5.7 建筑防雷与安全用电

建筑供配电系统回顾 一、电力系统概述 电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。 电力系统由发电、变电、输电、配电系统和用户组成。 1. 发电 发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。 发电机组发出的电压一般为 6 ~ 10 KV。

2. 输电 输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。 输电过程中, 一般将发电机组发出的 6~10KV 电压经升压变压器变为 35~500KV 高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35KV高压变为 6~10KV 高压。

3. 配电 配电是由 10KV 级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为 380/220V 低压再分配到各个用户的用电设备。 电力网的电压等级 高压：1KV及以上的电压称为高压。 有1, 3, 6, 10, 35, 110, 330, 550KV等。 低压：1KV及以下的电压称为低压。 有220，380V。 安全电压：36V以下的电压称为安全电压。 我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。

电力系统的示意图 ~ ~ 升压变电所 10kV 输电线路 10kV 220kV 水力 发电厂 35kV 负荷 变电所 火力 发电厂 升压 配电所 至用户 220kV 为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。 地区枢纽所 220kV 220kV 220kV

二、配电 1 低压配电线路的结构 低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、 用电线路组成。 1 低压配电线路的结构 低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、 用电线路组成。 通常一个低压配电线路的容量在几十千伏安到几百千伏安的范围，负责几十个用户的供电。为了合理地分配电能，有效的管理线路，提高线路的可靠性，一般都采用分级供电的方式。 即按照用户地域或空间的分布，将用户划分成供电区和片，通过干线、支线向片、区供电。整个供电线路形成一个分级的网状结构。

2、建筑供配电 1） 低压配电线路的结构 低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、 用电线路组成。 低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干式两种。 变电所 配电室 树干式配电线路 变电所 配电室 放射式配电线路

某校实验楼树形供电线路示意图 配电柜 实验楼 10kV 去教学楼 去宿舍 …… 食堂 去报告厅 11层配电箱 实验楼总 配电箱 X房间 分支线 1 # 主配 电柜 10kV 干线 2 # 生活区 配电柜 1 # 教学区 3 # 实验区 去教学楼 2层配电箱 配电变压器 1层配电箱 去宿舍 食堂 去报告厅 配电柜 实验楼

三、 安全用电 1、 电流对人体的作用 人体对电流的反映： 8~10mA 手摆脱电极已感到困难，有剧痛感（手指关节）。 工频 50 ~ 60Hz 对人体危害最大。 人体电阻大约 10 ~ 100KΩ。触电后电阻呈下降趋势。1kΩ 人体安全电流为7mA 以下，安全电压为36V 以下。

安全电流，也就是人体触电后最大的摆脱电流。 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”。

<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”。 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”。

2. 常见触电方式 1) 接触正常带电体 (1) 电源中性点接地的单相触电 这时人体处于相电压下，危险较大。 通过人体电流: 式中: (1) 电源中性点接地的单相触电 这时人体处于相电压下，危险较大。 R0 通过人体电流: 式中: UP: 电源相电压 (220V) Ro: 接地电阻  4 Rr: 人体电阻 1000

(2) 电源中性点不接地系统的单相触电 R' Ir 对地绝 缘电阻 人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R' 的大小。 若输电线绝缘良好，绝缘电阻R' 较大，对人体的危害性就减小。 但导线与地面间的绝缘可能不良（ R' 较小），甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。

当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。 (3) 双相触电 这时人体处于线电压下， 双相触电 通过人体的电流： Ir 触电后果更为严重 2) 接触正常不带电的金属体 当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。

在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。 U 3) 跨步电压触电 电位分布 在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。 跨步电压 双脚跨步 接地点 0.8m 20m 当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。 一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。

图5-1 接地电流分布曲线及接触电压、跨步电压

3、安全用电的基本要求 接地和接零 为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。 R0 1） 工作接地 即将中性点接地。 目的： (1) 降低触电电压 (2) 迅速切断故障 在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。 (3) 降低电气设备对地的绝缘水平

2） 保护接地 电气设备外壳未装保护接地时的情况: R' C' Ib Ie 分布电容 对地绝缘电阻 当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电 , 当人触及外壳,接地电流 Ie 将经过人体入地后, 再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。

保护接地后：将电气设备的金属外壳(正常情况下是 不带电的)接地。  用于中性点不接地的低压系统  R' C' R0 Ib Ie I0 利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。 电气设备外壳有保护接地时 通过人体的电流： Rr与Ro并联，且 Rr » Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内。

当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。 3）保护接零（用于 380V / 220V 三相四线制系统） 将电气设备的外壳可靠地接到零线上。 C A B Ro N (a) 当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。 当电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。

注：中性点接地系统 (1) 不允许采用保护接地，只能采用保护接零； (2) 不准保护接地和保护接零同时使用。 保护接地和保护接零同时使用时 C A B R'0 N (b) R0 Ie 当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流 式中：R0：保护接地电阻4 R0：工作接地电阻4 此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电，其对地电压为110V。

4 接地体的装设 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。

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。

（a） 垂直埋设的棒形接地体；（b） 水平埋设的带形接地体 图5-2 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 Back

5 触电的救治 发生触电事故后应按照如下程序施救： 1、截断电源，关上插座上的开关或拔除插头。如果够不着插座开关，就关上总开关。切勿试图关上那件电器用具的开关，因为可能正是该开关漏电。 2、若无法关上开关，可站在绝缘物上，如一叠厚报纸、塑料布、木板之类，用扫帚或木椅等将伤者拨离电源，或用绳子、裤子或任何干布条绕过伤者腋下或腿部，把伤者拖离电源。切勿用手触及伤者，也不要用潮湿的工具或金属物质把伤者拨开，也不要使用潮湿的物件拖动伤者。

3、如果患者呼吸心跳停止，开始人工呼吸和胸外心脏按压。切记不能给触电的人注射强心针。若伤者昏迷，则将其身体放置成卧式。 4、若伤者曾经昏迷、身体遭烧伤，或感到不适，必须打电话叫救护车，或立即送伤者到医院急救。 5、高空出现触电事故时，应立即截断电源，把伤人抬到附近平坦的地方，立即对伤人进行急救。 6、现场抢救触电者的原则：现场抢救触电者的经验原则是：迅速、就地、准确、坚持。迅速——争分夺秒时触电者脱离电源；就地——必须在现场附近就地抢救，病人有意识后在就近送医院抢救。从触电时算起，5分钟以内及时抢救，救生率90%左右。10分钟以内抢救，救生率6.15%希望甚微；准确——人工呼吸的动作必须准确；坚持——只要有百万分之一希望就要近百分之百努力抢救。

图：口对口（鼻）人工呼吸法 图： 心脏挤压法

若触电人伤害得相当严重， 心脏和呼吸都已停止， 人完全失去知觉， 则需同时采用口对口人工呼吸和人工胸外挤压两种方法。 如果现场仅有一个人抢救， 可交替使用这两种方法， 先胸外挤压心脏4~6次， 然后口对口呼吸2~3次， 再挤压心脏， 反复循环进行操作。

四、 建筑防雷 1、 建筑物的防雷分级 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。

(2) 二级防雷的建筑物 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。

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。 2. 雷电的危害方式及其防雷措施 (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。

(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。

3. 不同级别建筑物的防雷保护措施 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。

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。

4. 直击雷防雷装置的安装 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。

（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。

2）引下线 （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 （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 参见第节内容。

Back 图15-4 混凝土支墩的预制