淺談不規(guī)范防雷接地存在的危害及其改進(jìn)方法

阮衛(wèi)鋒 陳玲龍

摘? 要：接地是防雷技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)之一，是泄放雷電流的最有效手段，不規(guī)范的布設(shè)，雷擊時(shí)將導(dǎo)至跨步、接觸電壓及雷電閃絡(luò)、反擊等雷災(zāi)，規(guī)范布設(shè)對(duì)保護(hù)設(shè)備和操作人員的安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：接地;泄放雷電流;雷災(zāi);規(guī)范布設(shè)

中圖分類號(hào)：TM862? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.045

一、不規(guī)范接地帶來的危害

1.? 不規(guī)范接地典型例子

大禹陵，位于紹興市區(qū)東南6公里的會(huì)稽山麓。 會(huì)稽山是上古九大名山之首，山水秀麗，有“千巖競(jìng)秀，萬壑爭(zhēng)流，草木蒙籠其上，若云興霞蔚”之美名。其北麓的大禹陵，則是遠(yuǎn)古治水英雄、夏朝開國(guó)圣君大禹的葬地。千百年來人民崇敬其治水精神與功績(jī)，祭祀千年不斷。山上大禹塑像高21米，重118噸，建成于2001年，是大禹治水時(shí)親躬?jiǎng)谧鞯男蜗?，手持木耜，容腳踏巨舟，氣勢(shì)雄偉，屹立在石帆山頂。

2.? 實(shí)地檢測(cè)情況

（1）接地體往銅像基座的東北（1根）、北（2根）、西面（4根）、西南（2根）方向有土質(zhì)的地分別用鍍鋅扁鐵引出（≥4×40mm）、再與作為接地樁的5×50mm鍍鋅角鋼焊牢（三面焊接，焊接長(zhǎng)度10～15cm），一般要求角鋼長(zhǎng)度為2.5m，挖0.5～1m深土坑，然后再打入地中。由于山頂條件限制，只能是能打多深打多深。再將各個(gè)接地樁用≥4×40mm的扁鐵焊接連通形成環(huán)形接地體。接地樁和環(huán)形接地體距行道不應(yīng)小于3m、當(dāng)小于3m時(shí)應(yīng)深埋不小于1m。

（2）從銅像基礎(chǔ)引出的扁鐵應(yīng)與銅像基礎(chǔ)中的鋼筋焊接連通，焊接長(zhǎng)度為圓鋼筋的6倍以上（雙面焊接）。

（3）從頭部、手部（頂部突出部份）用ф16mm圓鋼連接后再引入基礎(chǔ)部份，并與基礎(chǔ)鋼筋焊牢。

（4）整個(gè)銅像內(nèi)部鋼架之間連接時(shí)過渡電阻應(yīng)<0.2Ω。鋼架與基礎(chǔ)鋼筋之間也應(yīng)焊接連通。

（5）外部銅皮與鋼架、基礎(chǔ)鋼筋之間應(yīng)焊接連通。銅皮之間若搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度應(yīng)>100mm。據(jù)介紹外部銅皮厚度為2mm，存在被雷電擊中后，被打穿若干個(gè)小洞的可能性。但由于內(nèi)部是空的，沒有什么易燃、易爆物品，故也不會(huì)有什么后果。但若業(yè)主要求較高，不允許產(chǎn)生以上情況，則銅皮厚度應(yīng)增至4mm以上才行。

3. 雷擊原因分析

（1）雷擊點(diǎn)跨步電壓危害

圖1所示，當(dāng)雷電流I通過接閃器、引下線、接地體入地時(shí)，由于接地體周圍存在電阻R，根據(jù)歐姆定律可知接地裝置電位為UE=IR，電位分布情況如圖2，假若幅值為10KV的雷電流通過100 Ω的垂直接地體入地時(shí)，則有：UE=IR=1000KV從圖2中可查得0.8m處的電位U=0.4UE=400KV，由此人的跨步電壓：UK=UE-U=600KV。如此高的跨步電壓對(duì)人來說是致命的，可見當(dāng)雷電流幅值I確定后UK與R成正比。

（2）雷電的接觸電壓危害

由于引下線本身和接地體都存在著感抗L和電阻R，則雷電流如通過圖1裝置時(shí)在A處就會(huì)產(chǎn)生：U=IR+L0LAdi/dt 的閃電電涌（L0為引下線AB段電感，LA為AB長(zhǎng)度，di/dt為雷電流陡度） 如果該接地布設(shè)不規(guī)范，則產(chǎn)生的接觸電壓U將會(huì)很高，會(huì)危及人畜安全。

（3）雷電的閃絡(luò)、反擊危害

在導(dǎo)引體上生產(chǎn)的IR+L0Ldi/dt的雷電涌對(duì)物體有閃絡(luò)和反擊作用，從式中可以看出雷電涌周圍有雷電瞬時(shí)值的電阻電壓降和雷電流變化引起的電感電壓降兩部分組成。其空氣擊穿強(qiáng)度一般前者為500～600KV/m，而后者約為前者的兩倍。為此如果雷電流導(dǎo)引體與鄰近的金屬水管、線路、設(shè)備等的絕緣距離達(dá)不到安全要求時(shí)，會(huì)發(fā)生雷電閃絡(luò)危害。同理防雷地與其他地的間距達(dá)不到安全距離時(shí)，流入土壤中的雷電涌將會(huì)產(chǎn)生高壓反擊危害，這對(duì)現(xiàn)代建筑物尤為重要。

二、措施

1. 降低接地電阻法

從雷電在土壤中產(chǎn)生的雷電涌U=IR可以看出降低接地電阻可以減少雷電危害，對(duì)建筑物防雷地應(yīng)盡可能利用建筑物的鋼筋基礎(chǔ)，對(duì)人工接地體除考慮接地體電極的規(guī)格布局形式外，應(yīng)盡可能選在潮濕、土壤電阻率較小的地域，當(dāng)受到地域限制時(shí)，可通過改良土壤法來降低電阻。

2. 遠(yuǎn)離、深埋接地體法

由圖2對(duì)某三類防雷建筑物首次雷擊雷電流在接地體附近地面上的電壓分布情況進(jìn)行分析、計(jì)算，結(jié)果表明，當(dāng)遠(yuǎn)離接地體3m處時(shí)的跨步電壓已趨于安全值范圍內(nèi)，當(dāng)接地體的垂直、水平電極埋地深1m以上時(shí)，其最大跨步電壓也可以限制在安全范圍以內(nèi)。為此，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)石帆山頂上大禹銅像的防雷接地體進(jìn)行了整改，由圖3所示，并用計(jì)算公式對(duì)其接地電阻進(jìn)行了計(jì)算，求得R為9.6Ω，實(shí)測(cè)R為8.9Ω，另外在220V供電線上合理安裝電涌保護(hù)器（SPD），并把SPD的接地端與建筑基礎(chǔ)防雷地、設(shè)備保護(hù)地、交流工作地進(jìn)行等電位連接，實(shí)行共用接地。整改后，迄今沒有發(fā)生過類似的雷災(zāi)事故。

3. 共用接地和等電位連接法

共用接地系統(tǒng)就是將防雷系統(tǒng)的接地裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線（PE）、等電位連接端子板或連接帶、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地、功能性接地等連接在一起構(gòu)成共用的接地系統(tǒng)。

等電位連接就是直接用連接導(dǎo)體或通過浪涌保護(hù)器將分離的金屬部件、外來導(dǎo)電物、電力線路、通信線路及其他電纜連接起來以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生電位差的措施。

4.其他措施

（1）對(duì)人易接觸到的防雷引下線、接地體可以覆蓋絕緣物進(jìn)行隔離。

（2）對(duì)信息系統(tǒng)可以采用“一點(diǎn)”和“多點(diǎn)”接地法來防止低、高頻干擾信號(hào)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 虞昊，臧庚媛，趙大銅.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ).氣象出版社，1995.

[2] 張小青.建筑防雷與接地技術(shù).中國(guó)電力出版社，2003.

[3]《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010.

[4]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012.

（紹興防雷安全檢測(cè)有限公司? 浙江紹興? 312000）