桂西农村学校建筑物防雷及电气设备的接地技术

桂西农村学校建筑物防雷及电气设备的接地技术

黄显吞 (百色学院物理与电信工程系，广西 百色 533000)

摘要针对桂西农村学校建筑物及其电气设备特点，研究建筑物的防雷接地和中性点不接地低压系统中电气设备的接地技术，解决长期以来困扰桂西喀斯特地貌农村学校难于防雷电的问题，为全面防护和综合治理雷电灾害提供参考和借鉴。

关键词雷电高发区 学校建筑物 电气设备 接地技术

AbstractAccording to the characteristics of the rural school buildings and the electrical equipments inside in west Guangxi, the grounding and the neutral point grounding of low voltage electrical equipment in the system technology are researched to solve the long-standing plagued with the problem that it’s hard to lightning-proof in the schools in west Guangxi with karst landscape, provide a reference for comprehensive protection and comprehensive control of lightning disasters.

Keywordshigh incidence of the thunder and lightning, school building, electrical equipment, grounding technology

基金项目：广西教育厅科学技术科研基金资助项目：桂西喀斯特石山地区农村中小学校防雷电研究(项目编号：2013YB245)

作者简介

桂西主要是指广西西部百色、河池、崇左三市管辖的行政区域，总面积8.71×106ha，总人口1 022万人。桂西地处滇黔桂三省交汇地带，与东盟国家越南有着近千公里的边界线，海拔落差近2 000m。桂西喀斯特地貌别具特色，大部分地区分布着连绵成片、一望无边的尖锥状、宝剑状、柱状、塔状等形态各异、挺拔峻峭的石灰岩山峰，是一个连续分布的、褶皱平缓和岩石性比较单一的、巨大的可溶性岩体。桂西农村学校大部分都建在喀斯特地貌土壤状况复杂地区,其独特的地形和地貌极易遭受雷电袭击，加上桂西农村学校防雷基础设施落后，雷灾事故频发，其原有的防雷技术及方法已经成为当前防灾减灾工作的薄弱环节。

1雷电高发区及研究意义

桂西属于典型喀斯特地形地貌的雷电高发区，平均每年的雷暴天气约为80天,且夏季天气闷热，沼泽地以及山坡阴面等地水分大量蒸发，加上白天升温迅速，水汽以及能量不断集聚，集中给地面加热，导致上下层空气温差变大，容易形成短时强对流天气。同时，在暖湿气流沿山坡抬升过程中，极易发展成带电积云，多重因素下最终形成雷暴天气。

比如地处桂西的百色地区，东西长320km，南北宽230km，地形为南北高，中间低，地势由西北向东南递减，属于典型的盆地地形。百色市区四面山峰环抱，是个典型的小盆地城市。这样的地形和气候使得百色市每年雷暴次数高于桂东南城市，2012年发生闪电总次数为7.03万次[1]，2013年发生闪电总次数达6.33万次[2]，成为广西壮族自治区近几年来每年最招“雷”的城市。因此，在当前学校安全备受关注的新形势下,探讨如何保障农村学校建筑物及其电气设备的安全显得尤其重要，特别是研究桂西农村学校建筑物防雷及其电气设备的接地技术具有极其重要的现实意义和实用价值。

2学校建筑物的防雷接地

桂西农村学校建筑物大都建在四周地势开阔的较高处，极易遭受雷电袭击。且建筑物防雷涉及人身和设备财产安全，接地方式是一种简单易行且非常有效的防雷措施。根据建筑物(含构筑物)的防雷分类标准，桂西农村学校建筑物应属于第二类需要防雷的建筑物。同时，针对桂西农村学校建筑物的结构及地势，建筑物应装设避雷针或采用避雷针和避雷带混合保护，以防止直击雷；建筑物内(即室内)一切金属设备和管道均应保持良好接地并不得有开口环路等，以防止感应雷；建筑物的架空线路应装设低压避雷器，以防止高电位沿架空线路侵入建筑物内。建筑物防雷接地系统见图1。

图1　建筑物防雷接地示意图

图1所示的建筑物防雷接地系统中，避雷针与避雷带是为防止直击雷，低压避雷器与绝缘子铁脚接地是为防止高电位侵入[3]。而且，在这里必须将150m内进线段所有电杆上的绝缘子铁脚接地，并将低压避雷器安装在入户墙上，这样当高电位沿架空线路侵入时，由于绝缘子表面发生闪络及避雷器击穿，便降低了架空线路上的高电位[4]，起到限制高电位侵入的作用。

同时，在建筑物的防雷接地系统中，由于感应雷击接地装置的流散电阻(Rd)不应大于10Ω，所以靠近建筑物的第一根电杆上绝缘子铁脚的接地流散电阻不应大于10Ω，其余电阻不应大于20Ω。且在建筑物内，凡是有管道接头、弯头等有可能连接不牢靠的地方，都应用金属线跨接[5]；特别是金属设备、管道、结构等之间若距离小于100mm，也要用金属线跨接，以防止感应雷电位差和降低接地电阻值。

3学校公共建筑和宿舍电气设备的接地技术

随着现代社会的高速发展，电气设备的使用越来越广泛，学校建筑物和学生宿舍内电气设备的应用也日益增多。学校的公共建筑和学生宿舍又具有人员较密集、流动性大等特点，因此电气设备的使用安全问题显得十分重要，特别是作为电气设备安全主要措施的接地工作就更需引起足够重视[6]。针对桂西农村学校电气设备、建筑物及其地形地貌土壤特点，采取以下措施进行接地。

3.1电气设备接地的组成

由于桂西农村中小学校大多处于喀斯特地貌的石山地区，从经济、安全等角度考虑，农村学校电气设备接地的联结和组成如图2所示。

图2　电气设备的接地联结和组成

在图2中，T为接地极，M为电气设备的金属外壳，C为建筑物的金属结构，B为主接地端子板，PE为保护线，MPE为连接多个外露导电部分的导体(即保护干线)，G为接地线，P为建筑物的金属管道、集中采暖管道、空调系统的金属管道以及可利用的金属构件等，LP为等电位连接线，LL为辅助等电位连接线。在这样的接地系统中，等电位连接线在系统正常运行时没有电流通过，只有当系统出现故障时才有故障电流通过。而且电气设备的金属外壳在系统正常时也不带电，故障时可能带电。

3.2电气设备接地的范围

根据接地要求，全封闭组合电器的金属外壳、互感器的二次绕组、电气设备的传动装置、发电机中性点柜外壳以及变压器、电动机、金属照明灯具、固定式电器等金属底座和外壳等外露导电部分都应予以接地，而在非导电场所安装的电气设备、安装在配电屏和电气装置上的电气测量仪表以及安装在干燥场所的交流额定电压50V以下、直流额定电压120V以下的电气设备等外露导电部分可不接地。

3.3电气设备接地电阻的要求

根据接地装置在接地短路电流流过时允许的对地电压来确定保护接地电阻的大小，桂西农村学校的供用电线路系统、计算机系统、数据通信网络子系统以及消防、防盗报警装置系统的电压都在1kV以下[7]，当发生单项接地短路时，一般产生的最大短路电流不超过15A，则15×4=60(V)，在安全电压之内，所以在中性点不接地低压系统中电气设备的接地电阻应限制在4Ω以内。同理，对于1kW以下的小型电气设备、单台容量或并联容量不超过100kVA的发电机和变压器等，其接地装置的电阻也可不大于10Ω。

同时，桂西农村学校地处典型的喀斯特地形地貌地带，对于这种高土壤电阻率地区的低压中性点不接地系统，由于单相接地短路电流一般小于1A，以致接地电阻为30Ω时仍可保证接触电压在安全值以内，但在高压中性点不接地系统中就不能满足安全电压要求。因此，安装在室外公共场所的配电变压器、柱上开关等高压设备的接地电阻较大而又很难降低到规定值要求时，应设置操作和维护电气设备用的绝缘台[8]，并采取将接地装置进行屏护等技术措施。

4结束语

学校建筑物防雷及其电气设备接地装置的设计，是集防雷、建筑、电子及信息等学科于一体的综合性工作。欲使设备得到很好的保护，不但需对其所处的环境、受雷电影响的程度作出客观的分析和判断，而且需将防雷工作作为一项系统工程来考虑，强调全面防护(包括建筑物、传输线路、设备和接地等)、综合治理，做到科学、可靠、实用和经济。同时针对桂西喀斯特地形地貌特点，具体分析各校区的地质结构及地貌特点，寻找最佳接地方式，达到效果最好、最经济和最安全。其中，降低土壤电阻率新方法、接地体如何敷设等将是下一步的研究重点和努力探索的方向。

参考文献

[1]广西壮族自治区防雷中心.《2012年广西雷电监测公报》[R].2013(01).

[2]广西壮族自治区防雷中心.《2013年广西雷电监测公报》[R].2014(03).

[3]刘丙江.实用接地技术[M].中国电力出版社,2012(04).

[4]曾山佰.智能建筑综合雷电防护技术探索与研究[D].南京信息工程大学,2006.

[5]刘星平.高层建筑配电系统及综合防雷的工程设计研究[D].湖南大学,2003.

[6]陆小花.架空配电线路感应雷过电压计算与防护的研究[D].河海大学,2007.

[7]汪大海.大型精密仪器设备接地保护装置的设计与安装[J].实验技术与管理, 2006(06)：89-92.

[8]孙结中,刘力.运用等值复数镜像法求解复合分层土壤结构的格林函数[J].中国电机工程学报,2003(09)：104-107.

黄显吞

硕士,百色学院物理与电信工程系副教授,主要从事物理教学及电工技术应用研究。

Research on Grounding in High Resistance Region

Chen Gang / Pan Bin