电气系统的接地与防雷技术

牛占斌

摘要：为了完全消除雷电所造成的毁坏性电位差，要严格实行等电位连接，信号线、电源线、金属管道等各种金属设备都应由电涌保护器或运用导线直接进行等电位连接，并且各个内层的保护区界面也都要做等电位连接，局部等电位连接棒互相连接并与主等电位棒相连。本文首先对接地系统的分类、作用和设计都做了全面的论述，然后分析了现代防雷系统装置。

关键词：电气系统;接地设计;防雷设计;事故防护

前  言

随着科技的不断进步，现代智能建筑对电气设计提出了更高的要求，其中防雷接地系统的设计尤为重要。现在建筑中一旦发生雷电事故就极为严重，所以要多加防范，严格要求，保证建筑以及其内部设备和人员的安全。电力系统的使用安全关系到建筑的正常使用，加强电气系统的防雷接地的研究有着非常重要的现实意义。

一、建筑接地系统的种类和作用分析

1.防雷接地

防雷接地对于建筑是较为重要的接地系统。当建筑遭到雷击时可以有效地把电流导入大地，保护建筑物及其内部物件和人员的安全。在雷击的瞬间雷电流是极为大的，可以达到几十到几百千安培，以致瞬时的感应电压可以达到几十到几百千伏，建筑物内的电子设备受到雷电反击以及感应过电压的严重威胁。所以防雷接地系统的另一个重要作用是使建筑物内的设备具有等电位、均压和多层屏蔽的安全防雷结构。

2.工作接地

工作接地主要是针对建筑内部的各种电器设备，使其正常工作需要的接地系统，一般分为直流和交流工作接地。民用建筑的交流工作接地为交流配电系统中的电源变压器中性点或者把建筑物引入的交流电源中性线直接接地，保证建筑内电器具有220V/380V正常使用的稳定工作电压。直流工作接地的目的是让建筑内部的电子设备信号放大，使信号传输和在各个电路的信息传递过程有一个平稳的基准电位，保证建筑内电力系统可以安全稳定正常的工作。

3.保护接地

保护接地主要针对建筑内的人员安全，避免遭到间接的接触电击及在出现接地故障的状况下免遭由于金属壳体之间存在的电位差造成的打火而引发的火灾。在配电回路中出现接地故障时会产生非常大的接地故障电流，导致配电回路保护开关快速动作，及时切断故障回路的电源起到保护作用。对于不可以快速切断故障回路电源的地方，保护接地使用等电位措施来保护人员的安全。

二、建筑防雷接地、工作接地、保护接地系统的设计问题分析

1.防雷接地系统的设计

防雷接地在建筑接地系统设计中是极为重要的，一般把建筑物的防雷保护分为三级：一类、二类和三类，民用建筑大多采用二类防雷保护进行设计，对于建筑内存在爆炸危险环境的建筑采用一类防雷保护设计。建筑的防雷接地系统一般是由引下线、接闪器、均压环以及接地体等装置组成。其中接闪器可以使用避雷带、避雷针或者针带组合接闪器。其中避雷带要沿房角、房脊、房檐等溶液受到雷击的地方敷设。建筑表面外露的金属构件和管道要与避雷带相连接。建筑上的接闪器要同下线焊接相连通。对于高层建筑物的引下线要尽量利用钢筋混凝柱的钢筋作为引下线。

2.工作接地系统的设计

一是交流工作接地。建筑内的交流工作接地通常指交流配电系统中性点的接地。当建筑供电是由附近地区变电所提供时，那么工作接地就已经在区域的变电所内完成了，当把配电线路从区域变电所引进建筑前，中性线即PEN线要重复接地。对于建筑设置有独立变电所的情况，就可以在变电所内完成交流接地。就是把变压器的中性线和中性点共同直接接地。在變电所内若有发电机组的情况也要把发电机的中性点接地。二是直流工作接地。一般在通信机房、计算机机房、监控中心、消防控制室、广播音响机房、电梯机房、BA机房以及其它使用电子设备集中的场所都需要设置直流工作接地，其接地电阻值一般不大于4Ω，有特殊要求的除外。

3.保护接地系统的设计

一是保护接地系统方式。保护接地系统的方式选择是通过配电系统的保护线（PE）和中性线（N）之间的配置分TN-C，TN-CS，TN-S，TT，IT五种情况。其中TN-S系统就是三相五线制系统，这个系统被高层建筑、特别是智能建筑普遍采用。此系统的保护线PE和中性线N只在电源变压器的中性点外一处共同接地，在其他地方两线严格分开没有任何电气连接。对于建筑内有变压器的建筑也常采用此接地保护系统。

三、电力系统接地和防雷故障及防护问题分析

1.接地故障及防护

主要是相线同电气装置的外露部分和地面间的短路问题，导致外露导电部分带有故障电压，这个电压对接地金属打火及建立电弧，引起一处或者多处起火，如：某商场现场工地在做停电安全全面检查时，工作人员不小心把一个砂轮切割机的保护地线移走，导致裸露的线头正好碰到金属埋件，打出的火花引燃了套丝机所漏出的油，造成了一场火灾。停电了，怎么还能打火呢？经过有关人员分析：因工地的线路混乱，电压系统的外部电源是沿着保护地线引入的。所以配电室以及总配电箱应重复接地之外，在配电线路的中间及末端处保护地线也要做重复接地。要求工地的临电设多点保护，并合理选择漏电保护的类型。

2.防雷故障及防护

过去的雷害问题是以直击雷的形式对地面上的人和物进行击毁，现在已发展为通过金属导体传播的雷电波对建筑、事物、人员造成伤害。防雷方法也发生了很大的变化，由原来简单的避雷针和避雷带防护转为现在的ADBSGP方法。现在雷电波的侵入指感应雷或直击雷通过通信电缆、无线电天线、输电线等金属引到建筑物内发生闪击造成的雷击事故。这种情况的事故发生率较高，且情况都较为严重。现代的防雷装置—电涌保护器，是通过抑制旁路浪涌电流和瞬间过电压来保护设备安全的装置。它可以在极短的时间内把保护线路转入等电位的系统中，让设备各个端口电压达到等电位，并把因雷击产生的脉冲能量通进大地，使设备各个端口电位差降低，这样电路上的设备便得到了保护。电涌保护器应用的方面可分为信息系统电涌保护器、电源系统电涌保护器、绝缘火化隙以及等电位连接。由电涌保护器的放电流通量分类可分为过压保护器、避雷器、复合型SPD。针对设备或系统，在各个进出线缆上必须安装一定的电涌保护器，当线缆上遭直接雷击或者感应到过电压，通过电涌保护器的作用，系统设备的各个端口电压可以大体上达到相等水平也就是等电位，这样设备系统就可以尽量免遭破坏。

四、结束语

保护电气设备的安全，不要受到雷电以及浪涌电压的影响成为电气接地系统设计的一个重要课题。电力系统的使用安全关系到建筑的正常使用，以及使用的安全性和可靠性，对于建筑内的设备和人员安全也是一个保证。为了更好地设计接地系统，就要清楚建筑中接地系统的分类以及它们之间的关系，这样才可以确保接地系统安全可靠。

参考文献：

[1]刘天相.浅谈建筑电气与设备的安全用电及防护问题.煤矿现代化，2009.

[2]丁文乔.浅谈建筑电气的供配电系统.华章，2010.

[3]王建国.建筑电气接地系统的类别及其发展趋势.科技信息，2009.