电气防雷接地技术在大型工程中的应用

1，2，1，1，1

(1.昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500；

2.玉溪师范学院信息技术工程学院，云南 玉溪 653100)

Electrical Grounding Technology for Lightning Protection in Engineering Application

NIU Honghui1，ZHANG Kuangwei2，CHEN Si1，XU Hong1，CHEN Yan1

(1.Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,

China；2.School of Information Technology and Engineering, Yuxi Normal University, Yuxi 653100, China)

电气防雷接地技术在大型工程中的应用

牛宏辉1，张矿伟2，陈思1，徐宏1，陈焰1

(1.昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500；

2.玉溪师范学院信息技术工程学院，云南 玉溪 653100)

ElectricalGroundingTechnologyforLightningProtectioninEngineeringApplication

NIUHonghui1，ZHANG Kuangwei2，CHEN Si1，XU Hong1，CHEN Yan1

(1.FacultyofInformationEngineeringandAutomation,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,

China；2.SchoolofInformationTechnologyandEngineering,YuxiNormalUniversity,Yuxi653100,China)

摘要：受土质等条件影响，防雷接地电阻常偏高，不利于散流；角钢接地极，易被腐蚀，接地电阻随时间变化大。在某钢厂防雷技术中，使用降阻剂；采用新型铜包钢及合理的接地方式等措施。系统使用结果表明，使用降阻剂改良土壤，接地电阻控制在3.6 Ω左右；用铜包钢接地极，1年后其阻值变化0.1 Ω，接地电阻几乎没有变化，性能稳定。

关键词：防雷接地；电阻；接地；引下线；降阻剂

中图分类号：TM862

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)10-0051-03

收稿日期：2015-06-24

基金项目：云南省应用基础研究项目(KKSA200916029)；云南省大创项目“自控专业自主设计试验及控制系统平台搭建”

Abstract:Affected by the soil and so on, lightning protection and grounding resistance is high, does not favor the loose stream； angle steel grounding electrode is easy to be corroded, and grounding resistance varias high with the time.The author in a steel mill in lightning protection technology, using resistance reducing agent； using a new type of copper clad steel and reasonable grounding means.The results using in the system showed that: the use of resistance reducing agent in soil improvement, grounding resistance control in 3.6 Ω； with copper clad steel grounding electrode, a year after its resistance change 0.1Ω, and grounding resistance with almost no change, so the performance is stable.

作者简介：牛宏辉(1995-)，男，山西吕梁人，硕士研究生，研究方向为工业控制与应用；张矿伟(1989-)，男，河南周口人，硕士研究生，研究方向为复杂的工业控制。

Keywords:lightningproofgrounding；resistance；grounding；leadline；resistancereducingagent.

0引言

雷电灾害已成为三大气象灾害之一。传统防雷接地技术利用角钢作为接地极，角钢极易被腐蚀，接地电阻值稳定性差；另外，受现场环境及土壤条件等限制，接地电阻值偏高，导致接地电阻值不符合安全标准。利用新型铜包钢取代传统角钢，使用降阻剂改良土质条件，采用合理的接地连接方式等，对某钢铁公司厂区设备进行防雷技术改造，达到了更好的防雷接地的效果，延长了接地极使用寿命，有效保护了设备安全。

1防雷接地的工作原理

防雷系统主要由接闪器(避雷针、避雷带、避雷线和避雷网)、引下线和接地体，如图1所示。当雷电来时，接闪器引导雷电流通过引下线迅速流过接地装置并散流于大地，有效保护设备免遭雷击。

图1　简要防雷接地

防雷接地的原理是，给被保护体并联一个小电阻，当雷击发生时，流过被保护体的过电流减小，使之承受的电压随之减小，从而保护人员和设备安全。影响防雷接地技术指标的主要因素是接地电阻、接地体以及接地方式。

1.1　降低接地电阻的措施

实际应用中，受现场环境及土壤条件等限制，接地电阻通常偏高。当有雷电来袭时，人体及设备承受过高的电流及电压值，就会造成人身及设备损伤。为了降低接地电阻，可以采用以下几种方法：①更换土壤，采用电阻率较低的土壤(粘土、砂质粘土等)；②人工处理土壤，在接地体周围土壤中加入化学物，提高接地体周围土壤的导电性；③深埋接地极，当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，采取深埋接地极来降低接地电阻值；④利用接地电阻降阻剂；⑤采取伸长水平接地体；⑥采取污水引入；⑦采取深井接地等。

1.2　防雷接地方式及接地体的选择

防雷接地方式包括共有独立接地、共用接地、一点接地、多点接地、混合接地和环形接地等，其中共用接地方式应用最广泛。共用接地方式是把防雷接地与其他接地如电气接地、直流交流接地连接在一个接地装置上。共用接地又有单点接地和多点接地两种方式。共用接地的方式可以均衡建筑物内各部分的电压，减小跨步电压，减小接地电阻值，避免出现电位差引发电气危险和设备损坏等事故。

接地体作为接地装置中重要的部分，选择时须合理。传统的接地技术采用角钢作为接地极，角钢易被腐蚀，寿命短，随时间推移接地电阻增大。新型接地技术采用铜包钢接地极，抗腐蚀，寿命长，接地电阻随时间变化小。

2应用

某钢铁公司所在地区全年平均发生雷电次数30余万次，七八月份为雷电发生高峰期，占全年雷电发生次数的75%以上。该公司厂区电气设备及线路大多数是露天分布，且比较分散，极容易遭雷击。作者采取降低接地电阻、合理选择接地方式及接地装置等措施，对该公司水循环处理系统、除尘系统、3号LF精炼炉等进行防雷技术改造。

2.1　水循环处理系统防雷接地

循环水处理系统主要由2个水泵房和1个电气室组成。电气室里包含有12个PLC柜、2个进线柜和2个出线柜。水泵房的防雷接地如图2所示。

图2　水泵房防雷接地

按照电气设备的防雷接地标准要求，电气设备接地用角钢焊接基础接地。施工中用铜包钢接地极代替角钢，采用防雷接地与低压供电系统共用接地装置的接地方式。

2.2　除尘系统防雷接地

除尘系统主要包括1个电气室和2个烟囱。建筑属于第2类防雷建筑物，采用总等电位联结。要求接地体的接地电阻不大于1Ω，采用防雷接地与各类电气接地共用同一接地装置的接地方式。

2.3　3号LF精炼炉改造项目

3号LF精炼炉改造项目包括1个液压站室、1个高压电气室和低压电气室(包括14台电气柜)。3号LF炉本体接地系统如图3所示。

图3　3号LF炉本体接地系统

3号LF精炼炉改造项目是在铸钢车间里进行的，按国家防雷接地规范，铸钢车间属第3类防雷建筑物。利用铸钢车间的屋面彩板作接闪器，利用钢柱或柱内钢筋作引下线，引下线的平均间距不大于25m，利用基础梁铜包钢作为防雷接地装置，并利用规格40×4的扁钢围绕建筑物的四周连通，构成环形接地体，即防雷接地与低压供电系统的接地方式，接地电阻小于4Ω。因土质条件差，普通埋设接地，接地电阻难达要求，在接地极周围敷设降阻剂以降低接地电阻。

3分析测试

用手摇式地阻表，采用三点式电压法，测量接地电阻，如图4所示。

图4　手摇地阻表测量接地电阻

X为被测地线接地桩，Y与Z为2根辅助测试桩，三者之间的夹角α在150°～180°范围内。X与Y的距离为20m左右，X与Z的距离为40m左右。测量电流和电压，计算出被测接地桩的地阻。3号LF炉改造项目，多次测量接地电阻如表1所示。

表1改造前后接地电阻对比

Ω

当接地体埋入的深度L远大于接地体的直径d时，垂直接地体接地电阻为：

(1)

ρ为土壤电阻率，当L，d一定的条件下，接地电阻值R与土壤电阻率ρ成正比。使用降阻剂的机理就是通过其扩散和渗透作用降低土壤电阻率ρ。由表2可知，未使用降阻剂改造前，各次测量值远远大于4 Ω，测量平均值达11.8 Ω。使用降阻剂改造后，各次测量均小于4 Ω，测量平均值3.6 Ω，且改造前后接地电阻平均值相差9.2 Ω，满足要求，说明降阻剂有效降低了接地电阻值。

在该改造项目应用新型铜包钢接地极，改造前后接地电阻测试值如表2所示。

角钢接地极，随时间推移接地电阻升高了，超出了接地电阻规范要求，且变化明显；用铜包钢接地极1年后其阻值变化0.1 Ω，接地电阻几乎没有变化，铜包钢接地极性能稳定。

表2　接地极变化前后接地电阻测试对比　Ω

4结束语

防雷接地是一项系统的工程，在电气施工的过程中，必须遵守相关规范，结合现场情况，采用合理的防雷接地技术。在某钢厂改造项目中采取合理的接地方式；敷设降阻剂等措施，有效降低了接地电阻，达到了规范要求；使用具有抗腐蚀性的铜包钢接地极，接地电阻随着时间变化小，延长了使用寿命，极大地降低了维护成本。

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