沈阳建筑大学毕业设计
第五章 防雷接地系统设计
5.1 防雷与接地系统概述 5.1.1 建筑物的防雷意义
高层建筑高度很高，落雷容易，发生雷害危险性更大，故在设计高层建筑时，具备有效的避雷设施，从人员安全和建筑物保护来说都是极为重要的。
雷电的破坏作用有两种，一种是雷电直接击在建筑物上，因雷电的高温引起建筑物的燃烧，在雷电流的通路上，物体内水份受热气化膨胀，产生强大的机械力，使建筑物遭到破坏。雷电的第二种破坏作用是由于雷电流变化梯度大而产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，从而构成火灾危险。另外，雷击架空输电线路时，高压流动波沿架空线侵入室内，造成人身伤亡或设备损坏。因此，必须根据雷的放电特性研究高层建筑的防雷措施。
5.1.2 建筑物的防雷等级
按照建筑物的重要性、使用性质、发生雷击事故的可能性及后果，其防雷等级可分
为三类[8]
一级防雷的建筑物：
⑴ 凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、人工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 ⑵ 具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。
⑶ 具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大坡坏和人身伤亡者。
⑷ 超高建筑物，如40层及以上的住宅建筑，建筑高度超过100米的其他民用以及一般工业建筑物。
二级防雷的建筑物：
⑴ 国家级重点文物保护的建筑物。
⑵ 国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。
⑶ 国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。
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⑷ 制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
⑸ 高层建筑物，如19层及以上的住宅和高度超过50米的其他民用和一般工业建筑物。
三级防雷的建筑物：
⑴ 省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。
⑵ 10至18层的普通住宅。建筑物高度不超过50米的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、图书馆、档案楼和省级以下的邮政楼等。
⑶ 预计雷击次数大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。
补充说明：
在确定建筑物防雷分级时，除按上述规定外，在雷电活动频繁地区或强雷区可适当提高建筑的防雷等级。
根据以上分类可知本建筑属三级防雷建筑物
5.1.3第三类防雷建筑物的防雷措施
⑴ 第三类防雷建筑物防直击雷的措施，宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器。避雷网(带)应按本规范附录二的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。并应在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×16m的网格。平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿周连敷设一圈避雷带。 ⑵ 每根引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω，但对本规范第2.0.4条二款所规定的建筑物则不宜大于10Ω。其接地装置宜与电气设备等接地装置共用。防雷的接地装置宜与埋地金属管道相连。当不共用、不相连时，两者间在地中的距离不应小于2m。
在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。
⑶ 建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作为接闪器、引下线和接地装置，并应符合本规范第3.3.5条二、三、六款和下列的规定：
1）利用基础内钢筋作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m，每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合下列表达式的要求：
2）当在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内敷设人工基础接地体时，接地体的规格尺寸不应小于表5.1的规定。
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表5-1 第三类防雷建筑物环形人工基础接地体的规格尺寸
注： ①当长度相同、截面相同时,宜优先选用扁钢;
② 采用多根圆钢时,其敷设净距不小于直径的2倍;
③ 利用闭合条形基础内的钢筋作接地体时可按本表校验。除主筋外,可计入箍筋的表面积。
⑷ 当土壤电阻率ρ小于或等于3000Ω·m时，在防雷的接地装置同其它接地装置和进出建筑物的管道相连的情况下，防雷的接地装置可不计及接地电阻值，其接地体应符合本规范第3.3.6条的规定，但其二、三款应改为在符合本规范第364.3或等于0.37m。 突出屋面的物体的保护方式应符合本规范第3.3.2条的规定。
砖烟囱、钢筋混凝土烟囱，宜在烟囱上装设避雷针或避雷环保护。多支避雷针应连接在闭合环上。
⑸ 当非金属烟囱无法采用单支或双支避雷针保护时，应在烟囱口装设环形避雷带，并应对称布置三支高出烟囱不低于0.5m的避雷针。
钢筋混凝土烟囱的钢筋应在其顶部和底部与引下线贯通连接的金属爬梯相连。当符合本规范第3.4.3条的要求时，宜利用钢筋作为引下线和接地装置，可不另设专用引下线。 ⑹ 高度不超过40m的烟囱，可只设一根引下线，超过40m时应设两根引下线。可利用螺栓连接或焊接的一座金属梯作为两根引下线用。 金属烟囱应作为接闪器和引下线。
⑺ 引下线不应少于两根，但周长不超过25m且高度不超过40m的建筑物可设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25m。当仅利用建筑物四同的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于25m。
5.1.4 接地系统与等电位保护概述
在供配电系统中，用电的可靠性极其重要。供配电系统中合理的接地系统是决定供电系统安全可靠的重要因素，对于功能的实现往往依赖用电设备安全运行的智能建筑来
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说，用电可靠性尤为重要。智能建筑中安装大量不同类型的智能设备，因而选择一个合适的设备接地系统类型对于供配电系统的安全可靠具有重要意义。
电器设备的金属外壳可能因绝缘损坏而带电，为防止这种电压危及人身安全而人为地将电器设备外壳与大地作金属联接称为保护接地。保护接地的形式有以下两种：
设备的外露可导电部分经各自的PE线（保护线）分别直接接地，我国过去称之为保护接地；设备的外露可导部分经过公共的PE线或PEN线（三相四线制系统中的中性线与保护线共用一根导线）接地，我国过去称之为保护接零。
供电系统的电器设备接地方式有TN系统[a、TN-C系统（如图5-1）; b、TN-S系统（图5-2）; c、TN-C-S 系统（图5-3）]，TT系统和TI系统，共三种五类。 在本设计中采用的是TN系统中的TN-C-S。 ⑴ TN－C系统
TN－C系统被称之为三相四线系统，该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称PEN线。这种接地系统虽对接地故障灵敏度高，线路经济简单，但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。智能化大楼内，单相负荷所占比重较大，难以实现三相负荷平衡，PEN线的不平衡电流加上线路中存在着的由于荧光灯、晶闸管(可控硅)等设备引起的高次谐波电流，在非故障情况下，会在中性线N上叠加，使中性线N带电，且电流时大时小极不稳定，造成中性点接地电位不稳定漂移。不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电，对人身造成不安全，而且也无法取到一个合适的电位基准点，精密电子设备无法准确可靠运行。因此TN－C接地系统不能作为智能化建筑的接地系统。 ⑵ TN－C－S系统
TN－C－S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN－C系统，第二部分是TN－S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN－C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN－S系统。TN－C系统前面已做分析。TN－S系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能再有任何电气连接。该系统中，中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电。因此TN－S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线，各自都从接地体一点引出，及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施，那么TN－C－S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。
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L1L2L3PENPE电力系统接地PEL1L2L3NPE外露可导电部分电力系统接地外露可导电部分
图5-1 TN-C系统 图5-2 TN-S系统
L1L2L3PENPEN电力系统接地外露可导电部分
图5-3 TN-C-S系统
⑶ TN－S系统
TN－S是一个三相四线加PE线的接地系统。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。TN－S系统的特点是，中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要按TN－C－S接地系统，采取同样的技术措施，TN－S系统可以用作智能建筑物的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时，一般都采用这种接地系统。
这三种接线方式中，TN-S、TN-S系统适合在智能大厦中，其中尤以TN-S系统更适合智能大厦。供电回路中，应急照明及事故照明要与用电回路分开。
无论是TT接地方式，还是TN-S 接地方式,住宅楼内总等电位连接都是必需的。他至少有三个作用：降低建筑物内的接触电压，消出沿电源线路引来的对地故障电压和防雷。
等电位联结是指将建筑物内的各部分构成同一个均衡单位。等电位联结的作用在于降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害，它应通过进线配电箱附近的总
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