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项目六 高层建筑供电及安全技术
内容：高层民用建筑供配电系统的供电电源及变压器的选择；高层民用建筑的接地保护；火灾自动报警与消防联动控制；高层民用建筑供配电系统的配电方式；建筑电气技术中的防雷、电涌等技术。
重点：高层民用建筑供电电源及变压器的选择；建筑电气技术中相关安全技术。
项目概述
一、认识高层建筑的必要性
随着我国国民经济的飞速发展，城市化进程发展十分迅速，对城市用地的需求量也在日益提升。为了保证土地的整体利用效率，民用建筑也趋向大面积、高层、超高层方向发展。根据《高层民用建筑钢结构技术规程》的规定，高层民用建筑包括10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及高度超过24m的其他民用建筑。
由于在高层建筑中设有电梯、生活用水泵、消防用喷洒泵、消火栓用水泵，事故照明灯，独立的天线系统、电话系统、火灾报警系统，因此，科学合理地为高层建筑设置相应的供配电电气系统，充分满足高层建筑居民的日常电力需求，首先应根据高层建筑对供配电电气系统的特殊要求进行合理的设计。
二、高层建筑对供配电系统的要求
高层民用建筑中供配电系统的安全可靠和经济性是民用建筑供配电系统设计的两个重要指标。在具体的施工过程中，由于受到建筑布局、电气设备、设计人员水平等多方面因素的影响，很难有效地平衡供配电系统设计方案的可靠性与经济性，因此，学习高层民用建筑供配电系统及安全技术，详细探讨高层建筑供配电系统设计方案的可靠性和经济性，更多地掌握一些高层建筑供配系统设计要点，掌握更多的高层建筑施工技能已迫在眉睫。
任务二 建筑电气安全技术
【任务陈述】
本任务主要阐述建筑工程的防雷技术、漏电保护技术、电涌保护技术等相关知识和相关技能，通过本任务的学习，应使学习者初步了解建筑高层建筑中的防雷保护技术、电涌保护技术、漏电保护技术相关原理，掌握其相关技能；理解火灾自动报警系统的组成及工作原理；掌握火灾自动报警系统的设备设置；了解并熟悉火灾探测器的使用场合及使用方法；理解并掌握火灾自动报警系统以及消防联动控制系统。
一、 防雷保护技术
雷电是一种常见的大气放电现象。在夏天的午后或傍晚，地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围的积雨云，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应，也会带上与云底相反符号的电荷。当云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。
当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达6000--20000℃，所以发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。
雷电的形成
雷击实际上是带电云层与带电云层之间、带电云层与大地之间的迅猛放电 。雷电造成的损坏远超过内部过电压。
落地雷是直击雷：当带电云层与地面突起物之间带电性质不同时，就会形成很强的过电压把大气击穿，从而击坏放电通路上的建筑物与输电线，击死击伤人畜等。
根据雷击破坏形式的不同，可分为直击雷和感应雷两类
感应雷是间接雷：是云层放电时巨大的冲击波电流在空间产生的交变强磁场引起的。强磁场能在导体上感应出很高的过电压。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，就会产生放电火花引起火灾、爆炸等触电事故。
感应雷又称作二次雷
1.受灾面大大扩展。从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业。
在电子信息时代，雷灾出现的特点与以往有极大不同
2.从二维空间入侵变为三维空间入侵。因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲。
3.雷灾的经济损失和危害程度大大增加了。由雷电产生的间接经济损失和影响每年都在增长，难以估计。
4.雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏的特点受到无孔不入的雷击作用，造成电子设备的失控或者损坏。
雷电的危害虽大，但是我们只要在思想上加强防雷意识，并且采取有效的防雷措施，雷灾是完全可以预防的。
常用的防雷措施
1.用接闪器和引下线防止设备和线路受到直击雷的危害。
2.用各种不同形式的避雷器和电涌保护器防止设备和线路受到感应雷的危害。
常用的防雷装置有接闪器、避雷器、引下线和电涌保护器
接闪杆又称避雷针：是保护电气设备不受直击雷危害的一种有效设备，常用于各种电气设备、变电站、高大建筑物和烟囱上。
原理：落地雷到来时，高于被保护设施的避雷针会把雷电流引向自身，通过连接线直接流入接地装置，从而使设备免除了雷电流的侵害，起到了保护作用。
1. 接闪器、避雷针、引下线
接闪线又称避雷线：和避雷针作用相同，只是构造和使用的场合不同而已。避雷线主要用在35kV以上的高压输电线上，防止直击雷对高压输电线的侵害。
原理：避雷线架设在架空线路的电力线上面，当遇有雷电侵扰时，雷电流先被避雷线接收并导入接地装置，从而有效地防止了雷电对高压输电线的危害作用。
避雷器主要用来防止设备受到雷电波及雷电的电磁作用，即主要预防感应雷造成的危害。常用的避雷器有阀型避雷器和管型避雷器两种。
引下线：是将雷电流从接闪器传导至接地装置的一种导体。
防雷设计
接闪功能
分流影响
屏蔽作用
等电位
接地效果
合理布线
2. 建筑防雷设计应考虑的主要因素
一级防雷建筑：
国家级会堂、大型铁路客运站、国际性航空港等；国家重点文物保护等特别重要用途的建筑物和高度超过100m的建筑物。
3. 高层民用建筑防雷分级
二级防雷建筑
3. 高层民用建筑防雷分级
省级重点文物保护建筑物；19层以上住宅建筑和高度超过50m的民用建筑；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等。
年雷击次数大于或等于0.05，确认需要防雷的建筑物；高度超过20m的建筑物；雷害事故较多地区的重要建筑。
3. 高层民用建筑防雷分级
三级防雷建筑
防雷装置应符合下列要求：
①屋面上任意一点距避雷带或避雷网的最大距离如下：
a.一级民用建筑5m；
b.二级民用建筑10m；
c.三级民用建筑10m。
②当有三条及以上的平行避雷带时，连接距离如下：
a.对于一级民用建筑，每隔不大于24m处需相互连接；
b.对于二级民用建筑，每隔不大于30m处需相互连接；
c.对于三级民用建筑，每间隔不大于30m~40m处需相互连接。
③冲击接地电阻，防直击雷的冲击接地电阻如下：
a.一级民用建筑Rch≤10Ω，雷电活动强烈地区，Rch≤5Ω；
b.二级民用建筑Rch≤10Ω；
c.三级民用建筑Rch≤30Ω。
4. 防雷措施
电涌保护器：的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地。
二、 电涌保护技术
电涌是微秒量级的异常大电流脉冲。它可使电子设备受到瞬态过电流破坏。雷电是导致电涌最明显的原因，建筑物顶部的避雷针在直击雷时可将大部分雷电流分流入地，避免建筑物的燃烧和爆炸，但不能保护计算机免受电涌的破坏。
1999年11月15日下午，对于北京五星级酒店式管理的高斓大厦写字楼里的计算机是个不幸的日子。下午2：00~3：00之间，电涌浩劫了楼里的计算机。一楼邮局的计算机被反复启动。高层中一家公司的计算机的主板被摧，该主板安装于1998年7月22日，厂家提供三年的保修，电涌使得它的寿命缩短了一半。
1. 电涌及其危害
图示为遭受电涌破坏的计算机主板。
含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，包括计算机和计算机的辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话、留言机等；程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备；家电行业的产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等。美国有一项调查数据表明，在保修期内出现问题的电气产品中，其中63％是由于电涌造成的。
1. 电涌及其危害
由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏，部件提前老化，这些症状包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败，丢失文档，工作失常，经常需要维修，原因不明的故障和硬件问题等等。
美国广泛地应用计算机比中国早约20年，通过惨痛的教训后美国才重视了对计算机的电涌防护。美国的银行、前500强公司、防卫设施、金融保险系统、服务网络、电讯网络、石油化工厂等都装有电涌防护器。
中国将是世界上最大的计算机消费市场。随着计算机的普及，人们越来越认识到保护这种电子设备的重要性。1998年我国颁布并实施了计算机信息系统防雷保安器的行业标准。
在建筑物的不同防雷区界面和所需的特定位置上设置电涌保护器SPD，是建筑物防电涌综合保护措施中至为关键的一项措施。SPD的主要作用是当电涌来临动作后，钳压和泄流以及暂态均压。
电涌保护器的工作决定于施加其两端的电压U和触发电压Ud值的大小，对不同产品，Ud值为标准给定值。如下图所示。
2. 电涌保护器
电涌保护器防护的关键概念是给雷电感应电流提供一个通向大地的短捷有效的通路。这样雷电涌流将从设备外分流。下图所示为安装电涌保护器处雷电流减少的情况。
三、 漏电保护技术
1.漏电保护器的应用
漏电保护器按其动作原理可以分为电压动作型和电流动作型两大类，电流动作型的又可再分为电磁式、电子式和中性点接地式3类。
按其工作性质可分为漏电断路器和漏电断电器两大类。按其动作值可分为高速型、延时型和反时限型3大类。
2.漏电保护器的选用和设计应用
漏电保护器的选用应当考虑以下因素：
（1）正确选择漏电保护器的漏电动作电流。例如，在浴室、游泳池、隧道等触电危险性很大的场所，应选用高灵敏度、快速型的漏电保护装置，其动作电流不宜超过10mA。
（2）用于防止漏电火灾的漏电报警器，宜采用中灵敏度漏电保护器。其动作电流可在25～1 000mA内选择。
（3）连接室外架空线路的电气设备，应装用冲击电压不动作型漏电保护器。
（4）对于电动机，漏电保护器应能躲过电动机的启动漏电电流而不动作（100kW的电动机启动漏电电流可达15mA）。
漏电保护器设计时应考虑以下因素：
（1）对直接接触的防护
① 在间接接触的防护中，采用自动切断电源的漏电保护器。应正确地与电网系统接地制式相配合。
① 漏电保护器只作为直接接触防护中基本保护措施的附加保护。
② 用于直接触电防护时，应选用高灵敏度、快速动作型的漏电保护器，动作电流不超过30mA。
（2）对间接接触的防护
② TN系统：当电路发生绝缘损坏故障，其故障电流值小于过电流保护装置的动作电流值时，需装漏电保护器。在采用漏电保护器的TN系统中，使用的电气设备外露可导电部分可根据电击防护措施具体情况，采用单独接地，形成TT系统。
TT系统：电气线路或电气设备，应优先考虑设漏电保护器，作为防电击的保护措施。
3.对电气火灾的防护
根据环境场所适当选择防护装置
保持必要的防火间距及良好通风
选择适当灭火器
小范围带电灭火（干沙覆盖）
专业人员采用喷雾水枪
4.必须安装漏电保护器的设备和场所
建筑施工设备
1.火灾自动报警系统的组成
自2005年10月1日起，国家实施的《高层民用建筑设计
防火规范》GB50045-95（2005年版），新增了漏电火灾
报警系统。
四、火灾自动报警系统的组成及工作原理
火灾自动报警器的动作原理
火灾探测器是整个系统自动检测的触发器件，能不间断地监视和探测被保护区域的火灾初期信。并将现场火灾信息转换成电气信号传送给自动报警控制器。
火灾报警器
以声、光报警的形式向人们提示火灾与事故的发生，并且能记忆和显示火灾与事故发生的时间和地点。
火灾报警控制器将接收到的火灾信号经过处理、运算和判断后认定火灾，向火灾报警器输出指令信号，并启动消防联动装置和连锁减灾系统，用以驱动各种灭火设备和减灾设备 。
五、 火灾自动报警系统的设备设置
各楼层的防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室等，是发生火灾时人员疏散和消防扑救的必经之地，因此均要作为设置手动火灾报警按钮的首选部位。
在大厅、过厅、餐厅、多功能厅等人员比较集中的公共活动场所及主要通道处，均应在主要出入口设置手动火灾报警按钮。保证“从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离不应大于30m”。当有人发现有火情时，可立即手动按下按钮，向报警控制器送出报警信号。手动火灾报警按钮比探测器报警更紧急，一般不需要确认。因此，手动报警按钮要求更可靠、更确切，处理火灾要求更快。
2.手动火灾控制按钮的设置
大厅、餐厅、走道等公共场所人员相对集中，是主要的疏散通道，因此在这些公共场所应按“从一个防火分区内的任何部位到最邻近的一个扬声器的距离不大于25m”及“走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5m”设置火灾应急广播扬声器。而且还要在公共卫生间设置火灾应急广播扬声器。
在防烟楼梯间的前室、消防电梯的前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室等是发生火灾时人员疏散和消防扑救的必经之地，而且有防火门分隔及人声噪杂，所以也必须设置火灾应急广播扬声器。
3.火灾应急广播扬声器的设置
六、 火灾探测器
典型火灾探测器的设置数量和布置
①探测区域内的每个层间至少应设置一只火灾探测器。
②感烟探测器、感温探测器的安装，应根据GB50116-1998《火灾自动报警系统设计规范》中的规定，再根据探测器的保护面积和保护半径来确定。
③一个探测区域内所需设置的探测器数量，不应小于该探测区域面积与探测器保护面积乘以修正系数K的比值。其中特级保护对象的修正系数K宜取0.7~0.8，一级保护对象的修正系数K宜取0.8~0.9，二级保护对象的修正系数K宜取0.9~1.0。
④在有梁的顶棚上设置感烟探测器、感温探测器，应按《火灾自动报警系统设计规范》，根据具体情况综合确定。
七、 火灾自动报警系统
区域报警系统示意图
集中报警系统示意图
控制中心报警系统示意图
八、 消防联动控制系统
消防联动控制应包括的内容：
1）消防栓水泵的手动、自动控制。
2）喷淋水泵的手动、自动控制。
3）防烟卷帘和防火门的手动、自动控制。
4）防烟排烟风机与风阀门的手动、自动控制。
5）280℃、70℃防火阀、水流指示器，信号闸阀反馈信号。
6）强切非消防电源的控制。
7）升降机迫降控制。
8）手动遥控操作控制。
消防联动设备的种类：
①自动灭火控制系统的控制装置。
②室内消火栓系统的控制装置。
③防烟、排烟系统及空调通风系统的控制装置。
④常开防火门、防火卷帘的控制装置。
⑤电梯回降控制装置。
⑥火灾应急广播。
⑦火灾报警装置。
⑧消防通讯设备。
⑨火灾应急照明与疏散指示标志。
⑩火灾着火区域非消防电源切除装置。
上述十类设备因建筑物的不同，不一定全部配置。
消防联动控制设备的制式：
消防联动控制设备制式的选择对系统的成本有很大影响。消防联动控制系统制式的选择要在布线数量、模块价格及可靠性各方面认真平衡，其制式可分多线制和总线制。
①多线制联动控制设备是指多条控制线与联动设备直接相连。其控制线根据设备的不同分有2~4根，其中有一根为公共线，其他1~3根可完成启动、停止、接收信号三种功能或其中一种功能。多线制联动控制设备由继电器、开关、指示灯等常规电器元件为主组成。设备简单、可靠，适用于1.5万平方米以下的建筑物。
②总线制联动控制设备在大的系统中目前得到了普遍采用。在总线联动系统中各种模块起着重要的作用，通过模块将总线和联动设备连接在一起。总线制联动系统包括总线-多线联动系统、全总线联动系统、报警/联动合一系统。
［任务实施］测量实验楼接地网的接地电阻
1．实训地点及内容
选择具有接地电阻的户外地点，如教学楼、实验楼等处接地网的接地电阻。测量时可把两位同学分为一组，采用接地电阻测试仪对接地电阻进行测量。
2．ZC-8型接地电阻测试仪简介
ZC-8型接地电阻测试仪包括手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及检流计等部件，全部机构装于铝合金铸的携带式外壳内，附件有接地探测针及连接导线等。其实物图如图6.6所示。
图6.6 ZC-8型接地电阻测试仪
ZC-8型接地电阻测试仪专供测量各种电力系统、电气设备、避雷针等接地装置的接地电阻，亦可测量低电阻导体的电阻值，还可测量土壤电阻率。其使用环境温度条件为 20～40℃，相对湿度小于或等于80%。其余参看课本
任务总结
1.建筑电气的安全技术包括防雷保护、电涌保护和漏电保护。防雷保护的外部系统由接闪器、避雷针和引下线以及接地装置等组成；因雷电是导致电涌的最大成因，所以电涌保护器也叫防雷器；漏电保护器按动作原理可分为电压动作型和电流动作型两大类，其中电压动作型由于自身缺点基本被淘汰。
2.火灾自动报警系统的主要设备包括火灾自动报警控制器、各类火灾探测器、消防联动控制系统等。

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