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第八章 建筑防雷及接地
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第一节 过电压与防雷 一 有关概念 （一）内部过电压 （二）雷电过电压 1.直击雷过电压 2.感应雷过电压 3.入侵波过电压
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（三）雷电的危害 1.雷电的 机械效应 2.雷电的热效应 3.雷电的电磁效应 4.雷电的闪络放电
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（四）雷电活动情况 1.雷暴日 多雷区：雷暴日大于40的为多雷区。 少雷区：雷暴日小于15的为多雷区。 2.雷击次数
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第二节 建筑物及变电所对雷击的防护 一 防雷设备 （一）接闪器 1.避雷针 宜采用圆钢或焊接钢管，其直径不应小于：
第二节 建筑物及变电所对雷击的防护 一 防雷设备 （一）接闪器 1.避雷针 宜采用圆钢或焊接钢管，其直径不应小于： 1m以下 ： 圆钢为12mm，钢管为20mm。 1～2m： 圆钢为16mm，钢管为 25mm。
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2.避雷带或避雷网 圆钢直径不应小于8mm。 扁钢截面不应小于48m2，厚度不应小于4mm。 3.避雷线 截面不应小于35m2 的镀锌钢绞线。 4.金属屋面 除一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器。
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（二）引下线 圆钢直径不应小于8mm。 扁钢截面不应小于48m2，厚度不应小于4mm。
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（三）接地装置 1.人工接地体 垂直接地体宜采用圆钢、钢管或角钢，最常用为钢管长2.5，直径50mm。 水平接地体宜采用扁钢、圆钢。 圆钢直径不应小于10mm。 扁钢截面不应小于100m2，厚度不应小于4mm。
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角钢厚度不应小于4mm。 钢管厚度不应小于3.5mm。 2.自然接地体 兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、管道和建筑物的钢筋混凝土基础等。 对于变配电所，只能利用它本身的建筑钢筋混凝土基础作为自然接地体。
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在高层建筑中，推荐利用柱子、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。主要优点：
(1)接地电阻低。 (2)电位分布均匀，均压效果好。 (3)施工方便．可省去大量土方挖掘工程量。 (4)节约钢材。 (5)维护工程量少。
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（四）避雷器 1.阀式避雷器 普通型（FS、FZ〕 主用于保护变配电所的电气设备。 磁吹型（FCD〕 主要用于保护绝缘比较薄弱的旋转电机。
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2.管型避雷器（排气式避雷器〕 只用于室外，一般用于架空线上防雷保护。 3.保护间隙 只装于室外且负荷次要的线路上。 4.金属氧化物避雷器(压敏电阻避雷器〕 广泛用于低压设备的防雷保护，只用于室内。
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二 民用建筑物的防雷等级及措施 （一）防雷等级 1.一类防雷建筑物 具有特别重要用途的建筑物。 国家级文物保护的建筑物及构筑物。 超高层建筑物，如40层及以上的住宅建筑、高度超过100m的其它建筑。
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2.二类防雷建筑物 重要的或人员密集的大型建筑。 省级文物保护的建筑物及构筑物。 19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其它建筑。 省级及以上的大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。
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3.三类防雷建筑物 10至18层的普通住宅。 高度不超过50 m的教学楼、普通旅馆、办公楼、图书馆等建筑。
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（二）建筑物的防雷措施 1.一类防雷建筑及二类防雷建筑物中有爆炸危险场所，应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施。 (1)防直接雷 采用避雷针，避雷带或避雷网。 接闪器：避雷针、避雷带和避雷网。 接闪器引来雷电流，通过引下线和接地体安全地引导入地， 使接闪器下面一定范围内的建筑物免遭直接雷击。
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(2)防间接(感应)雷 通过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来消除。 防雷装置与建筑物内外电气设备、电线或其它金属线的绝缘距离应符合防雷的安全距离。 将相互靠近的金属物体全部可靠地连成一体并加以接地的办法来消除。
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(3)防高电位侵入 在整个雷害事故中占50％～70％ 。 配电线路全部采用地下电缆; 进户线采用50~100m长的一段电缆; 在架空线进户之处，加装避雷器或放电保护间隙。
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2.二类、三类建筑物，防直击雷和防雷电波侵入的措施。
3.不属一、二、三类建筑物，应有防雷电波侵入的措施。 4.易遭雷击的部位（与屋顶的坡度有关）装设避雷针或避雷带、避雷网。
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（三）具体实施 1.防直击雷 (1)接闪器： 在易遭雷击的屋角、屋脊、女儿墙、屋面四周的檐口设25×4mm2的镀锌扁钢或φ12的镀锌圆钢避雷带，并在屋面设置不大于10m ×10m(一类建筑物)/ 15m ×15m(二类建筑物)/ 20m ×20m(三类级建筑物)的25×4mm2的镀锌扁钢的网格，与避雷带相连，作为防直击雷的接闪器。
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凸出屋面的物体，沿四周设避雷带；在屋面接闪器保护范围之外的物体，包括其低层的群房都应装设避雷带；屋面上的金属物体应与屋面避雷带相连。
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（2）引下线 沿外墙明敷时按引下线的要求；沿外墙明敷时,引下线截面加大一级。 优先考虑利用柱内钢筋，当柱内钢筋直径为16mm及以上时，应利用其中两根绑扎或焊接作为一组引下线；当柱内钢筋直径为10mm及以下时，应利用其中四根绑扎或焊接作为一组引下线。
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采用人工引下线应在1.7m左右，设引下线断接卡，以便测量接地电阻。
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专设引下线时，其根数不应少于2根，宜对称布置，引下线间距不应大于18m(一类)/20m（二类〕/25m(三类)。利用柱内主筋作为引下线时，引下线间距不应大于18m(一类)/20m（二类〕/ /25m(三类)，但建筑外廓各角上的柱筋都应利用。
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（3）接地装置 人工接地体按接地装置尺寸，垂直接地体的长度一般为2.5m，其顶距地面0.6～0.7m,相距5m。 水平及垂直接地体应离建筑物外墙、出入口、人行道不小于3m,否则，可采用深埋接地极等方式。
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应优先利用基础内的钢筋作为接地。 （当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4％，基础外表面无防水层 时。） 利用基础内的钢筋作为接地极，利用地圈梁组成闭环回路，其接地装置应满足冲击接地电阻要求。 冲击接地电阻应小于10Ω（一类〕/20Ω（二类）/30Ω(三类〕。
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2.防感应雷及高电位反击 当进出线路与各种管道很多（一类、二类建筑〕，很难做到与避雷引下线及接地装置离开一定距离时，采用总电位连接，即将建筑物的柱子、圈梁、楼板基础主筋相互焊接，其余的互相绑扎成通路，柱顶主筋与避雷带相连，所有变压器的中心点，电子设备的接地点，进入或引出建筑物各种管道、电缆等线路的PE线都通过建筑物基础一点接地。
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在连接点用铜排引出，通过铜排用40×4的扁钢将各种设备的接地点、PE线及进户处的各种金属管道相连接。
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仅用于防雷其接地电阻可为10Ω（一类〕/20Ω（二类〕；用于防雷及变压器中心点接地则为4Ω；用于共有接地系统则1Ω。
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3.防止高电位从线路引入 所有引入引出建筑物的高低压线路一律采用电缆埋地引入。 确有困难时，电缆长度不应小于15m，在架空线与电缆线路换接处设置避雷器，电缆的金属外包层及铠装线路或穿线钢管与避雷器的接地相连， 冲击电阻不应大于10Ω（一类〕/20Ω（二类）/30Ω(三类〕。
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低压电缆引入时应在电源引入的总配电箱专设过电压保护装置，安装氧化锌避雷器。
高压电缆引入时，应在高压母线上专设阀型避雷器。 二级防雷建筑物在年雷暴日30及以下地区可采用低压架空直接引入，避雷器的接地电阻和瓷瓶铁脚，电源的PE或PEN线连接后，与避雷的接地装置相连，其冲击电阻不应大于5Ω/30Ω（三类〕。
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4.防侧击雷 从30m（一类〕/45m（二类〕起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连（一类〕/钢构架和混凝土的钢筋互相连接（二类〕。 30m （一类〕/45m（二类〕 /60m（三类〕及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。 在电源引入的总配电箱处，宜装过电压保护器（一类〕。
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三 变配电所的防雷措施 （一）防直击雷 如果变配电所在附近高大建筑物上的避雷装置保护范围以内，或变配电所本身为室内型时，不必考虑防直击雷。 否则装设避雷针。
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（二）防雷电波侵入 主要用来保护变压器，防止雷电波沿高压线路和低压线路侵入。 高压侧装设阀型避雷器。 低压侧装设阀型避雷器或保护间隙。
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四 避雷针、避雷线的保护范围计算 目前采用滚球法计算，是以hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体滚动的轨迹，上触及接闪器顶端，下触及地面，而中间没有触及被保护的建筑物在此针保护范围。 单支避雷器保护范围计算 双支及多支保护范围计算 避雷线保护范围计算
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第三节 电子设备与电力设备防雷 信息系统（计算机、通讯设各和控制系统均归为信息系统）及微电子设备较多的重要建筑物内应考虑内部防雷装置。
第三节 电子设备与电力设备防雷 信息系统（计算机、通讯设各和控制系统均归为信息系统）及微电子设备较多的重要建筑物内应考虑内部防雷装置。 一、电子设备防雷 防雷电电磁脉冲(LEMP)的影响。 （一）等电位连接
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1. 用连接导线或过电压保护器．将处在需要防雷的空间内的防雷装置、电气设备、金属物体信息系统的金属部件等，以最短的路线互相焊接或连接起来，构成统一的导电系统。
2.全楼建筑物结构的梁、板、柱、基础内的钢筋是等电位连接的一部分．应焊接或绑扎成统一的导电系统，接到综合共用接地装置上。
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3.在大型建筑物的各层可作多块接地连接板，在地下室或靠近地面处的连接板或连接母带应与共用接地装置焊接。
4.在建筑物的每层或每户局部的网状或放射状的等电位连接网．应有一个接地基准点(ERP)的连接板，各等电位连接网只能通过这唯一的一点，再焊接到共用按地装置上。
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（二）屏蔽措施： 1.在电子设备和信息系统较多的建筑物内，应根据防雷分区和设备的要求，可将建筑物作成全屏蔽(外部屏蔽)、部分屏蔽、局部屏蔽或设备及管线的屏蔽，使雷击时的电磁场层层衰减。 全屏蔽(外部屏蔽)即法拉第笼。钢筋混凝土建筑物的外墙面及有金属外护墙的建筑物最好的屏蔽条件，必须充分利用 。
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2.重要的微电子设备如电子计算机等的位置宜放在大楼的中心部位、深部或下部楼层。
3.穿金属管敷线是最基本的屏蔽措施 ，其两端须与等电位连接系统可靠连接。
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（三） 提高布线合理性。 1．合理布线分为两部分：一是220v／380v电源线路(包括照明、动力及插座)和信息系统的管线路走向要合理，二是除原设备内已加装过电压保护器或稳压设备外，各种架空进户线处和相近的强弱电之间的线路上要加装过电压保护器。
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2．各种上升干管线路宜集中于大楼的中心部位，并应避开靠近作为引下线的柱子附近。
3．楼内的各种水平或垂直的金属桥架最少应在两端焊接到接地系统上。 4．各种架空进户线上均应在各相线上加装避雷器。TN系统尚应在中性线上加装避雷器。 5 电缆进线时宜在变电室或总配电盘内加装避雷器。
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（四）接地电阻值的确定 若采用统一接地，则接地阻值必须小于等于1欧。 （五）建筑物综合防雷的概念 在常规防雷基础之上，针对建筑物、特殊用房和重要设施辅以各种相应的防雷保护措施，以确保建筑构和建筑物内所有保护对象的防雷安全。
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二、电力设备防雷 （一）10kV及以下的架空线路（略） （二）3~10kV的变配电所（见前） （三）旋转电机的保护（见书）
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第三节 电气设备接地 一 电流对人体作用及有关概念 （一）触电形式 高压或雷击触电 低压触电
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（二）安全电压 安全电流值 30mA·s。 安全电压值 50V （三）防护形式 直接触电防护 间接触点防护
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二 工作接地与保护接地 （一）工作接地 电力系统中性点的接地 防雷接地等 （二）保护接地 按国际电工委员会(IEC)的规定低压电网有五种接地方式。
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第一个字母表示电源中性点的对地关系；（电力系统的对地关系）
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。
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第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；
T—外露可导电部分对地直接电气连接， 与电力系统的任何接地点无关； N—外露可导电部分与电力系统的接地 点直接电气连接。 横线后面的字母(S、C或C-S)表示保护线与中性线的结合情况。
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1.TN系统 (1)TN－C系统 PE与N合为一根PEN，投资较省。 设备外露可导电部分均接PEN线。 PEN线可能有电流流过，设备外壳正常带对地电压和杂散电流，容易打火引起火灾和爆炸及可对电子设备产生电磁干扰。
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如PEN线断线，可使接PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险；可使单相设备烧坏。
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。 在我国低压配电系统中应有普遍，但不适于安全要求高，及抗电磁干扰要求高的场所。 适用于工厂配电。
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(2)TN－S系统 PE线与N线分开，设备外露可导电部分均接PE线。 PE线与N线分开,PE线中无电流流过，因此对接PE线的设备无电磁干扰。 PE线断线时，正常情况不会使PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。
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在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
PE线与N线分开,投资较TN－C高。 适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。 常用于变压器设在用电建筑物中的民用建筑供电。
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(3)TN－C－S 该系统前部分全为TN－C系统，而后边有一部分为TN－C系统，有一部分为TN－S系统。 设备外露可导电部分分接PEN或PE线。 综合了TN－C与TN－S系统的特点。 PE与N线一旦分开，两者不能在相连。
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此系统比较灵活，对对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用TN－S系统，而其它情况则采用TN－C系统。
广泛地应用于分散的民用建筑中，特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统 。
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2.TT系统 没有公共的PE线，设备外露可导电部分经各自的PE线直接接地。 由于各设备的PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。 当发生一相接地故障时则形成单相短路，但短路电流不大，影响保护装置动作，此时设备外壳对地电压近110v，危及人身安全。
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省去了公共PE线，较TN经济，但单独装设PE线，又增加了麻烦。
适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。
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(3)IT系统 没有N线，不适于接相电压的单相设备。 设备外露可导电部分经各自的PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。 发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。
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应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。
应用于对连续供电要求高及有易燃易爆的危险场所。
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三 重复接地 在TN系统中为确保公共PE或PEN线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在PE或PEN线的下列地方进行必要的重复接地。 电流或架空线在引入建筑物或车间处。 在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。
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重复接地虽可使PE或PEN断线，并发生一相接地故障时对人的危险程度大大降低，但对人还是有危险，所以，PE或PEN一定要可靠牢固，不允许装设开关或熔断器。
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四 接地故障保护 （一）TN系统的接地故障保护 1.切除故障的时间要求： 相对地额定电压为220V的TN系统： 配电干线和供给固定式用电设备的末端配电线路不应大于5s。 供电给手握式或移动式用电设备的末端配电线路不应大于0.4s。
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2.单相接地故障的保护措施 (1)利用线路的过电流保护 空气断路器：当Sp≥2或1.5时，可在0.1~0.4s(DW)之间切除或0.01~0.02s(DZ) 之间切除。 熔断器：当被保护线路末端单相短路电流为熔体额定电流的某一倍数时才能达到 5s 或 0.4s切除。
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(2)采用等电位连接 单相接地短路时，切除故障时间超过5s 或 0.4s,可采用总等电位或局部等电位连接，使人体接触故障设备外壳时，其电压差不大于50V。
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(3)采用零序保护 只适用于变压器低压侧出现单相接地故障，当高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时采用，在低压线路上很少采用。 (4)采用漏电保护 保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值30mA·s。
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（二）TT系统的接地故障保护 1.TT系统接地故障保护应符合： Iop(E) －－接地故障保护装置动作电流。 RE－－设备金属外壳的接地电阻。 2.TT系统切除单相接地故障只有使用漏电保护。
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（三）IT系统的接地故障保护 1.IT系统接地故障保护应符合： Id －－发生第一次接地故障时的故障电流。 RE－－设备金属外壳的接地电阻。 由于IT系统中性点是绝缘的，因此单相接地短路电流很小，UE≤50V，因此IT系统的单相接地短路可以不必断开故障线路，系统仍可继续运行。
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2.IT 系统接地故障保护有几种： (1)采用绝缘监视装置 (2)采用过电流保护装置 当接地故障发展到二相、三相时，采用过电流保护装置，切除故障的时间要求与TN系统一样。
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(3)采用漏电保护 当过电流保护装置不能满足切除故障的时间时，采用。则：漏电保护器的额定不动作电流Iop(E)0 大于第一次接地故障时相线上的电流。 (4)采用过电压保护 单相接地故障或二相接地故障时，非故障相的电压升高相电压的√3倍或2倍。
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（四）漏电保护 漏电保护整定电流及时间的选择 1.单级时： (1)漏电保护器额定动作电流 RE－－设备金属外壳的接地电阻。 Ur－－安全接触电压，一般干燥场所取56V；潮湿场所取25V；特别潮湿场所取 2.5V。
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(2)漏电保护器额定不动作电流应大于系统的正常泄漏电流∑Ig ，即：
对照明线路和居民生活用电的单相回路：
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对三相电力线路或电力照明混合线路： Iop(E)0－－漏电保护器的额定不动作电流， mA； IN－－线路最大供电电流，A。
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(3)对住宅用电设备的漏电保护： 在干燥的场所，可选用漏电动作电流为220mA，动作时间为0.1s。 对潮湿等潮湿，可选用漏电动作电流为30mA、 10mA、6mA的快速漏电保护器。
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2.几级时（不宜超过三级〕 Iop(E)·1－－上一级漏电保护器额定动作电流，mA； Iop(E)·2－－下一级漏电保护器额定动作电流，mA； K－－可靠系数，常取2； tf－－上一级保护器可返回时间，s； tfd－－下一级保护器分断时间，s。
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3.漏电保护电器接线方式 系统接地型式为TN—S的配电系统 (2)系统接地型式为TN—C的配电系统 (3)系统接地型式为TT的配电系统
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五 接地的要求及装设 （一）接地装置 1.接地电流和接地电压 2.接触电压和跨步电压 3.接地装置 接地线与接地体，合为接地装置。 (1)人工接地体 (2)自然接地体
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（二）接地电阻及其要求 接地电阻是接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和。 工频接地电阻 冲击接地电阻
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（三）接地装置的装设 1.一般要求 首先充分利用自然接地体，人工接地装置作为补充。 人工接地装置的布置应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀分布以降低接触电压和跨步电压。
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2.自然接地体的利用 利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接（焊接〕。 3.人工接地体 (1)单根接地体的装设 (2)多根接地体的装设 间距一般不小于5m。
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(3)环路接地体及接地网的装设 建筑供电系统特别是工厂接地体广泛采用。 接地网络环路内电位分布均匀，跨步电压和接触电压大大减少。 接地环路外侧，特别是有人出入的走道处，应采用高绝缘路面，或加装帽檐式均压环。 接地体与建筑物基础间保持不小于1.5m的水平距离，一般取2～3m。
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（四）防雷装置的接地要求 避雷针宜单独装设独立的接地装置，并与建筑物保持足够的安全距离，空气中的安全距离大于后等于5m,地中的间距大于或等于3m。 （五）接地装置计算
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