建筑电气与照明技术设计论文

引言

照明是人们生产、工作、学习中最基本和最重要的需求。我国经济正处于高速发展阶段，随着人们生活水平的不断提高，对照明用电的需求也迅速增长，照明用电已成为我国电力需求的重要部分。

就目前我国的国情来讲，建筑电气技术仍处于发展中。因建筑电气设计方式和维护管理工作不善而导致工业与民用建筑等场所的电气照明的功效不良，如照度水平该高的地方不高，该低的地方反而很亮，耗电多，达到的照度水平低，照明质量差，既不利于人们劳动或其他活动的视觉工作，而且造成了电气照明能量的严重浪费。能源短缺严重影响我国现代化建设的发展。节能在各行各业中均已得到充分重视。建筑电气设计工作者更应在进行建筑电气设计时，应充分考虑照明设施的维护管理问题，充分发挥电气照明设施的能效。为国家节约每一度电，为现代化建设作贡献，是每一位建筑电气设计工作者责无旁贷的职责与义务。新的建筑照明标准中,指出在满足照度要求的前提下，减少单位建筑面积的照明用量。工厂越来越重视照明对企业生产效率提高的作用，正逐步替换能耗高、照度低的照明灯具。

雷电防护是古老的话题，自古至今雷电的能量和次数并没有发生明显的突变，但是雷电灾害频度急剧增加，主要是我们的负载发生了变化。防雷一定要从负载耐受开始研究，否则便是纸上谈兵。防雷又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的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。接地是避雷防护最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流泄入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。

等电位连接就是把建筑物内附近的所有金属物，如建筑物的基础钢筋、自来水管、煤气管及其金属屏蔽层，电力系统的零线、建筑物的接地系统，用电气连接的方法连接起来（含截获可靠的导线连接）使整座建筑物成为一个良好的等电位体。等电位连接的目的就是为了防止和设备与设备之间、系统与系统之间危险的电位差，确保设备和操作人员的安全。

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1.电气照明概述

工厂照明分为自然照明和人工照明两大类，而电气照明是工厂照明中应用范围最广的一种照明方式。照明设计是否合理，都直接影响到生产产品的质量和劳动生产率以及工作人员的视力健康。因此工厂照明的合理设计对工业生产具有十分重要的意义。

1.1照明技术的有关概念

1.1.1光和光谱

1.光

光是物质的一种形态，是一种辐射能，在空间中以电磁波的形式传播，其波长比无线电波短而比X射线长。这种电磁波的频谱范围很广，波长不同其特性也截然不同。

2.光谱

白光线中不同强度的单色光，按波长长短依次排列，称为光源的光谱。 光谱的大致范围包括：

红外线——波长为780nm～1mm 可见光——波长为380nm～780m 紫外线——波长为1nm～380m。

波长为380nm～780m的辐射能为可见光，它作用于人的眼睛就能产生视觉。但人眼对各种波长的可见光，具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555nm的黄绿色光最敏感，因此波长越偏离555nm的辐射，可见度越小。

1.1.2 光的度量

1.光通

光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量。用符号Φ表示，单位为流明（lm）。

2.光强

光强就是发光强度，是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。

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3.照度

受照物体表面的光通密度称为照度。用符号E表示，单位为勒克斯（lx）。 4.亮度

发光体（受照物体对人眼可看作是间接发光体）在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度。用符号L表示，单位为cd/㎡。

1.1.3光源的色温与显色性

1.色温

色温就是当某一种光源的色品（用CIE1931 标准色度系统所表示的颜色性质）与某一温度下绝对黑体的色品相同时的绝对黑体的温度。用Tc表示，单位是K（凯尔文）。

所有物体自身在绝对零度之上的任何温度都会发出电磁波辐射。一定时间内辐射能量的多少，以及辐射能量按波长分布的状况都与温度有关。绝对黑体在任何温度下对任何波长的入射辐射都完全吸收（即吸收比为1）。由于排出了周围环境的影响，使得它发出的辐射仅由温度决定。随着温度的增加，绝对黑体辐射能量增大；并且，其功率波谱的峰值向短波方向移动。也就是，温度升高，人眼看上去不仅亮度增加，，颜色也随之变化。

2.显色性

统一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性。为表征光源的显色性能，引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数Ra是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。 1.1.4 眩光

由于视野中的亮度范围或者亮度分布不均匀，或存在极端的对比，以至于引起不舒适的感觉或者降低观察细节部分及目标的能力的视觉现象，称为眩光。眩光是人的视觉特性，它受制于环境因素，且由人眼的生理特点所决定。 1.1.5 照明方式和种类

1.照明方式

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在工业企业中,照明按装设方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。 （1）一般照明 供照度要求基本均匀的场所之照明。 （2）局部照明 仅供工作地点(固定式或便携式)使用的地方。 （3）混合照明 一般照明和局部照明组成的照明。

对工作位置密度很大而对光照方向无特殊要求的场合，宜采用一般照明；对局部地点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明；对工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。

2.照明的种类

照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明。

（1）工作照明 正常工作时的室内照明。

（2）事故照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明。

（3）值班照明 非生产时间内供值班人员使用的照明。 （4）警卫照明 警卫地区周界的照明。

（5）障碍照明 在高层建筑上或基建施工、开挖地段时，作为障碍标志用的照明。

工作照明一般可以单独使用，也可和事故照明、值班照明同时使用，但控制线路必须分开。事故照明应装设在可能引起事故的设备、材料周围及主要的通道和入口处，并在灯的明显部位涂上红色，且照度不应小于场所所规定照度的10%。三班制生产的重要车间及有重要设备的车间和仓库等场所应装设值班照明。障碍照明一般用闪光、红色灯显示。

1.2常用照明光源和灯具

照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。 1.2.1照明光源

电光源就是将电能转换成光学辐射能的器件。照明工程中常用的电光源按发光原理可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。

1.热辐射光源

（1）白炽灯

白炽灯是根据电流的热效应制成的发光器件，它是将灯丝通电加热到白炽

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状态,利用热辐射发出可见光的电光源，至500℃时开始发出可见光，随温度增加，从红-橙黄-白逐步变化。性能特点及应用：

①辐射光谱连续；

②显色性好，近似Ra=100；

③色温低，约在2500K-3200K（普通型号在2700K-2900K）； ④光效低，约在9-34lm/W； ⑤散热量大；

⑥寿命短，约在1000h。

从以上性能可以看出，白炽灯发光效率极低，能耗极大，但由于它的显性好，在特定的要求下还在采用。

（2）卤钨灯

卤钨灯是在白炽灯的基础上，进行技术改进而产生的新型照明电光源。它有体积小、寿命长、光效高、亮度强、使用方便、价格；便等一系列优点，在宾馆、商场、医院、电影院等场所得到广泛应用。卤钨灯的发光原理和白炽灯完全相同。其性能的提高在于玻壳内不但被抽成真空，充入了适量的惰性气体，如氩气、氮气，而且还充人了化学卤族元素及其卤化物，如碘、溴、溴化氢等。灯泡点燃后，灯内温度上升，达到250℃～1200℃时钨便会蒸发，扩散到玻壳内壁，灯内的卤族元素分子电同样受高温而分解．充满灯体内。由于灯管壁壳温度较低(约250℃)，于是卤素分子和钨便发生化学反应生成卤化物，而卤化物是一种极不稳定的化合物，易挥发。当它靠近1200℃以上的灯丝，又被高温分解为卤素分子和钨。这样大部分的钨可重新回到灯丝上。而卤素分子又扩散到离灯丝较远温度较低的玻壁附近，再度与蒸发出的钨发生反应生成卤化物。这样不但提高了发光效率和维持更好的光通，而且延长了灯泡的使用寿命。

卤钨灯按灯内所充卤元素的不同分为两种：碘钨灯(灯内充碘)和溴钨灯(灯内充溴)。碘钨灯的特点：碘钨灯的优点是体积小、效率高、功率大、寿命长、安装简单、使用方便。缺点是耐震性差。溴钨灯的特点：体积小、亮度高、彩色还原好，一般在要求强光的场合下使用，寿命较短。 2.气体放电光源

（1）荧光灯

荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种

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彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。

（2）高压汞灯

高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞与惰性气体。放电时，内部汞蒸气压为2-15个大气压，因此称为高压汞灯。

高压汞灯，应用了先进的制灯工艺，使高压汞灯的光效更高，寿命更长。发白光，色温4100K左右，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，道路照明灯领域。

自镇流高压汞灯，由于该产品不需要外接镇流器，所以使用非常方便。其光效是白炽灯的2倍，寿命是白炽得灯的10倍，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，庭院照明，街区照明等领域。

高压汞灯通常采用并联补偿电容的电感镇流器。另一种自镇流高压汞灯，由于在外泡壳内安装了一根钨丝作为镇流器，因此不必再外接镇流器而方便使用。

（3）高压钠灯

高压钠灯的基本结构，主要由灯丝，双金属片热继电器，放电管，玻璃外壳，等组成，放电器由半透明的多晶氧化铝陶瓷制成，充有汞和汞钠剂，能产生很高压力的汞蒸气，灯丝由钨丝制成螺旋形或编织成能储存一定数量的碱土金属氧化物的形状，当灯丝发热时，碱土金属氧化物发射电子。双金属的作用是：当灯接入电源后，电流经过镇流器，热电阻，双金属片而形成通路，热电阻发热后，双金属片断开，由镇流器产生的瞬间自感电动势使管内的惰性气体电离击穿放电，温度升高后，汞也随着气化放电，使钠成为气态放电而产生强光。

高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。 （4）金属卤化物灯

金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料，金属卤化物以固体形态存在灯内。因此，灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙，以便点燃灯泡。灯点燃后，首先工作在低气压弧光放电状态，此时灯两极电压很低，约18～20V，光输出也很少，这时主要产生热能，使整个灯体加热，引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发，成为金属卤化物蒸气，在热对流的作用下，不断向电弧中心流动，一部分金属卤化物被电弧5500～6000K高温分解，成为金属原子和卤素原子，在电场的作用下，金属原子被激发发光；另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解，在高温和电场双重作用下，直接激发形成分子发光。

金属卤化物灯的最大优点是发光效率特别高，光效高达80～90Lm/W，正

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常发光时发热少，因此是一种冷光源。由于金属卤化物灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱，故显色指数特别高，即彩色还原性特别好，可达90%。另外，金属卤化物灯的色温高，可达5000～6000K，专用投影机灯可达7000～8000K。在同等亮度条件下，色温越高，人眼感觉越亮。 （5）氙灯

填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗，制作光谱仪光谱。

氙灯是一种发光功率大，接近日光的灯，分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三类。

1.2.2灯具的特性与分类

1.灯具的特性

照明灯具的特性可以从灯具的配光曲线、保护角和灯具光效率等三个指标加以衡量。

（1）配光曲线

所谓配光曲线就是以平面曲线图的形式反映灯具在空间各个方向上发光强度的分布状况。

具有旋转轴对称的灯具可用极坐标配光曲线。在光源中心及旋转轴的平面上测出不同角度的发光强度值，以某一位置为起点，不同角度上发光强度矢量的顶端所勾勒出的轨迹就是灯具的极坐标配光曲线。

非旋转轴对称灯具如管型荧光灯灯具需要多个平面的配光曲线才能表明光的空间分布特性。对于聚光灯、投光灯和探照灯等类的灯具，其光辐射的范围集中用直角坐标配光曲线更能将其分布特性表达清楚。

（2）保护角

保护角又称遮光角，用于衡量灯具为了防止眩光而遮挡住光源直射范围的大小。用光源发光体从灯具出口边缘辐射出去的光线和出口边缘水平面之间的夹角表示。

（3）灯具光效率

灯具的光效率是指在相同的使用条件下，灯具输出的总光通量与灯具中光源发出的总光通量之比。灯具光效率的数值总小于1。灯具光效率越高，光源光通量的利用程度越大，也就越节能。实际中应优先采用光效率高的灯具。

2.灯具的分类

照明灯具的分类方法繁多，如按用途分类、按CIE推荐的根据光通量分配

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比例分类和按灯具外壳防尘、防水、防触电保护分类等。其中，按用途分类不再赘述，其余分类法将在这里加以叙述。

根据国际照明委员会CIE的建议，按灯具光通量在上下空间分布的比例分为五类：直接型、半直接型、漫射型（包括水平方向光线很少的直接—间接型）、和间接型。

（1）直接型灯具

此类灯具绝大部分光通量(90-100%)直接投射下方，所以灯具的光通量的利用率最高，但照明效果不理想。

（2）半直接型灯具

这类灯具大部分光通量（60-90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的分量将反射下来，从而减少照明环境所产生的阴影的硬度并改善其格表面的亮度比。

（3）漫射型或直接—间接型灯具

灯具向上和向下的光通量几乎相同（各占40-60%）

最常见的是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，能产生很好的照明效果。 （4）半间接型灯具

灯具向下光通量占（10-40%），他的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一类缺陷。

上面敞口的半透明罩属于这一类。他们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，光线更为柔和宜人。 （5）间接灯具

灯具的小部分光通（10%以下）乡下。设计的好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于灯具向下光通很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。

3.灯具的选择

灯具选择的基本原则有以下几点：

（1）功能原则：合乎要求的配光曲线、保护角、灯具效率、款式符合环境的使用条件。

（2）安全原则：符合防触电安全保护规定要求。 （3）经济原则：初投资和运行费用最小化。

（4）高效原则：在满足眩光限制和配光要求条件下，应选择效率高的灯具。 工业厂房的照明可采用荧光灯光带（槽式灯）或气体放电灯具，一般

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是普通照明结合局部照明。有些厂房工艺设备上有专门的局部照明，我们设计时只要考虑普通照明就可以了。工艺设备用电属动力用电，另外单独引入电源并预留。在工业厂房中，照明灯具的悬挂高度在4米左右时，可以选择荧光灯，悬挂高度在5米左右及以上时，一般选择适用的高压气体放电灯。

工业建筑灯具安装状态按建筑层高划分一般划分为高顶棚、中顶棚、低顶棚三类。高顶棚类安装高度一般10米以上，采用250～1000W的高压气体放电灯，狭形房间要求高照度时灯具为狭照型配光，对于面积大的宽型房间灯具用中照型配光；中顶棚类安装高度一般5～10米，采用小功率高压气体放电灯，灯具为中照型配光；低顶棚类安装高度一般小于5米，这时主要采用荧光灯或白炽灯。高压气体放电灯主要有高压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯。高压钠灯光效高，金属卤化物灯显色性好，高压汞灯显色性差。光效高的灯具一般用于室外场地，显色性好的灯具一般用于显色性要求高的场所。 1.2.3 灯具的布置

1.灯具布置的基本要求

保证最低的照度及均匀度；光线的射向是适当，无眩光、阴影；安装维护方便；布置整齐美观，并与建筑空间协调；安全、经济等。

2.灯具的平面布置 （1）均匀布置

均匀布置的灯具可摆列成正方形、矩形或菱形。矩形布置时，尽量使灯距L与L’接近。为使照度更均匀，可将灯具排成菱形。等边三角形的菱形布置，照度计算最为均匀，此时L ’=1.732 L

布置灯具应按灯具的光强分布、悬挂高度、房屋结构及照度要求等多种因素而定。为使工作面上获得均匀的照度，较合理的距高比一般为1.4～1.8左右。从使整个房间获得较均匀的照度考虑，最边缘一列灯具离墙的距离为ｌ，当靠墙有工作面时，ｌ＝（0.2～0.3）L；当靠墙为通道时，ｌ＝（0.4～0.5）L。

（2）选择性布置

根据环境对灯光的不同要求，选择部灯的方式和位置。一般只要在需要局部照明或定向照明时，根据情况才考虑用选择性布置。

1.3照度标准和照明质量

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照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。 1.3.1照度标准

1.一般规定

照度标准是国家有关部门制定与颁布的，各类建筑物和工作场所的光源应该符合的照度值。我国依据当前的具体国情，于2004年12月1日正式实施了《GB 50034—2004 建筑照明设计标准》 。

标准中规定：照度标准值应按 0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx分级。

注：标准规定的照度值均为作业面或参考面上的维持平均照度值。 2.照度标准值

工业建筑的照度标准值见附录1。 1.3.2照明质量

照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量指标包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。

1.照度均匀度

照度均匀度的定义为：给定工作面上的最低照度与平均照度之比，即：

EminEav。最低照度是指参照面上某一点的最低照度，平均照度是指整个参照

面上的平均照度。

我国国家标准规定：公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域内的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业面临近周围的照度均匀度不应小于0.5；房间或场所内的通道和其它非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3。

2.亮度分布

视野范围内亮度分布的合适与否，不仅关系到物体的可见度，而且还是舒适视觉的必要条件。因此，对空间分布有一定的要求，我国国家标准中推荐了房间内各个面的反射比（该表面的照度与工作面一般照度之比）的范围。

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表1-1 房间表面反射比与照度比

Tab 1-1 The room surface reflectance and illumination

ratio

表面的名称 顶棚 墙面 地面 作业面

反射比 0.6~0.9 0.3~0.8 0.1~0.5 0.2~0.6 3.眩光限制

眩光可以由光源和灯具直接引起，也可以有反射比高的表面形成的镜面反射而引起；它对人的生理和心理都将造成危害，因此必须采取措施加以限制。公共建筑和工业建筑常用房间或场所的不舒适眩光按新照明设计标准采用统一眩光值（UGR）评价，室外体育场所的不舒适眩光应采用眩光值（GR）评价。

直接型灯具的遮光角不应小于下表：

表1-2 直射型灯具的遮光角

Tab 1-2 Keeping shoot a lamp hides the light Cape

光源平均亮度（kcd/m） 1~20 20~50 50~500 500以上

2 遮光角（°） 10 15 20 30 可用下列方法防止或减少光幕反射和反射眩光： 1）避免将灯具安装在干扰区内； 2）采用低光泽度的表面装饰材料； 3）限制灯具亮度；

4）照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑

有视觉显示终端的工作场所照明应限制灯具中垂线以上等于和大于６５°

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高度角的亮度。灯具在该角度上的平均亮度限值应符合下表的规定：

表1-3 灯具平均亮度限制

Tab 1-3 The average bright degree of lamp limit

屏幕分类 屏幕质量 灯具平均亮度限值

Ⅰ 好 ≦1000cd/m 2Ⅱ 中 Ⅲ 差 ≧200cd/m 24.光源的颜色

不同光谱分布的光线在视觉心理上会有不同的感觉。低色温（3300K以下）的光源给人以“暖”的感觉在室内可以营造温馨轻松的气氛；高色温（5300K以上）的光源接近自然光色，给人以“冷”的感觉，使人精神振奋。

正确的物体彩色感觉只有在光源光谱分布接近自然光的情况下才能形成。在光源光谱分布与自然光相差较大的条件下，被照物体的颜色将有较大的失真。长期工作和或停留的房间或场所的显色指数Ra不宜小于80。在灯具安装高度大于6m的工业建筑场所，Ra可低于80，但必须能够辨别安全色。

1.4照度计算

照度计算是照明设计的重要内容,照度计算又是照明功能效果计算的重要组成部分。照度计算的目的是根据所需要的照度值,结合其它已知条件(如照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)来决定灯泡的容量或灯的数量。

1.4.1逐点照度计算法

逐点照度计算法又叫平方反比法，它可以求出工作面上任何一点的直射照度。当光源的尺寸和它到被照面的距离相对非常小时，可以忽略光源的大小认为是“点光源”。点光源到被照面上某个照度计算点的水平照度为：

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Es?I?cos?l2 （1-1）

式中：

ES —— 照度计算点的水平面照度（lx）；

； I? —— 光源照射方向的光强（cd）

——光源的入射角；

cos? l—— 光源与计算点之间的距离（m）。

当有多个点光源时，逐一计算每个光源对计算点的照度，然后叠加起来即可。实际工程为了简化计算，利用空间等照度曲线法和平面相对等照度曲线法。

1.空间等照度曲线法

具有旋转轴对称配光特性灯具的场所，可利用“空间等照度曲线”进行水平照度计算。只要知道计算高度h和水平距离d就可以从曲线上查得该点的水平照度值。

由于曲线是按光源的光通量为1000lm绘制的，所以查得的数值好要根据实际光通量进行换算。被照计算点的水平照度值En为：

En?K??E1000 （1-2）

式中： K ——维护系数；

?——每个灯具的总光通量（lx）；

。 ?E——各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）

2.平面相对等照度曲线法

非对等配光曲线的灯具可使用“平面相对等照度曲线”进行计算。由于曲线是假设计算高度1m的条件下绘制的，所以公式为：

K??E1000En?h2 （1-3）

式中：K ——维护系数；

?——每个灯具的总光通量（lx）；

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； ?E——各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）。 h——灯具的计算高度（m）

1.4.2 光通利用系数法

利用系数法是计算工作面上平均照度的常用方法。利用系数?是指投射到工作面上的光通量（包括灯具的直射光通量和墙面、顶棚、地面等的反射光通量）和灯具发出的总光通量的比值。

1．计算公式

?KN?SEav? （1-4）

式中：Eav——工作面的平均照度值（lx）；

?——利用系数； K——维护系数； N——灯具数量；

?——每个灯具内的总光通量（lm）； S——工作面的面积（m）。

22．利用系数的选取

（1）确定房间的空间特性系数

房间横截面的空间分为３个部分，灯具出口平面到顶棚空间；工作面到灯具出口平面之间的叫室空间；工作面到地面之间的叫地板空间。３个空间分别有各自的空间系数。

1）室空间系数为

RCR=

5hrc(L?W)L?W （1-5）

2）顶棚空间系数为

CCR=

5hcc(L?W)L?W?hhccrc RCR （1-6）

3）地板空间系数为

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FCR=

5hfc(L?W)L?W?hhfcrc RCR （1-7）

式中：hrc——室空间高度（m）；

hhcc——顶棚空间高度（m）； ——地板空间高度（m）；

fc L ——房间的长度（m）； W——房间的宽度（m）。

（2）确定顶棚、地板空间的有效反射比和墙面的平均反射比

射向灯具出口平面上方空间的光线，除一部分吸收之外，剩下的最终还要从灯具出口平面向下射出。那么，可把灯具开口平面看成一个有效反射比为?cc的假象平面。同样，地板空间的反射效果也可用一个假想平面来表示，其有效反射比为?fc。

（顶棚、地板）空间的有效反射比由下式求得：

p00=

ss???s???s?0ss （1-8）

0式中：?——（顶棚、地板）空间各表面的平均反射比；

ss0——（顶棚、地板）的平面面积；

——（顶棚、地板）空间内所有表面的总面积。

s 如果某个空间是由i个表面组成，则平均反射比为 ????s?siii （1-9）

式中：?——第i个表面的反射比；

i

si——第i个表面的面积。

（3）确定利用系数

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在求出RCR、?、?后，按灯具的利用系数表可查出其利用系数。如

ccw系数不是表中的整数，可用插值法算出对应值。一般情况下，系数表是按

?fc=20%求得的。

1.4.3 单位容量法

光源的单位容量是指在单位水平面积上光源的安装电功率，它实际上是光源电功率的面密度。即

p0P?=

S （1-10）

式中：

p0——单位容量；

?P——房间安装光源的总功率；

S——房间的总面积。

单位容量法就是利用已经制作好的“单位面积光通量”或“单位面积安装电功率”数据表格进行计算。

根据已知条件在表上查得单位容量，室内照明的总安装容量为

?P=p0S （1-11）

室内所需要的灯具数量为

P? N= （1-12） PL式中：PL——每盏灯具的光源容量（W）；

N——灯具数量（盏）。

1.5 照明配电

1.5.1照明电源

动力设备无大功率冲击性负荷时，照明和电力宜公用变压器。当动力设备有大功率冲击性负荷时，考虑到电压的偏移与波动，照明宜与冲击性负荷接自不同变压器；若条件不允许，需接自同一变压器时，照明应有专用馈电线供电。

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照明安装功率较大时，宜采用照明专用变压器。 1.5.2照明配电网络

照明配电网络由连接变电所内的低压配电屏至总照明配电箱的馈电线，总照明配电箱配出的干线和连接照明配电箱的分支线组成。

照明配电的单相负荷宜在三相配电干线上平衡分配，以使各相电压偏差不致差别太大。一般规定相负荷不超过三相负荷平均值的15%。为减小分支线路内发生故障的影响范围以及检查维修的方便，每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数不宜超过25个；连接组合灯具时，回路电流不宜超过25A，光源数不宜超过60个；连接高强度气体放电灯的单相分支回路的电流不应超过30A。

1.5.3照明配电线路导线的选择

照明配电常用的导线主要是绝缘电线和电缆。绝缘电线大致分为塑料绝缘电线与橡皮绝缘电线两大类。常用的BLV、BV、BVV、BVR、RV聚氯乙烯绝缘线等塑料绝缘电线；BLX、BX、BBX、BXF等橡皮绝缘电线。

照明配电用的低压电力电缆由导电芯线、绝缘层、保护层组成。电力电缆按其芯数有单芯、双芯、三芯、四芯、五芯线之分。

照明配电线路应按负荷计算电流（即允许载流量或发热条件）和灯端允许电压值选择导体截面积。选择导体截面积还应考虑必要的短路和机械强度校验。

照明配电干线和分支线,应采用铜芯绝缘电线或电缆，分支线截面不应小于1.5平方毫米。主要供给气体放电灯的三相配电线路，其中性线截面应满足不平衡电流及谐波电流的要求，且不应小于相线截面，接地线截面选择应符合国家现行标准的有关规定。

1.5.4工厂照明线路的敷设方式

厂房照明支线一般采用绝缘导线沿(或跨)屋架用绝缘子(或瓷柱)明敷的方式。当大跨度厂房屋面结构采用网架型式时，除上述方式外，还可采用绝缘导线或电缆穿钢管沿网架敷设。爆炸和火灾危险性厂房的照明线路一般采用铜芯绝缘导线穿水煤气钢管明敷。在受化学性(酸、碱、盐雾)腐蚀物质影响的地方可采用穿硬塑料管敷设。根据具体情况，在有些场所也可采用线槽或专用照明母线吊装敷设。

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2.工厂避雷设计

2.1雷电概述

2.1.1雷电的形成

雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30KV/cm），开始游离放电，我们称之为\先导放电\。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。 2.1.2雷击的形式

雷击主要有三种形式：直击雷、感应雷、球形雷： 1.直击雷：

是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。

直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十KA乃至几百KA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几us到几百us）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。

防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。

2.感应雷：

直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象，主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬

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间，在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。

静电感应：由于雷云的作用，使附近导体感应并积聚大量与雷云相反极性的束缚电荷，当雷云主放电时，雷电先导通道中的电荷迅速中和，原来处于雷云附近导体中与雷云相反极性的束缚电荷被释放出来，形成自由电荷，如不就近泄散入地就会产生很高的电位。

电磁感应：由于雷电流迅速变化（瞬态脉冲）在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。

3.球形雷：

在雷电频繁的雷雨季节，偶然会发现殷红色、灰红色、紫色、蓝色的“火球”，直径一般十到几十厘米，甚至超过1米；有时从天而降，然后又在空中或沿地面水平移动，有时平移有时滚动，通过烟囱、开着的门窗和其他缝隙进入室内，或无声地消失，或发出丝丝的声音，或发生剧烈的爆炸，因而人们习惯称之为 “球形雷”。较为罕见。

防避球形雷最好在雷雨天不要打开门窗，并在烟囱、通风管道等空气流动处装上网眼不大于4平方厘米，粗约2~2.5mm的金属保护网，然后作良好接地。 2.1.3雷电侵袭的主要途径

1. 直接雷击的侵袭

雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备、各种架空金属线缆（如电力电缆、通信线路、网络布线等）。它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压，产生火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁建筑物、设备，危及人身安全。

2. 雷电波侵入

雷电虽然未直接击中建筑物或设备，但击中与本建筑物或设备相连的金属管、线，通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入建筑物内，损害与之相连接的用电设备、通信设备、计算机网络等设备乃至危害人身安全。

3. 雷击电磁脉冲干扰

雷击发生时，由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势，诱发强大的雷击电磁脉冲，经感性耦合、容性耦合或电磁辐射产生脉冲过电压和过电流损坏有关设备。随着科学技术的发展，大量采用微电子技术的、先进的计算机信息系统、监控、通信等网络日益广泛地应用于各种建筑物中。而微电子设备的高度集成化，低工作电平和小工

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作电流的特点，又带来绝缘强度低，耐过电压、过电流的能力差等致命弱点。美国研究报告[AD-722675]指出：当雷电活动时，磁感应强度达到0.07GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS 时，计算机发生永久性损坏。因而雷电所产生的雷电电磁脉冲对微电子设备将产生严重的危害。根据统计，雷电对微电子设备的破坏而造成的损失，已远远超过了雷击火灾的损失，成为当今电子时代的一大公害。

4. 地电位反击

当设备没有采取等电位接地措施的情况下，由于各接地系统本身的接地途径不同，冲击接地电阻差异，以及在泄放雷击电流时，所通过的雷击电流存在差异，导致地电位升高和不平衡，当地电位差超过设备的抗电强度时，即引起反击，损坏设备。

2.2 防雷设备

一个完整的防雷设备由接闪器或避雷器、引下线和接地装置三部分组成。 2.2.1 接闪器

接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，主要用于保护漏天变配电设备及建筑物；接闪的金属线称避雷线或架空地线，主要用于保护输电线路；接闪的金属带、金属网称避雷带、避雷网，主要用于保护建筑物。它们都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。因此，接闪器的实质是引雷。 2.2.2 避雷针

1.防雷原理

避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制作，其作用是吸引雷电击与自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面积的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠的引入大地。

当雷电的先导头部发展到距地面某一高度时，因避雷针位置较高且接地良好，在避雷针的顶端因静电感应而积聚与先导通道中电荷极性相反的电荷，形成局部电场强度集中的空间，该电场开始影响雷击先导放电的发展方向，将先

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到放电的方向引向避雷针，同时避雷针的顶部的电场强度将大大增强，产生自避雷针向上发展的迎面先导，更增强了避雷针的引雷作用。

2.保护范围

避雷针的保护范围，以其能防护直击雷的空间来表示。按新版国家标准，空间范围的大小采用“滚球法”确定。

“滚球法”就是选择一个半径为hr（滚球半径）的滚球，沿需要防护直击雷的部分滚动。如果球体只触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。

滚球半径是按建筑物防雷类别确定的（见下表）。

表2-1 各类防雷建筑物的滚球半径和避雷网格尺寸 Tab 2-1 Every variety defends the thunder building to roll the radius and avoid the thunder mesh size

建筑物类别 第一类防雷建筑物 第二类防雷建筑物 第三类防雷建筑物

滚球半径（m） 30 45 60 避雷网格尺寸（m） ≦５×５或６×４ ≦１０×１０或１２×８ ≦２０×２０或２４×１６ 单只避雷针的保护范围，应按下列方法确定：

（1）当避雷针高度 h≦hr时

①距地面hr处作一平行于地面的平行线；

②以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线交平行线于A、B两点； ③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并于地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。

避雷针在被保护物高度hx的xx平面上的保护半径rx按下式计算

,rx=

h(2hr?h)?h(2hxr?hx) （2-1）

（2）当避雷针的高度h＞hr时

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在避雷针上取高度hr的一点代替避雷针的针尖作为圆心。其余做法与（1）相同。（注：）多只避雷针的保护范围，可参看有关国标或相关的设计手册。 2.2.3 避雷线

1.避雷线概述

避雷线是铁质的，避雷针是铜质（也可以是铁质的），避雷针顶端向天，避雷线连接避雷网埋地，避雷线连接避雷针，雷雨季节，雷电从天空从避雷针进入避雷线直至埋地的避雷网，是消除雷击保护建筑物或仪器的设施。大都用于建筑，变压器电线竿，机房，发射架等。避雷线分圆截面和扁截面两大类型。接复层金属包基体金属的不同分为：铅包钢、铅包铜、铜包钢、铅包钢避雷线。 2.防护范围的计算

由于重力的作用，避雷线是一段垂弧。其保护效果等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。故只需确定待计算点的垂弧高度，便可按单支针计算其两侧的保护范围。同样，在避雷线的端部保护范围，则按避雷线端部的等高单支针计算。

当避雷线高h大于两倍滚球半径hr时，是无保护范围的，故不应采用。而当hr＜h＜2hr时，其保护效果比h=hr还差，所以很少采用。故在h< 的情况下保护范围的计算为主，而对hr＜h＜2hr的情况则为辅。

单根避雷线保护范围的计算：

当避雷线的高度h<2hr时，保护范围按下列方法确定：

1、距地面hr处作一平行于地面的平行线；

hr2、当h≤hr时，以避雷线为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点；

3、以A、B为圆心，hr为半径作弧线，两弧线相交或相切并与地面相切，从该二弧线起到地面止就是保护范围；

4、当2hr>h>hr时，保护范围最高占的高度h0按下式计算：

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h=2h-h （2-2）

0r5、避雷线在hx高度的XX′平面上的保护宽度（半径）bx按下式计算：

b

x?h(2hr?h)?h(2hxr? h) （2-3）

x式中：h——避雷线的高度（m）；

hhr——滚球半径（m）； ——被保护物的高度（m）。

x两根等高避雷线的保护范围，可参看有关国标或相关设计手册。 2.2.4避雷带与避雷网

避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体，是由避雷针、避雷线发展而来的。避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体，以保护建筑物的中间部位。用于保护建筑物，其优点是敷设简便、造价低,而且同高耸的避雷针相比,引雷的几率大为减少。而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流，室内设备上的反击电压相对较低。在我国广泛应用的笼型防雷方式则是利用建筑物钢筋形成的法拉笼。同时也解决了等电位连接问题，极大地提高了建筑防雷的可靠性。此外，它也便于笼内（屋内）电力、电信、电子设施统一接地（共地式）。

具体设计规格要求见表2-1。 2.2.5引下线

连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。

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。为了减少和避免这种反击，现代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下线，经过实践证明这种方法不但可行，而且比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与木梁、楼板的钢筋，都是连接在一起的和接地网络形成一个整体的“法拉第”笼，均处于等电位状态。雷电流会很快被分散掉，可以避免发击和旁侧闪击的现象发生。

引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不小于下列数值：

圆钢直径为：?8mm；扁钢截面为：48平方毫米；扁钢厚度为：4mm。 装在烟囱上的引下线其尺寸不小于：圆钢直径?12mm；扁钢厚度为4mm，

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截面积为100平方毫米。

所有引下线要镀锌或涂漆，在腐蚀性较强的场所，还应加大截面积或采取其他防腐措施。

引下线的固定支撑点间隔不得大于1.5-2m，引下线的敷设应保持一定的松紧度，不能拉的太紧，以免热胀冷缩而拉断。

为了减少引下线的电感量，引下线应沿最短接地路径敷设。对于建筑艺术要求较高的建筑物，引下线可采用暗敷设，但截面要加大。由于建筑物的造型不同，不能做直线引下时，应注意弯曲开口处两点间的直线距离不得等于或小于弯曲部分线段的实际长度的0.1倍，一般弯曲处不用锐角尽量避免用直角。

1.引下线应装在人员不易碰到的隐蔽地点，以防接触电压的危害。 2.距地面2M以内的引下线，应有良好的保护，用瓷管或耐阳光的塑料管套住，避免人或动物触碰。

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，要在每根引下线上做断接卡子，断接卡子“规范”规定距地面最高为1.8M。暗装引下线也应在相应的地方做断接卡子接线盒。（利用混凝土柱钢筋做引下线时，不必做断接卡子，但必须引出测量线端子外露墙面）断接卡子必须镀锌，并保护接触面严密，接触面不得小于10平方毫米卡接母丝直径必须大于8mm，卡接母丝上应套有弹簧垫圈。

2.3建筑物防雷分类

建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。

1.应划为第一类防雷建筑物：

一、凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火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。

二、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。

三、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。

2.应划为第二类防雷建筑物： 一、国家级重点文物保护的建筑物。

二、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、

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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。

三、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。

四、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。

五、具有1区爆危险环境的建筑物，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。

六、具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。 七、工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。

八、预计雷击次数大于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。

九、预计雷击次数大于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。 3.应划为第三类防雷建筑物：

一、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。

二、预计雷击次数大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其重要或人员密集的公共建筑物。

三、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。

四、预计雷击次数大于或等于0.06次/a的一般性工业建筑物。

五、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境。

六、在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

2.4建筑物防雷措施

1.第一类建筑物防雷应装设独立的避雷针防止直雷击；对非金属屋面应敷设避雷网，室内一切金属设备和管道，均应良好接地并不应有开口环路，以防止感应过电压；

2.第二类建筑物防雷措施同第一类。

3.第三类建筑物为防止直接雷可在建筑物最易受雷击的部位装设避雷带或

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避雷针，进行重点防护。若为钢筋混凝土屋面，则可利用其钢筋作为防雷装置；为防止过电压沿线侵入，可在进户线上安装保护间隙或将其绝缘子铁脚接地。

注：建筑物最易受雷击的部位与屋顶的坡度有关。

2.5防雷接地

接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。

对于一般建筑而言，在采取了防雷措施后，可以将直击雷与雷电波侵入的雷害的概率降低很多。对于一般电气设备，允许的雷电脉冲较高，因此采取避雷针、避雷网防直击雷等措施是极其有效的。而微电子设备非常灵敏，耐压水平很低，一般只有10V左右，对雷击电磁脉冲极为敏感，易受到电磁干扰和损坏。雷击电磁脉冲因电磁感应而产生，并且可以通过电源线、天线、信号线的耦合被引入微电子设备，是微电子设备损坏的主要原因。如果仅按照一般建筑进行防雷设计，建筑电子设备受雷击的损坏率就很高，所以对于电子生产厂房的防雷接地设计应采取相应的措施。

在选择接闪器时，应优先选用避雷网形式。这是因为避雷针是通过把雷电引向自身来完成保护对象免遭直接雷击的，这种引雷的机理使避雷系统增加被雷击的概率。当然，避雷针也不是完全不能采用，现在有的避雷针生产企业已推出新型优化避雷针，它具有防止直击雷和抑制二次感应雷的两种功能，是一种防雷市场上相对先进的产品。

在布置引下线时，应沿建筑物四周设置而避免采用中间柱的柱内主筋作为引下线。这是因为在电子信息系统接地时，通常采用单点接地系统，将接地基准点在建筑物的中心部位引到建筑物底部的接地板上，如防雷引下线设置在四周则可以减少引下线产生的强磁场的干扰。

对于接地装置设置的问题，防雷接地、电源系统接地、电气保护接地、防静电接地可同时利用建筑物的基础钢筋作为接地极。对于信息系统的接地，曾经在很长时间内存在着意见分歧。以往普遍认为信息系统的接地系统应单独设置，与建筑物绝缘，国外称其为绝缘接地方式。但是在实际应用中发现，两个独立的接地系统不利于过电压保护，这是因为当建筑物接闪雷电流后，建筑物的电压很高，而信息设备的“信号地”是与建筑物20米以外的大地相连，其电位

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比防雷接地装置低得很多，设备电压在雷击时维持在“信号地”电位水平，二者之间的电位差通过电容的耦合作用，将耐压能力很低的电子器件损坏。

近年来，很多国内外标准不主张信息设备采用独立的接地装置，推荐采用共用接地系统。GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中明确指出：“每幢建筑物本身应采用共用接地系统”即将建筑物内的各种接地都统一接到建筑物的基础上或室外的接地装置上。当该建筑物遭受雷击时，电力系统的电压和电子设备工作接地的电压同时上升，保持了设备的工作电压不变，使微电子设备在雷击时可正常工作。共用接地系统通常利用建筑物的基础作接地极，其接地电阻一般在1欧姆以下，如有设备对接地电阻值的要求更低，应取其最小值。

2.6综合防雷措施

现代防雷保护包括外部防雷保护(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系统操作过电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。

防雷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的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。

1、接 闪

接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。

2、均 压

接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过

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时，室内的所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。

为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位连接母排相连。

3、屏 蔽

屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。

4、接 地

接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。

过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。90年代以前，通信导航装备以电子管器件为主，采用模拟通信方式，模拟通信对干扰特别敏感，为了抗干扰，所以都采取电源与通信接地分开的办法。现在，防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地，美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出：不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。防雷接地是防雷系统中最基础的环节，也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。

5、分流（保护）

所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，雷电电流就由此处分流入地了。雷电流在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。

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现在避雷器的研究与发展，也超出了分流的范围。有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上，它们能让有用信号顺畅通过，而对雷电过压波进行阻隔。

采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率；天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小；若使用在定向设备上，不能导致定位误差。

6、躲 避

在建筑物基建选址时，就应该躲开多雷区或易遭雷击的地点，以免日后增大防雷工程的开支和费用。当雷电发生时，关闭设备，拔掉电源插头。

2.7 防雷保护原则

在防雷保护设计中，总的防雷原则是采用三级保护： 1、将绝大部分雷电流直接引入地下基础接地装置泄散 2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压 3、限制被保护设备上浪涌过电压幅值（过电压保护）。

这三道防线，缺一不可，相互配合，各行其责。目前通常作法是以下三点： （1）建立联合共用接地系统，形成等电位防雷体系

将建筑物的基础钢筋（包括桩基、承台、底板、地梁等），梁柱钢筋，金属框架，建筑物防雷引下线等连接起来，形成闭合良好的法拉第笼式接地，将建筑物各部分的接地（包括交流工作地，安全保护地，直流工作地，防雷接地）与建筑物法拉第笼良好连接，从而避免各接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生。

（2）电源系统防雷

以建筑物为一个供电单元，应在供电线路的各部位（防雷区交接处）逐级安装电涌保护器，以消除雷击过电压。 （3）等电位联结系统

国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（局部修订条文）明确规定，各防雷区交接处，必须进行等电位联结；尤其建筑物内的计算机房等弱电机房，遭受直击雷的可能性比较小，所以在此处除采取电涌保护器进行感应雷防护外，还应采用等电位联结方式来进行防雷保护。

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3.4 配电系统的等电位连接

3.4.1 等电位联结概念

将建筑物电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分、人工或自然接地体用导体连接起来以达到减少电位差称为等电位联结。等电位联结也有不与人工或自然接地体连接的，称为不接地的等电位联结。

等电位联结有总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结之分。 所谓总等电位联结乃是将建筑物内的下列导电部分汇接到进线配电箱近旁的接地母排(总接地端子板)上而互相联结：

——进线配电箱的PE（PEN）母排； ——自接地极引来的接地干线（如需要）；

——建筑物内的公用设施金属管道，如煤气管道、上下水管道，以及暖气、空调等的干管；

——建筑物的金属结构； ——钢筋混凝土内的钢筋网。

需要说明，煤气管和暖气管可进行总等电位联结，但不允许用作接地体。因为煤气管道在入户后应插入一段绝缘部分，并跨接一过电压保护器；户外地下暖气管因包有隔热材料，与地非良好接触。

局部等电位联结是在建筑物内的局部范围内按总等电位联结的要求再做一次等电位联结。

辅助等电位联结则是在伸臂范围内有可能出现危险电位差的可同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外可导电部分(如金属管道、金属结构件)之间直接用导体作联结。 3.4.2 等电位联结作用

1.降低预期接触电压

做了总等电位联结后，在总等电位联结区内，作为总等电位联结组成部分的建筑物基础钢筋、金属结构件、金属管道、金属电缆桥架、电缆金属护套、敷设电缆或导线金属管等自然接地体，接地电阻值较小，已起到重复接地的作用。电源线路中PEN线上的电压降虽不在建筑物内产生接触电压，但它能使接地母排对地电位升高。由于在总等电位联结范围内电气装置外露可导电部分和

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装置外可导电部分都和接地母排相连通，其电位都同样升高而基本处于同一电位上，人体接触这些导电部分时，没有接触不同电位，自然不存在电击危险的。

2.消除自建筑物外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压

TN系统内因绝缘损坏发生接地故障后有三种可能情况：一是故障点相接触的两金属部分因数百以至数千安的电流通过，熔化成团而脱离接触，接地故障自然消失；二是两金属部分熔化成团脱离接触后引燃电弧，形成大故障点阻抗的电弧性接地故障，由于相当大一部分的线路电压降落在电弧上，接触电压相对减少，它的后果大多是火灾而非人身电击；三是两金属部分熔化后互相焊牢，使故障继续存在，其故障点阻抗可忽略不计，其后果大多是人身电击，这就是接地故障。正是由于接地故障电压存在，沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压易引起的电击：

－保护装置未动作而引起的接地故障电压； －PEN线折断而引起的接地故障电压；

－当电源干线中的PEN线折断时(俗称断零)，由于三相负荷不均衡，负荷侧中性点漂移，也能使PEN线和设备外壳对地带电位。如果建筑物内有总等电位联结，使外露可导电部分都处于该电位，同样也可消除由此引起的电击危险；

－高压系统中性点不接地或经消弧线圈接地发生接地故障引起的低压系统接地故障电压；

－高压系统中性点经低电阻接地系统发生接地故障引起的低压系统接地故障电压。

虽然PEN线或PE线上存在危险故障电压，但由于PEN线或PE线在建筑物内均已等电位联结，在等电位联结范围内人体同时可触及的电气装置内、外外露可导电部分基本上处于同一电位，火灾及人身电击自然不会产生。

3.减少保护装置据拒动带来的危害 保护装置据拒动是由于：

－保护装置内的电子元器件的老化，温度漂移或干扰等；

－保护装置的动作值改变，装置投入运行后，增加供电容量或串级保护需要，电子脱扣器受环境温度的影响等；

－增加供电的线路长度，阻抗加大；

－保护装置开断较大的短路电流，触头表面被拉毛，触头接触电阻加大； －保护装置脱扣器供电电源与发生接地故障同相序，接地故障造成脱扣器供电电压低于要求值。

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等电位联结可以降低故障回路阻抗，缩短保护装置的动作时间，降低接触电压。<<低压配电设计规范>>（GB50054－95）第4.4.4条明确规定，采用接地故障保护时，应做等电位联结，也符合IEC标准将等电位联结规定为自动切断故障电路防电击的措施之一。 3.4.3 局部等电位联结作用

1.消除自总等电位联结后沿PEN线或PE线传导的危险故障电压

当建筑物内配电线路较长，且截面较小时，由于回路阻抗大，接地故障电流小，不能满足保护装置切断时间要求，为此需加大导体截面或装设剩余电流保护器。在局部范围内设置局部等电位联结，则可简单而可靠地解决过流保护灵敏度不够的问题。局部等电位联结消除自总等电位联结后沿PE线的危险故障电压。

2.降低预期接触电压

局部等电位联结除能消除电气装置总等电位联结至局部等电位联结接地故障时PE线传导的预期接触电压UT外，还能降低接地故障回路阻抗，在电气装置内多处做局部等电位联结。PE线导体与可导电部分导体在局部等电位联结间并联后又并（串）联，其局部等电位联结降低接地故障回路阻抗，加大接地故障电流Id，缩短保护电器的动作时间，防止电击发生。 3.4.4 等电位联结导体选择

等电位联结导体选择见表3－1：

表3－1等电位联结线导体截面选择表

Tab 3-1 The equipotential ties the conductor section

choice table

类别 取值 总等电位联结线 局部等电位联结线 辅助等电位联结线 两电气设备外露可导电较小PE线截面 一般值 不小于0.5×进线不小于0.5×局部场所最大PEPE（PEN）线截面 线截面 电气设备与装置外导电0.5×PE线截面 部分间 32

部分间 6 平方毫米铜线 16平方毫米 铝线最小值 （有机械保护，保无机械保证连接处持久导通） 50平方毫米铁 25 平方毫米 铜线或相同电导值导线最大值 （若为铝线时则有机械保护，并保证连接处持久导通） 16 平方毫米铁 25 平方毫米 铜线或相同电导值导线（若为铝线时则有机械保护，并保证连接处持久导通） － 16 平方毫米铁 护时 4 平方毫米铜线 无机械保护4 平方毫米铜时 线 有机械保护时 2.5平方毫米铜线 有机械保护2.5平方毫米铜时 线 3.5电气装置的接地安装

1.接地装置和避雷带及支持件应采用热镀锌的钢材、螺栓。严禁用非镀锌钢材和螺栓。 根据施工习惯，如设计无规定，接地极可采用50mm×5mm×2500mm的镀锌角钢或40mm×3.5mm×2500mm的镀锌钢管；埋地接地线用40mm×4mm的镀锌扁钢；屋面避雷带及引下避雷带均用 25mm×4mm扁钢；断接卡用的搭接螺栓应用10mm×30mm的六角镀锌螺栓。

2.接地装置和避雷装置的金属焊接工作应由具有焊接资格的焊工担任。扁钢及圆钢的连接均采用搭接焊。扁钢搭接长度为扁钢宽度的两倍，并应焊三个棱边。圆钢搭接长度为圆钢直径的6倍，并进行两面焊接。圆钢与扁钢连接时，搭接长度为圆钢直径的6倍。扁钢与钢管(或角钢)焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，并应将扁钢弯成弧形或直角形，并紧贴在钢管或角钢上再进行焊接。焊接连接的缝应平整、饱满，无明显气孔及咬肉缺陷。焊接处的焊渣必须清除后再涂漆。

3.接地装置的敷设。接地体顶面埋设深度不应小于0.6m，接地体之间的距离不宜小于5m ，接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。

4.室内接地干线一般采用25mm×4mm镀锌扁钢，沿墙明敷，固定卡子的间距为1.0～1.5m ，与墙面应有10～15mm间隙，离地面200～250mm；穿墙、

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柱时应用钢管保护。

5.接地扁钢经过伸缩缝时，可将接地扁钢弯成弧形代替补偿装置。 6.各电气设备的接地线，应单独接到接地干线上，严禁几个设备串接后，再接到干线上。

7.配电箱内接地线端部应明露，重复接地引入线用螺栓连接，严禁直接焊死，以备测试时拆装方便。

8.屋面避雷带施工时应将镀锌扁钢加工平直，预埋支持件应按设计施工。支持件露出的高度不宜超过200mm，埋入深度不得小于100mm。支持件埋入端应开脚。

9.避雷带安装应平直牢固，支持件的间距要均匀，水平敷设间距为1～1.5m；垂直敷设间距为1.5～2m；转弯部分为0.3～0.5m。引下线经过檐口应弯有弧度，不宜成直角形 。引下线与墙面距离为15～20mm。

10.接地极引出线的保护管距地高度一般为1.5m，断接卡高度不应超过1.8m。

11.当设计要求利用混凝土柱子内的钢筋作为避雷带引下线时，应对柱子内的钢筋焊接质量认真检查，并做好施工隐蔽工程记录资料。

12.接地线和避雷带安装完成后，均应进行表面刷漆。室内接地线扁钢一般刷黑色漆；室外避雷带扁钢及支持件均刷银粉漆。

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4.实际设计举例

厂房概况：某布料印染与办公一体的厂房，总长56米，宽30米，高12米（共一层），柱间距6米。钢结构框架式建筑类型，房顶坡度小于5度。其中主要建筑区及其面积如下：布料印染生产区面积25*14；原料区面积42*18+14*14；综合办公区面积10.5*6；化验室面积7*5。对主要区域进行光照设计、供电部分的设计、等电位连接及整个厂房的避雷接地设计。 1.选区各区域、各房间的照度值

布料印染生产区：照度标准值500lx，UGR:22，Ra:80。 原料区：照度标准值500lx，UGR：22，Ra:80。 综合办公区：照度标准值300lx，UGR:19，Ra:80。

化验室区：参考平面0.75m高，照度标准值500lx，UGR:22，Ra:80。 2.选择适宜的光源和灯具

布料印染生产区：此区域光源的悬挂高度9m左右，光源应选小功率高压气体放电灯， 污染特性为一般等级，从而确定光源的维护系数为0.7；该区域室型指数为2.5，反射系数70、30、30，得到利用系数0.77；又有此区域显色指数、眩光要求等条件限制，工作环境需选用防潮防水的灯具。经查表确定用金属卤化物灯， 型号定为：ZJD150—1，其电源电压220V，光通量11500lm。灯的功率选100W时，经计算其照度为359.42lx，远小于500lx的照度标准值；灯的功率选150W时，值经计算其实际照度为508.76lx，大于500lx的标准值，可

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确定灯的功率为150W。

原料区：光源及灯具的选择与布料印染生产区相同。

综合办公区：此区域光源的悬挂高度3.5m左右，光源应选节能荧光灯，污 染特性为清洁，从而确定光源的维护系数为0.75；该区域室型指数为1.25，反射指数50、30，得到利用系数为0.31；显色指数、眩光要求等条件限制，查表选定灯型为：稀土三基色细管T8荧光灯，光通量3350lm，色温4000，显色指数85。灯的功率选择为36W时，灯的实际照度为324.76lx，符合照度标准300lx。

化验室区：光源及灯具的选择与综合办公区的选择方法及基本相同。 3.灯具数量的计算

式中：Eav— 平均照度（lx）；

N — 灯具个数；

Φ — 一个灯具内光源总光通量（lm）； U — 灯具利用系数； K0 — 维护系数； A — 房间面积。 则N=Eav×A/（Φ×U×K0）

根据所选灯具的特性及场所的面积，代入灯具的数量的计算公式得： 布料印染生产区灯具数量为32盏；原料区灯具数量为62盏；综合办公区灯具数量为2×10盏（双管）；化验室区域灯具数量为2×6盏（双管）。 4.校验功率密度（LPD）

布料印染区：LPD=32×150/25×14=13.7w/㎡，计算结果小于国家规定的功率密度上限15 w/㎡。

原料区：LPD=62×150/42×18+14×14=9.77 w/㎡，结果符合要求。 综合办公区：LPD=20×36/10.5×6=10.42 w/㎡，计算结果小于国家规定的功率密度上限11 w/㎡。

化验室区：LPD=12×36/7×5=12.34 w/㎡，符合国家标准。 结论：各区域所选灯具是合适的。 5.灯具的布置

通常情况下，工厂照明灯具是按矩形排列的。灯具之间的最大距离是由灯具的距高比确定的。以综合办公区为例：灯具间的最大距离 L=1.25×3.5=4.375m，实际确定的距离为3m，符合要求。各灯具距离墙的距离为0.2~0.3

Eav=N×Φ×U×K0/A （4-1）

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倍的实际距离。 6.导线型号的选择

从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要减少导体的电流阻抗则使用铜比铝好。BV型塑料绝缘导线：其绝缘性能好，价格比较便宜。导线横截面积的选择（以布料印染区为例）：由于布线的对称分布,选取其中一条计算电流I=150×8/220=5.45A。查电气设备手册：2.5平方毫米铜电源线的安全载流量28A。再考虑维护系数后，安全载流量25A左右，完全能保障用电容量。根据印染生产的特点，导线的敷设方式要考虑防潮，实际设计中采用沿天棚暗设在墙内的形式。由此可确定导线的型号及敷设方式：BV-2×2.5-PVC16-CC.WC。 7.负荷的计算

对于使用电感镇流器的荧光灯，要考虑镇流器的功率损耗：Ps=1.2Pjs；对于使用电感镇流器的高压汞灯、钠灯、金属卤化物灯，也要考虑镇流器的损耗： Ps=1.1Pjs。以综合办公区为例介绍负荷的计算方法：查电气常用数据手册知T8荧光灯的功率因数为0.9，需要系数为0.8。灯具的额定容量Ps为10.636KW，该回路的计算功率Pjs为额定容量Ps除以功率损耗值1.2，可得Pjs为8.88KW。Pe=Pjs/0.8=11.1KW。依照此计算方法分别求的：布料印染生产区Pe=7.2KW，试验区Pe=9.19KW，总配电箱处Pe=37.39KW。

负荷计算完后应尽量将各单相负荷逐相均匀分配，以减少负荷的不平衡。 8.电缆型号的选择

YJV型交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆，不吸水的特性，适用用于潮湿、积水或水中附设。重量较轻，弯曲性能好，具有内铠装结构，使铠装不易腐蚀。总配电箱处的计算电流为90.9A，查电气设备手册：有钢铠护套的四芯电缆截面面积为35平方毫米时，允许载流量为105A，略大于90.9A。故选择其截面面积为35平方毫米。实际敷设方式选择暗敷，其型号定为：YJV22-4×35-RC100-DB。VV型聚氯乙烯绝缘电力电缆的选择方法与YJV型相同。参照相应的计算电流，查表后均能确定其横截面积并定型号。考虑到中性点接地和设备等电位连接，采用三相五线制。型号定为：VV-5×10-PVC63-CC.WC.MR。 9.断路器型号的选择

断路器选择原则：断路器的额定电流In大于或等于线路的额定电流；断路器的额定短路分断能力大于或等于线路的预期短路电流。计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。

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10.照明配电系统

本照明工程系统使用经桥架敷设至强电井的电缆，采用放射方式供电。照明系统将印染工厂分为四个区域，布料印染区、综合办公区、试验区分别设一配电箱，其引线由三根VV-5×10电缆引自总配电箱。 11.避雷接地设计

该布料印染厂房属第三类防雷等级的建筑物，为防止直接雷在建筑物最易受雷击的部位装设避雷带，本设计的避雷采用钢屋面作接闪器，钢结构立柱作引下线，引下线与接地公用接地体焊接。在厂房的四角设置距地0.5m处设置测试卡子，用其定期检测避雷接地是否良好。

防雷、接地公用接地体，接地体在距建筑物2m外埋设成环形接地体深度1m，作为总等电位连接带使用。接地体由直径为8平方毫米圆钢和40mm*4mm镀锌扁钢组成，其中圆钢与圆钢之间的距离为5m。 12.浪涌保护器（SPD）的选择

为了保护负载免受大气过电压的危害，必须考虑以下参数： （1）被保护设备的冲击耐受电压Uchoc （2）接地系统类型和电网的最高运行电压Us.max 电涌保护器的电压保护水平UP应为：

Us.max（电网）＜UP（电涌保护器）＜Uchoc（负载）

总进线处SPD选择，主要依据经验值50kv为标尺。实际型号确定MS445。

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