毕 业 论 文电气系统的防雷、接地保护及电气安全的论述摘要：在电气系统的运行过程中，由于雷击、操作、失误、静电等原因产生危及电气设备绝缘的过电压，严重危害电气系统安全，所以需要进行电气设备的防雷、接地和静电防护；根据雷击对电气系统破坏的机理，提出了外部防雷和内部避雷的综合防雷要求，介绍了防雷保护的设备与措施，阐述了电气系统防雷保护应采取的技术原则和实际措施；同时还需要注意静电的防护，在电气系统运行时，人们得知道触电后应该怎么做才安全。必须认识电流对人体的危害，人体触电的形式和触电后脱离电源的方法，同时还得了解触电后急救的知识。关键词：防雷、接地保护、电气安全、静电防护一、防雷1 雷击的危害通常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随着巨大的声音。云层之间的放电主要是对飞行器产生危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而，云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大，这是电气防雷设计的主要对象。雷电的危害主要有四个方面：（1）直击雷带电的云层对大地上的某一点发生的猛烈放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速的将其导入大地，可导致放电通道内的物体、火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。（2）雷电波侵入雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。（3）感应过电压雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。（4）地电位反击如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。以上四方面中雷电对建筑物的危害主要以后雷电波侵入、感应过电压与地电位反击三者居多，这三者统称为雷电电磁脉冲。据有关统计资料，直击雷的损坏仅占15%，而雷电电磁脉冲的损坏占85%。因此，现代建筑的防雷设计已不同以往，对雷电电磁脉冲的防护必须要加以重视。防雷设备信息时代的今天，电脑网络和通讯设备越来越精密，其工作环境的要求也越来越高，而雷电以及大型电气设备的瞬间过电压会越来越频繁的通过电源、天线、无线电信号收发设备等线路侵入室内电气设备和网络设备，造成设备或元器件损坏，人员伤亡，传输或储存的数据受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪、系统停顿，数据传输中断，局域网乃至广域网遭到破坏。其危害触目惊心，间接损失一般远远大于直接经济损失。防雷设备就是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备。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。防雷措施31 电源系统的防雷与过电压保护 由于电力供给是由大楼的建筑物配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。因此，对于电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：机房低压配电柜系统安装一级间隙放电防雷保护；配电回路设计安装防雷配电柜采取三级防雷保护（安装于 UPS输入端）；UPS电源输出端做一级过电压防雷保护；终端设备电源输入端安装防雷箱进行末级电源防雷防护； 32 UPS电源系统的防雷保护 从机房目前的情况来分析，一般机房均采用大型 UPS不间断电源设备为机房内的部分负载提供安全可靠的供电运行方式，由于UPS是用于为机房内计算机信息系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量用电环境的唯一重要设备，并且是由市电供电输入机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的输入和输出端的保护上。 防雷保护设计采取第一级火花间隙放电保护，在UPS电源输入端安装两级半导体过电压防雷保护，在三级雷击电流放电器间安装解耦器来协调各级间对雷电波或浪涌电压的有效吸收和释放。在三级防雷保护中，第一级防护为粗保护，对直击雷进行防护，吸收约90%的大能量雷电流；第二级为中级保护，选用浪涌电压雷电放电器，即半导体放电器，对雷电流进一步吸收；第三级为细保护，同样采用浪涌电压放电器，将残余的雷电流基本吸收，通过地线泄入大地。在第二级及第三级采用过电压保护器件，进行有效的吸收，在第二级将第一级变量解耦后的4000伏残压降至900伏，第三级将第二级变量解耦后的900伏残压限制在550伏以下，同时第三级还将起到吸收线路上的感性负载和容性负载的“通”“断”引起的浪涌电压及对相电压可能的误输入线电压的保护。33终端设备的电源防雷保护 为了确保机房设备万无一失，考虑从电源配电室至机房有一定距离，而感应雷害又无孔不入，同时因考虑到电网的浪涌可能带来对设备的冲击，可在设备电源输入端安装电源防雷箱，实施对终端用电设备的精细防护。同样我们还将采用以上的防护原理对其它重要设备实施同样电源终端的防雷保护，以确保整个电气部分的安全运行。3 综合防雷系统设计3.1 综合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。3.2 综合防雷设计分类传统的防雷方法主要就是直击雷的防护，其技术措施可分为接闪器、引下线、接地体等。其中接闪器可以根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网或其联合接闪方式。但随着微电子技术高度发展及广泛应用，传统的防雷设计方法已难以满足现代建筑防雷的需要。根据以上综合防雷六要素可以把现代防雷保护分为外部防雷保护(建筑物或设施的直击雷防护)和内部防雷保护(雷电电磁脉冲的防护)两部份，外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及地电位反击电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。 3.2.1 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（含室外独立电子设备）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。接闪器 防雷设备接闪器是避雷针、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。（1）避雷针避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来，通过良好的接地装置，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击的一种金属装置。避雷针保护范围的计算方法：目前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。目前在我国，建筑物防雷设计规范（GB50057-94 2000）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。避雷针的规格：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。避雷针大多采用圆钢或钢管制成，其直径要求如下：针长1m以下： 圆钢为12mm 钢管为20mm；针长1-2m： 圆钢为16mm 钢管为25mm；烟囱顶上的针： 圆钢为20mm 钢管为40mm（2）避雷带(线)在电力系统中，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法。这种架设在输电线路上方的钢线，称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式，开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护，现在这种方法已经被避雷带所替代。在房屋建筑屋顶周围，用扁平的金属带做接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。在建筑物屋顶上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好。特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。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10m10m或12m8m的网格。三类防雷建筑避雷带应在整个屋面组成不大于20m20m或24ml6m的网格。如果同时还有避雷针，则避雷针应用避雷带相互连接。（3）避雷网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。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。规范对引下线的设计有如下要求：表1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2根18m三类防雷建筑2根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。装在烟囱上的引下线其尺寸是：圆钢直径大于24mm；扁钢截面积不小于100mm2，厚度为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。