線侵入變電所或其他建筑物而造成危險。

4.雷電活動強度及直擊雷的規律

雷暴日：一天中只要出現過雷電活動（包括看到雷閃和聽到雷聲），就算一個雷暴日。我國各地區的雷暴日數如表所示：

雷電活動的規律：熱而潮濕的地區比冷而干燥的地區雷暴多，且山區大于平原，平原大于沙漠，陸地大于湖海。雷擊區的形成與地質結構（即土壤電阻率）、地面上的設施情況及地理條件等因素有關。建筑物的雷擊部位與建筑物的高度、長度及屋頂坡度等因素有關。

5.雷電的危害：雷電流的熱效應可燒斷導線和燒毀電力設備；雷電流的機械效應產生的電動力可摧毀設備、桿塔和建筑，傷害人畜；雷電流的電磁效應可產生過電壓，擊穿電氣設備絕緣，甚至引起火災爆炸，造成人身傷亡；雷電的閃絡放電可燒壞絕緣子，使斷路器跳閘或引起火災，造成大面積停電。

防雷裝置

防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。

接閃器（受雷裝置）：是接受雷電流的金屬導體，常用的有避雷針、避雷線和避雷網（帶）三種類型。

引下線：應保證雷電流通過時不致熔化，一般用直徑不小于10mm的圓鋼或截面不小于80mm2的扁鋼制成。

接地裝置：埋在地下的接地導線和接地體的總稱。

1.避雷針：避雷針通常采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅焊接鋼管制成。

針長1m以下時，圓鋼直徑不小于12 mm，鋼管直徑不小于20 mm；

針長1～2m時，圓鋼直徑不小于16mm，鋼管直徑不小于25mm。

避雷針的保護范圍，以它能夠防護直擊雷的保護空間來表示，可按“滾球法”來確定。

滾球法：選擇一個半徑為hr（滾球半徑）的球體，沿需要防護直擊雷的部位滾動。如果球體只接觸到避雷針（線）與地面，而不觸及需要保護的部位，則該部位就在避雷針（線）的保護范圍之內。

單支避雷針的保護范圍

2.避雷線：用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。

單根避雷線的保護范圍，當避雷線高度h≥2hr時，無保護范圍。當避雷線高度h＜2hr時，按下列方法確定：

電氣裝置的接地

1.接地裝置

接地：電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接。

接地體：直接與大地接觸的金屬導體。

接地線：連接接地體與電氣設備接地部分的金屬導體。

接地裝置：接地體與接地線的總和。

接地網：由若干個接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體。

2．地和對地電壓

當電氣設備發生接地故障時，接地電流IE通過接地體向大地作半球形散開。

3.接觸電壓和跨步電壓

接觸電壓：當電氣設備發生接地故障時，人體觸及的電氣設備和大地上任意兩點之間的電位差，稱為接觸電壓Utou 。

跨步電壓：人在接地故障點附近行走時，兩腳之間的電位差，稱為跨步電壓Ustep 。

4. 接地電阻

流散電阻：接地體的對地電壓與通過接地體流入地中的電流之比，稱為流散電阻。

接地電阻：電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之比，稱為接地裝置的接地電阻。

工頻接地電阻：工頻接地電流流經接地裝置所呈現的接地電阻，稱為工頻接地電阻，用RE表示；

沖擊接地電阻：雷電流流經接地裝置所呈現的電阻，稱為沖擊接地電阻，用Rsh表示。

接地的類型

工作接地：根據電力系統運行的需要，人為地將電力系統中性點或電氣設備的某一部分進行接地。

保護接地：為保證人身安全、防止觸電事故，將電氣設備的外露可導電部分與地作良好的連接。

TN系統：TN系統的電源中性點直接接地，并引出有中性線（N線）、保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），電氣設備的外露可導電部分與PE線或PEN線相連。

TN-C系統：N線與PE線合為一根PEN線，所有設備的外露可導電部分均接PEN線。（圖a）

接地裝置的裝設

自然接地體：與大地有可靠接觸的金屬導體，如埋入地下的金屬管道、建筑物的鋼結構和鋼筋、行車的鋼軌、電纜金屬外皮等都可作為自然接地體。

人工接地體：采用鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼等鋼材制成。

垂直埋設的接地體：用φ38～50mm的鋼管或∠40 ×40 ×4mm～∠50×50×5mm的角鋼。

水平埋設的接地體：用φ16mm的圓管或40×4mm的扁鋼。

接地線：用20×4mm～40×4mm的扁鋼。

說明：接地裝置由多根接地體組成，可成排布置，也可以環形布置。每根接地體長2.5m左右，接地體之間的距離約5m，將各接地體打入地中后，用圓鋼或扁鋼連成一體。

接地網的布置：應使接地裝置附近的電位分布盡可能均勻，以降低接觸電壓和跨步電壓，保證人身安全。

接地電阻的計算

地電阻的最大允許值：見書中表。

自然接地體接地電阻的計算：可查閱有關設計手冊。

人工接地體接地電阻的計算

降低土壤電阻率的措施

采用外引式接地裝置：將接地體引至附近的水井、泉眼、水溝、河邊、水庫邊、大樹下等土壤電阻率較低的地方，或者敷設水下接地網，以降低接地電阻。

深埋地極法：如果地下較深處的土壤電阻率較低，可用深埋式接地體。

換土法：用電阻率較低的土壤（如粘土、黑土等）替換原有電阻率較高的土壤，置換范圍在接地體周圍0.5m以內和接地體的1/3處。

化學處理法：在接地體周圍加入低電阻率的減阻劑來增加土壤的導電性，從而降低其接地電阻。

防雷電擊與電氣安全

電氣安全的有關概念

傷害程度與電流大小的關系：通過人體的電流愈大，人體的生理反應愈明顯，傷害愈嚴重。

感知電流：指電流通過人體時可引起感覺的最小電流。感知電流值與時間因素無關。

擺脫電流：指人在觸電后能夠自行擺脫帶電體的最大電流。擺脫電流值也與時間無關。

室顫電流：指引起心室顫動的最小電流。室顫電流與電流持續時間關系密切。

圖是國際電工委員會（IEC）提出的人體觸電時間和通過人體電流對人身肌體反應的曲線。

防雷電擊與電氣安全

我國一般采用30mA（50Hz）作為安全電流值，但其觸電時間不得超過1s，因此這安全電流值也稱為30mA·s。

傷害程度與電流持續時間的關系：通過人體電流的持續時間愈長，愈容易引起心室顫動，危險性就愈大。

傷害程度與電流通經的關系：

電流通過心臟會引起心室顫動，電流較大時會使心臟停止跳動；

電流通過中樞神經，會引起中樞神經嚴重失調而導致死亡；

電流通過頭部會使人昏迷，電流較大時會對腦組織產生嚴重損壞而導致死亡；

電流通過脊髓會使人癱瘓等。

傷害程度與電流種類的關系：直流電流、交流電流、高頻電流、靜電電荷以及特殊波形電流對人體都有傷害作用，通常以50～60Hz的工頻電流對人體的危害最為嚴重。

人體電阻：人體電阻包括體內電阻和皮膚電阻。體內電阻約500Ω，與接觸電壓有關。皮膚電阻較大，集中在角質層，正常時可達104-105Ω。

皮膚的潮濕、多汗、有損傷等會降低人體電阻；

通過電流加大，通電時間加長，會增加發熱出汗，也會降低人體電阻；

接觸電壓增高，會擊穿角質層，也會降低人體電阻。

一般情況下，人體電阻可按1000～2000Ω考慮。

安全電壓：是指不致使人直接致死或致殘的電壓。它取決于人體允許的電流和人體電阻。

我國規定的安全電壓等級為：42V、36V、24V、12V和6V。

凡手提照明燈、在危險環境和特別危險環境中使用攜帶式電動工具，如無特殊安全結構或安全措施，應采用42V或36V的安全電壓；

金屬容器內、隧道內、礦井內等工作地點狹窄、行動不便，以及周圍有大面積接地導體的環境，應采用24V或12V的安全電壓；

水下作業等場所采用6V的安全電壓。

在一般的正常環境條件下，通常稱交流50V電壓為可允許持續接觸的“安全特低電壓”。

漏電保護器的基本結構和原理

安全用電的一般措施

建立電氣安全管理機構，確定管理人員和管理方式。

嚴格執行各項安全規章制度。

對電氣設備定期進行電氣安全檢查，以便及時排除設備事故隱患。

加強電氣安全教育，以便提高工作人員的安全意識，充分認識安全用電的重要性。

妥善收集和保存安全資料。

按規定使用電工安全用具。

加強檢修安全制度。

普及安全用電知識，使用戶和廣大群眾都能了解安全用電的基本常識。

按建筑物的防雷類別確定滾球半徑和避雷網尺寸

閥型避雷器與被保護設備之間的最大允許距離

雷電對建筑物及構筑物的危害

雷電對建筑物的危害：雷電是常見的一種自然現象，即天空云層間一種放電現象，雷擊時釋放可觀的能量，從而使受雷擊的物體遭到嚴重損害，具體表現在以下幾個方面：

①雷電對地面產生的直接雷擊；

②感應雷擊；

③雷擊產生機械力；

④雷擊產生跨步電壓跨步電壓。

建筑物易受雷擊部位：建筑物的性質、結構及所處的位 置等決定受雷擊的程度。如：屋面、屋脊及突出高的建筑物等。

建筑物的防雷措施

建筑物的防雷措施是根據工程性質和發生雷擊部位后所產生的后果來分類。

民用建筑：是依據建筑物、構筑物的重要程度和建筑物、構筑物的高度不同劃分為一級 、二級、三級三類。并分別采用一級、二級、三級防雷建筑物的保護措施。

工業建筑：是依據生產特點和發生雷擊部位后可能產生的后果劃分為一類 、二類、三類。并分別采用一類、二類、三類工業建筑物和構筑物的防雷措施。

防雷設施：用來消除雷擊和雷電產生的過電壓對建筑物和變電所及設備絕緣的危害所采取的保護設施，即接閃器和避雷器（經過引下線與接地體可靠的連接）。

防雷措施：①建筑物的防雷； ②變電所的防雷； ③高壓電動機的防雷；④架空線路的防雷；⑤消雷器。

建筑物防雷的主要措施：

①裝設獨立避雷針，通過引下線接地。

②裝設避雷網、避雷帶，通過引下線接地。

③利用建筑物的結構組成避雷網及引下線。

④利用電纜進線以防雷電波的侵入。

防雷裝置的組成：由接閃器、引下線、接地體三部分。

①接閃器：避雷針、避雷網、避雷帶及均壓環；

②引下線：引下線及保護管、斷接卡、接線板、支架；

③接地體：接地母線、接地支線、接地極、接地板。

建筑物防雷平面圖

避雷針保護范圍圖：

① 折線法表示避雷針保護范圍；② 滾球法表示避雷針保護范圍。（暖通南社編輯）

按建筑物類別布置接閃器及滾球半徑

避雷針保護范圍圖的閱讀

避雷帶或避雷網平面布置圖

建筑物接地平面圖

接地裝置的構成：

①人工接地體：一般是將型鋼或鋼管打入地下，形成有效接地，常用的一般有鋼管接地極和角鋼接地極；鋼管接地極一般用2.5m長φ40~50壁厚不小于4mm的鋼管，頂部打入地下深度不小于0.7m，形成接地極，角鋼接地極一般用L50×5角鋼，頂部打入地下不小于0.7m，形成接地極。鋼管、角鋼接地極一般成組敷設。單根接地極間用-40×4鍍鋅扁鋼接地母線連接形成一組。具體根數由計算確定，每組中接地極間距應為2~3倍的接地極長度，一般為5m。

②自然接地體：利用建筑物的結構作為接地體。經常作為接地體的建筑物的結構有鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼筋混凝土基礎、鋼軌、金屬管道等埋入地中的金屬構件，這些構件只要安裝正確，都是很好的接地體。

③接地母線、跨接線：接地母線一般采用-40×4鍍鋅扁鋼或φ8鍍鋅圓鋼制成。接地母線遇有障礙時，須跨越而相連接頭。跨接一般會出現在建筑物的變形縫處，鋼軌作為接地體時每節鋼軌相連處，通風管道法蘭盤連接處等。

建筑防雷與接地工程

建筑物防雷與接地工程圖：一般包括防雷工程圖和接地工程圖。它主要由建筑防雷平面圖、立面圖和接地平面圖表示。

工程概況：該建筑避雷帶沿屋面女兒墻敷設，支持卡子間距1m，東西兩面墻設2根引下線，距地面2m設斷接卡子，引下線固定支架間距1.5m。接地體沿建筑物基礎四周埋設，埋設深度0.68m，距基礎中心距離為0.65m。

施工說明：

1、避雷帶、引下線均采用－25×4扁鋼，鍍鋅或作防腐處理。

2、引下線自－0.3米到1.7米用φ50硬塑料管保護。

3、采用－25×4扁鋼作水平接地體，圍建筑物一周埋設，其電阻不大于10歐，達不到時，可增加接地極。

 接地系統

接地裝置由接地體、接地干線、接地支線組成，并和自然接地體連成一個整體。

接地裝置埋入土中的深度為0.8M，與設備基礎的距離大于1M。

接地裝置接地電阻按電氣規范規定不得大于4Ω，若實測大于4Ω ，則需另外處理。

接地裝置安裝與調試

接地裝置的安裝：

①金屬構件支架的接地極；（人工接地）

②利用建筑物結構作接地極。（自然接地）

接地裝置的調試：

①建筑物防雷接地電阻≤10Ω；

②變電所保護接地電阻≤4Ω；

③獨立避雷針接地電阻≤25Ω。

接地電阻的檢測方法是：用搖表檢測 。

降低接地體電阻的方法：

①外引式接地；（增加人工接地極根數）。

②接地體深埋；（把接地體埋入更深的較濕土層中）。

③換土；（把電阻率高的土壤換掉）。

④增加化學降阻劑（在接地極附近土層澆氯化鈉溶液等等）。