浅析防雷接地及电气安全

在任何给定时刻，世界上都有1800场雷电在发生，每秒大约有100次雷击。在美国，雷电每年会造成大约150人死亡和250人受伤。全世界每年有4000多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座1200英尺的建筑物，比如广播或者电视塔，每年会被击中20次，每次雷击通常会产生6亿伏的高压。

　　每个从云层到地面的闪电实际上包含了在60毫秒间隔内发生的3到5次独立的雷击，第一次雷击的峰值电流大约为2万安培，后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后，可能会有大约150安培的连续电流，持续时间达100毫秒。

　　经测量，这些雷击的上升时间大约为200纳秒或者更快。通过2万安培和200纳秒，不难计算得到dI/dt的值是每秒10^11安培。可见雷电是不可阻止的其危害也是无穷大的，所以我们要不但提高防雷技术，提高防雷意识并曾加防雷措施。

一、雷电的基本知识

1、雷电的分类

雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害，而电磁脉冲主要影响电子设备，主要是受感应作用所致；云闪由于是在两块云之间或一块云的两边发生，所以对人类危害最小。

直击雷就是在云体上聚集很多电荷，大量电荷要找到一个通道来泄放，有的时候是一个建筑物，有的时候是一个铁塔，有的时候是空旷地方的一个人，所以这些人或物体都变成电荷泄放的一个通道，就把人或者建筑物给击伤了。直击雷是威力最大的雷电，而球形雷的威力比直击雷小。

2、雷电对电气系统的危害

雷电对电力系统的伤害分为：直击，绕击，反击，感应，侵入等几类。雷成的过电压具有波峰陡，波幅大的特点，对系统中绝缘最薄弱的设备（如变压器等）威胁最大，户外架空线及开关闸刀互感器的绝缘瓷瓶都会受到威胁，甚至室内的电气设备也会受到雷电波的侵害。除了设备的直接损失，线路跳闸，局部停电，所造成的间接损失更大。

二、防雷装置和措施

1、避雷器

避雷器并联在被保护设备或设施上，正常时装置与地绝缘，当出现雷击过电压时，装置与地由绝缘变成导通，并击穿放电，将雷电流或过电压引入大地，起到保护作用。过电压终止后，避雷器迅速恢复不通状态，恢复正常工作。避雷器主要用来保护电力设备和电力线路，也用作防止高电压侵入室内的安全措施。避雷器有保护间隙、管型避雷器和阀型避雷器和氧化锌避雷器。

2、 接地装置　

　　现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地都是合在一起的，组成综合接地系统，接地电阻通常要求小于4Ω（鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加，设计时接地电阻不宜大于1Ω）。因为高层建筑的钢筋混凝土基础埋地深，与大地的接触面积大，其接地电阻比一般人工接地所得到电阻低得多，容易满足上述要求。考虑到大部分高层建筑的基础均做了防水处理，致使接地电阻增大，应尽量在建筑物周边做圈式接地，周圈式接地可避开防水处理层，同时由于接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果，提高了安全性。某酒店及办公为一体的高层综合大楼就是遇到这种情况，加上大地土壤电阻率偏高，基础完工测试接地电阻无法满足设计要求，后采用上述方法处理，效果显著。在大地土壤电阻率高的地区，当一般做法的联合接地体的接地电阻值难以满足要求时，可以采用向外延伸接地体、改良土壤（换土、采用降剂）、深埋电极以及外引等方式。　　

3、接闪器　　

　　接闪器有避雷针、避雷带（网）、消雷器等几种，采用何种方式应根据建筑物的造型及避雷效果而定。目前一般高层建筑较多采用避雷针、明装避雷带和暗装避雷网相结合的方式，接闪器的布置应符合下面要求。　

　　建筑物30m以上部分，每两层在外围用扁钢做暗敷水平避雷带（可兼做均压环及金属预埋件）；楼顶可利用梁、板内钢筋相互焊接成尺寸不大于10*10m暗装避雷网。此外，高层建筑的屋顶的金属旗杆、广告牌、钢爬梯、风冒、透气管、水管、设备等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。利用不锈钢栏杆楼梯的上人屋面女儿墙，可在其下暗敷扁钢与支架和引下线焊接牢靠，栏杆间和支架也应焊接。　　

　　塔楼顶采用避雷针时，为了降低避雷针的高度，增强防雷效果，可采用半导体少长针消雷装置（一般用于35m以上的建筑）及避雷针。　　

4、引下线及均压环　　

　　高层建筑柱主筋和梁板钢筋可直接利用作为引下线和均压环，但应注意意引下线、接地装置、均压环和接闪器间必须牢固可靠地连接。当建筑物高度超过30m时，每三层沿建筑物四周设置均压环，30m以上外墙栏杆、金属门窗等较大金属物通过预埋件与均压环或引下线相连；建筑物内的各种竖向金属管道每三层要与均压环连接一次，平行或交叉的管道间也应跨接。　　

　　高层建筑室外玻璃幕墙、大型复合金属板及不锈钢金属面材的应用增强了建筑的艺术效果，但同时也对防雷提出了要求。由于幕墙的面板是装在金属龙骨架由支座固定在主体结构预埋件上，支座是与预埋件焊接的，所以只需将该处的圏梁或柱与支座预埋件、引下线可靠连接即可满足要求。

5、防范措施　

由于高层建筑在结构上已形成等位体，雷击对电气设备的损害主要是感应雷造成的。感应雷通过以下途径入侵：　　

　　(1)雷电的地电位反击电压通过接地体入侵；

　　(2)由通信信号线路入侵。

　　(3)由交流供电电源线路入侵。　　

　　为防止雷电波侵入，在建筑物内供电线路的各部位逐级安装电涌保护器，以消除雷击过电压；进入建筑物的各种线路及金属管道应全线埋地引入，在入户端将电缆的金属外皮、钢皮及金属管道应与接地装置连接；进出建筑物的各种金属管道及电气设备的接地装置，应在进出处与防雷接地装置连接。　　

　　室外安装有空调主机及其支架的高层住宅，应在窗洞口下方30cm~50cm处预先埋设密封性良好的金属分线盒，盒内敷设镀锌扁铁。扁铁的一端与主体内均压环或钢筋引下线焊接，另一端与带铜接线端子的10mm2以上的多股导线相连接，待使用时，将盒子内的导线引出连接到空调室外机及其支架。　　

　　固定在建筑物上的彩灯、航空障碍灯及其它用电设备的线路则采用置于接闪器保护内、线路外穿钢管及配电箱装设过电压保护器等措施保护。

6、防雷新技术

由中国科学院研究员、国际宇航科学院院士在国际上首次提出了通过消除雷击危险性，使保护目标不再遭受雷击的新一代避雷技术，称为“智能避雷技术” 。以原中国科学院空间中心电学组专家团队，经过十多年的潜心研究开发，从理论分析、模拟计算、实验测试、模型实验、工程实用化研究、外场实验等各个角度和方法的研究，都证明了这一技术的合理性和可行性。期间经多次大小各类专家会议的评审鉴定，得到充分肯定，被誉为“21世纪防雷事业的曙光” 。

三、电气设备的接地与接零

所谓接地，就是电气设备的任何部分与土壤间作良好的连接。在这里，接地系统按其设备和作用可分为保护接地、工作接地、保护接零和重复接地4种。在正常或事故状态下，为了保证电气设备可靠运行，而将电力系统中某一点进行接地，无论是直接接地或经特殊装置接地均称工作接地;当电气设备与带电部分相绝缘的金属外壳由于绝缘破坏可能带电，造成触电事故，为了防止这种触电的危险而将金属外壳或构架同接地体之间作良好的连接，使设备外壳保持和大地同为零电位，称之为保护接地;如果将与带电部分相绝缘的金属外壳或构架与中性点直接接地系统中的零线连接，（称为保护接地）？如果将与带电部分相绝缘的金属外壳或构架与中性点直接地系统中的零线连接，称为保护接零;将零线的一点或几点再次与地作金属性连接，称为重复接地，总而言之，无论是接地和接零，其目的不外乎有两个：一是电气设备在任何范围内，它的金属外壳及其靠近它垢金属结构都始终保持低电位，以防触电危险，确保人身安全。二是提供可靠的电气通路。就是在接地短路电流通过时也不会有火花或其它明显的过热现象，以避免易燃物质或气体引燃，造成火灾危险。

1、安全电压

安全电压是在一定条件下、一定时间内不危及生命安全的电压。安全电压的限值是在任何情况下，任意两导体之间都不得超过的电压值。我国标准规定工频安全电压有效值的限值为50V。我国规定工频有效值的额定值有42V、36V、24V、12V、和6V。特别危险环境使用的携带式电动工具应采用42V安全电压；有电击危险环境使用的手持照明灯和局部照明灯应采用36V和24V安全电压；金属容器内、隧道内、水井内以及周围有大面积接地导体等工作地点狭窄、行动不便的环境应采用12V安全电压；水上作业等特殊场所应采用6V安全电压。

2、单相触电

当人体直接碰触带电设备其中的一相时，电流通过人体流入大地，这种触电现象称为单相触电。对于高压带电体，人体虽未直接接触，但由于超过了安全距离，高电压对人体放电，造成单相接地而引起的触电，也属于单相触电。

3、两相触电

人体同时接触带电设备或线路中的两相导体，或在高压系统中，人体同时接近不同相的两相带电导体，而发生电弧放电，电流从一相导体通过人体流入另一相导体，构成一个闭合回路，这种触电方式称为两相触电。发生两相触电时，作用于人体上的电压等于线电压，这种触电是最危险的。

4、跨步电压触电

当电气设备发生接地故障，接地电流通过接地体向大地流散，在地面上形成电位分布时，若人在接地短路点周围行走，其两脚之间的电位差，就是跨步电压。由跨步电压引起的人体触电，称为跨步电压触电。

5、触电事故抢救

(一)现场急救原则：

1、迅速：施救者要迅速将触电者移到安全的地方进行施救。

2、就地：要争取时间，在现场(安全地方)就地抢救触电者。

3、准确：抢救的方法和施救的动作要正确。

4、坚持：急救必须坚持到底，直至医务人员判定触电者已经死亡，才能停止抢救。

(二)现场急救措施：

1、立即切断电源，或用不导电物体如干燥的木棍、竹棒或干布等物使伤员尽快脱离电源。急救者切勿直接接触触电伤员，防止自身触电而影响抢救工作的进行。

2、当伤员脱离电源后，应立即检查伤员全身情况，特别是呼吸和心跳，发现呼吸、心跳停止时，应立即就地抢救。

3、呼吸心跳均停止者，则应在人工呼吸的同时施行胸外心脏按压，以建立呼吸和循环，抢救一定要坚持到底一直到医护人员到达。