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电气安全
目录
内容摘要I
引言1
1防雷安全知识2
1.1防雷设备分类2
1.2防雷设计要求2
1.3安全防雷分类2
2建筑物防雷设计4
2.1防雷等级分类计算4
2.2建筑物的预计年雷击次数计算4
2.3防雷系统设计5
2.3.1防雷设计的六大要素5
2.3.2外部防雷系统及其设计5
2.4工程防雷计算7
2.4.1避雷针保护范围的计算方法7
2.4.2避雷针设计举例8
2.5质量保证措施8
2.6安全措施9
结论10
参考文献11
引言
随着科学技术和工、农业生产的发展，将出现更先进的电气安全技术，也将对电气安全工作提出更高的要求。
但不可否认的是由于种种原因，电力能源在带给人们工作与生活的便利的同时，由电气设备产生的问题也带给人类的生产与生活不少烦恼与损失，有时甚至表现为灾难。
因此，电气安全已成为电气操作与维护人员消除安全生产隐患，防止伤亡事故、以及顺利完成各项任务的重要工作内容。
1防雷安全知识
1.1防雷设备分类
防雷设备从类型上看大体可以分为：
电源防雷器、电源保护插座、天馈线保护器、信号防雷器、防雷测试工具、测量和控制系统防雷器、地极保护器。
电源防雷器分为B、C、D三级。
依据IEC（国际电工委员会）标准的分区防雷、多级保护的理论，B级防雷属于第一级防雷器，可应用于建筑物内的主配电柜上；
C级属第二级防雷器，应用于建筑物的分路配电柜中；
D级属第三级防雷器，应用于重要设备的前端，对设备进行精细保护。
1.2防雷设计要求
通信线信号防雷器在产品的设计上，依据IEC61644的要求，分为B、C、F三级。
B级（Baseprotection）基本保护级（粗保护级），C级（Combinationprotection）综合保护级，F级（Medium&
fineprotection）中等&
精细保护级。
测量和控制装置有着广泛的应用，例如生产厂、建筑物管理、供暖系统、报警装置等。
由于雷电或其他原因造成的过电压不仅会对控制系统造成危害，而且对昂贵的转换器、传感器也会造成危害。
控制系统的故障通常会导致产品损失和对生产的影响。
测量和控制单元通常比电源系统对浪涌过电压的反应更加敏感。
在测量和控制系统选择和安装防雷器的时候，下面的几个因素必须要考虑：
（1）系统的最大工作电压
（2）最大工作电流
（3）最大数据传输频率
（4）是否允许电阻值增大
（5）导线是否从建筑物外部引进，建筑物是否有外部防雷装置
1.3安全防雷分类
自身安全防雷主要有以下几种：
（1）在两次雷击之间一分钟左右的间隙，应尽可能躲到能够防护的地方去。
不具备上述条件时，应立即双膝下蹲，向前弯曲，双手抱膝。
（2）在野外也可以凭借较高大的树木防雷，但千万记住要离开树干、树叶至少两米的距离。
依此类推，孤立的烟囱下、高大的金属物体旁、电线杆下都不宜逗留。
此外，站在屋檐下也是不安全的，最好马上进入建筑物内。
（3）雷雨中若手中持有金属雨伞、高尔夫球棍、斧头等物，一定要扔掉或让这些物体低于人体。
还有一些所谓的绝缘体，像锄头等物，在雷雨天气中其实并不绝缘。
（4）雷雨时，室内开灯应避免站立在灯头线下。
（5）不宜使用淋浴器。
因为水管与防雷接地相连，雷电流可通过水流传导而致人伤亡。
2建筑物防雷设计
2.1防雷等级分类计算
建筑物防雷设计的第一步时，首先是要确定建筑物的防雷等级。
《建筑物防雷设计规范》（GB50057－972000）中，对建筑物防雷等级的划分，除了由建筑物的功能定性外，第二、三类防雷建筑，还取决于建筑物的预计年雷击次数N。
2.2建筑物的预计年雷击次数计算
建筑物年预计雷击次数应按下式计算：
N=k*Ng*Ae（1.1）
式中：
N——建筑物年预计雷击次数（次／a）；
k——校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：
位于旷野孤立的建筑物取2；
金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；
位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
Ng——建筑物所处地区雷击大地的年平均密度〔次／（km2•a）〕；
Ae——与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
雷击大地的年平均密度应按下式计算：
Ng＝0.024Td1.3（1.2）
Td——年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（d／a）；
根据气象台、站的资料确定本项目所在地的年平均雷暴日为Td=18.3。
建筑物等效面积Ae是其实际平面积向外扩大后的面积。
其计算方法分以下三个方面：
（1）当建筑物的高H小于100m时，其等效面积按以下公式计算：
Ae＝[LW＋2（L＋W）
+πH（200-H）]•10-6（1.3）
L、W、H——分别为建筑物的长、宽、高（m）。
（2）当建筑物的高H等于或大于100m时，建筑物的等效面积按下式计算：
Ae＝[LW＋2H（L＋W）＋πH2]•10-6（1.4）
（3）当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。
（4）
D=
（1.5）
按以上公式计算得到N=0.01596就可以确定防雷等级了。
N大于0.06次/a时，该建筑就划为第二类防雷建筑物；
若N大于等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a，则该建筑就划为第三类防雷建筑物。
住宅、办公楼等一般性民用建筑物其年预计雷击次数N大于0.3次/a时，该建筑就划为第二类防雷建筑物；
若N大于等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a，则该建筑就划为第三类防雷建筑物。
2.3防雷系统设计
2.3.1防雷设计的六大要素
防雷设计是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击危害的因素进行综合防护，才能将雷害减少到最低限度。
这种综合防护主要包括接闪、分流（保护）、均压、屏蔽、接地、合理布线，统称为综合防雷六大要素。
2.3.2外部防雷系统及其设计
如上面所述外部防雷主要是指防止建筑物或设施免遭直击雷的危害，其技术措施有接闪器、引下线、接地体等几种。
下面分别阐述它们的类别和具体设计。
（1）闪接器
接闪器是避雷针、避雷带（线）、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等的总称。
功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置向大地中泄放，以保护建筑物免受雷害。
现在常用的接闪器有避雷针、避雷带（线）、避雷网等几种。
A避雷针制作
避雷针的制作规格：
由许多实际调查统计资料表明，避雷针的外
表形状与其避雷效果无明显的关系。
所以，不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。
避雷针其直径要求如下：
针长1m以下：
圆钢为12mm；
针长1-2m：
圆钢为16mm
B避雷带（线）制作
避雷带一般采用扁钢制作，其截面积不小于48mm2，厚度不应小于4mm，现今的一般做法是不管建筑物属于几类防雷建筑，都采用4X40的镀锌扁钢制作避雷带。
根据规定二类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于10m×
10m或12m×
8m的网格。
三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于20m×
20m或24m×
l6m的网格。
避雷针应用避雷带相互连接。
C避雷网制作
避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法，也叫做暗装避雷网。
暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。
根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。
但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网。
辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5mX5m或10mX10m的圆钢制成。
建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。
D安装避雷带和避雷网注意事项
a.避雷带及其连接线经过沉降缝（沉降缝：
一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段因下沉不一致而引起建筑物损坏）时，应留有10-20cm以上余量的跨越线。
b.有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；
宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条。
c.房屋面坡度为27°
-35°
且长度不超过75m时，只需沿屋脊敷设避雷带。
四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。
为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。
如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。
d.当屋顶面积非常大时，应在屋顶上敷设金属网格，即避雷网。
避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度可视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用5X5m的网格，一般建筑物用20X20m的网格即可。
（2）引下线
连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。
现代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下线。
因为雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击，而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击。
它还比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的，和接地网络形成了一个整体的"
法拉第"
笼，它们处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。
表2-1规范对引下线的设计有如下要求：
建筑物防雷等级
引下线数量
引下线间距离
一类防雷建筑
≥2根
<
12m
二类防雷建筑
18m
三类防雷建筑
25m
另外，普通引下线采用圆钢时，其直径为不应小于16mm；
采用扁钢时，其截面积最小为48mm2；
厚度不小于4mm。
为便于检查避雷设施连接导体的导电情况和接地体的散流电阻，要在建筑物四周的引下线上做断接卡子，断接卡子距地面最高为1.8m。
当利用混凝土柱钢筋做引下线时，因为是从上而下连接一体，因此不能设置断接卡子测试接地电阻。
需在柱内做为引下线的钢筋上，距室外地面0.5m处的柱子外侧，另焊一根圆钢（Φ≥10）引至柱外侧的墙体上，做为防雷测试点。
每根引下线处的冲击接地电阻不能大于5Ω。
（3）接地体
接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。
有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；
没有钢筋混凝土地梁时，也可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用40x4mm镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿，形成环形接地。
2.4工程防雷计算
2.4.1避雷针保护范围的计算方法
目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同，大体上有如下几种计算方法：
折线法：
即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体。
曲线法：
即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体。
直线法：
是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定，有爆炸危险的建筑物用45°
角，对一般建筑物采用60°
角，实质上保护范围为一直线圆锥体。
建筑物防雷类别
滚球半径hr（m）避雷网网格尺寸
第一类防雷建筑物
30≤5*5或≤6*4
第二类防雷建筑物
45≤10*10或≤12*8
第三类防雷建筑物
60≤20*20或≤24*16
目前我国《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000）采纳了国际电工委员（IEC）推荐的“滚球法”作为避雷针保护范围的计算方法。
本现场依照“滚球法”计算公式算出避雷针的高度及保护半径：
表2-2闪接器布置
2.4.2避雷针设计举例
（1）办公区域、组合场区域、生活区域避雷针设计的计算数据表
表2-3水洞沟电厂区域防雷计算结果如下：
名称
长
宽
最高建筑物高
保护半径
避雷针的高度
办公室区域
43.2
17.6
5
30
56．7
组合场区域
180
176
8
60
60*2个
生活区区域
228
12.8
3
（2）主厂房区域避雷设计
例：
现场主厂房施工区域内有80t平臂吊，用于锅炉钢架安装，根据锅炉安装施工进度已升至40m，在平臂吊顶部做1个避雷针，从避雷针根部连接一个40X4的镀锌扁钢连接到接地极再到大地，中间不允许有中断。
锅炉总高度是90m左右，80t平臂吊根据施工进度上升至100以上，避雷针的高度随之上升，平臂吊上升后镀锌扁钢随之上升连接，根据以上公式避雷保护计算要求，已能满足主厂房区域防雷接地安全保护范围。
（3）搅拌站区域避雷设计
例：
现场搅拌站有5个水泥仓，每个水泥仓的高度20m，现已在2个搅拌站顶部做了避雷针，按要求在从避雷针根部单独接镀锌扁钢引到大地的接地极，已能满足搅拌站区域的防雷接地安全保护范围。
本现场避雷针选用针长1m，需采购，避雷针根部连接一个40X4的镀锌扁钢连接到接地极再到大地。
生活区、组合场要做4避雷塔高度60m，避雷设施最终安装完后测接地电阻值不许大于4Ω。
表2-4接地材料汇总表：
型号
米数
备注
镀锌扁钢
40X4500
做避雷线
镀锌角钢
50X518
做接地线
2.5质量保证措施
（1）施工过程中的质量控制严格按照《全场接地施工工艺》和相关《程序文件》执行。
（2）严把材料质量关，进场材料按有关规定进行试（复）验，对不合格材料严禁进场。
（3）建立分级技术交底制度，由技术负责向班长进行防雷接地施工技术交底；
班长必须向作业班组进行全面的施工技术交底。
（4）严格按施工规范施工，焊接牢固，无虚焊漏焊，搭接符合以下规定：
局部搭接焊采用双面焊有困难时，延长搭接位数，为原搭接位数的2.5倍。
（5）如测量接地电阻达不到设计要求时，应增加接地体直到满足要求为止。
2.6安全措施
（1）进行接地装置施工时，位于较深的基槽内应注意高空坠物并做好护坡等处理。
（2）进行电焊作业时，电焊机应符合相关规定并使用专用闸箱，必需做到持证上岗，施工前清理易燃易爆物品，设专门看火人及相应灭火工具。
（3）进行气焊作业时，氧气、乙炔瓶放置间距应大于5m，设有检测合格的氧气表，乙炔表并设防回火装置，同时必须做到持证上岗，设专门看火人及相应灭火工具。
电气焊作业时应采取相应防护措施，避免弧光伤害，雨雪天气，禁止在室外进行电焊作业。
（4）接地极、接地网埋设结束后，应对所有沟坑等及时回填，如作业时间较长，应注意保持开挖土方湿润，避免扬尘污染。
（5）在高空进行避雷引下线施工时，必须配带安全带。
结论
防雷是建筑物必不可少的一个措施，现代建筑因为其内部越来越多的电子设备的使用，使其受到雷击危害的概率大大增加，形式也越来越多。
可以这样说，雷电并没有改变，变的是建筑物的使用环境。
因此现时的电气防雷设计要求已大大不同于以往，雷电电磁脉冲对建筑及其内部设备的损害已大大超过以往直接雷击对建筑物的损害。
所以，现代的建筑防雷设计应该全面考虑雷击危害的各种因素，应采用综合防雷系统设计，由外部防直击雷，内部防雷电电磁脉冲，用外部防雷和内部防雷的各种措施保护建筑、设备、人员的安全。
我国外部防雷的措施已相对完善，但内部防雷措施还存在着各种缺陷，因此我们的电气设计人员要积极学习国外的内部防雷设计经验，把国内的内部防雷措施也逐渐完善。
参考文献
[1]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-972000）
[2]电力业务资质管理中心编写组，《电工进网作业许可考试参考教材》，2006年版
[3]《雷击电磁脉冲的防护第1部分通则》，IEC61312－1
[4]虞昊等，《现代防雷技术基础》，清华大学出版社。
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