高土壤电阻率冶炼厂的防雷接地设计和施工

林荣权

（龙岩市福源电力设备有限公司，福建 龙岩 364000）

防雷接地是设备安全和人员安全的重要保证，如果接地系统在生产过程中出现了问题势必将会对整个生产系统造成重大影响。特别是建设在高土壤电阻率的冶炼厂，当设备被雷击时防雷装置不能及时泄流，势必会对整个冶炼厂运行带来极大的安全隐患。所以在这样高土壤电阻率区域建厂必须采用有效的措施把接地电阻值降低到设计要求之内，确保整个冶炼厂的各个生产环节可靠安全运行。

1 防雷和接地的作用

防雷接地是通过接地装置把电流引入大地，通过大地把电流散流到大地四周。散流到大地遇到的电阻与接地装置本身的阻值之和称为接地电阻。但是接地装置本身的阻值很小，可以忽略不计。当雷击时接地电阻越小，当雷击时流过人体的电流就越小，人员就更安全。当接地电阻值大时得流过人体的电流就变大从而危害到生产人员的人身安全。同样雷击会造成的电位差会造成相邻导体产生电火花，电涌会造成电源及信号线路发生击穿现象，造成线路短路。并侵入用电设备造成用电设备损坏。尤其是对低压电气系统和电子信息系统危害更大。对于冶炼厂的DCS、PLC系统、电力控制系统以及220kV和120kV高压线路都会造成不稳定，从而影响到人身和设备安全。

2 高土壤电阻效率区域的接地电阻设计和施工

2.1 换土回填，利用设备基桩增设人工接地极

粗碎车间原防雷接地设计，是利用粗碎车间的基础内钢筋作为接地极，以混凝土杆作为自然接地。粗碎车间基础出地面后，实测4处接地电阻值都达不到设计要求。因为紧贴着山坡周边测得的土壤电阻率，分别为2800Ω·m、3300Ω·m、3650Ω·m、3800Ω·m。因区域性无法做放射形接地极来降低接地电阻值。根据车间设备分布采用以下措施：（1）在对建筑基础回填时选用优质含金属成份量大、土壤电阻率低的蚂蚁包土，先对蚂蚁土包进行搅碎，去除土壤中的小石块等，控制适当的水分保证回填土壤的质量，分层30CM用机械夯实，夯实密实度需达到90%以上再经行下一层回填。这样才能使接地体与土壤紧密接触，从而能达到减少土壤电阻系数的效果。（2）利用粗碎车间外24个拉紧装置的深坑基础桩，作为外增设的人工接地装置。每个基础桩深达15米利用其内的每钢筋焊做成钢筋接地网，其焊接倍数为钢筋直径的6倍。再用40*40*4的镀锌扁钢从底部连接，焊接时其焊接长度是扁钢宽度的2倍，且不少于3面焊接。在对钢筋和扁钢连接时应在需要焊接的两侧焊接外，还需用扁钢做成的钢带对其焊接。

2.2 深井人工接地极接地降低接地电阻。

深井接地极是指首先通过深井钻孔，然后将设计深度等长的垂直接地极置入孔中，采用低电阻率材料填充空隙，最后达到高效降低接地电阻值的一种垂直接地体。根据生产指挥中心建筑特点，在建筑物周边分别打上4口80～90m左右的深井。每口深井深度标准为出水后再打深10m，接地极选用耐腐的不锈钢管，口径为80mm×8mm，方便于在管内和井壁灌入自制的降阻材料。管与管的连接用倒角焊接，再用40×4mm的不锈钢扁钢，环钢管按管径倍数焊接，保证形成一个整体。在钢管的底部1～2m处，钻上不少20个直径为5mm的小孔。回填材料用黑木炭压成粉与处理好后蚂蚁包土，按1：2的比例混合搅拌均匀，从管内和井壁灌入分层夯实，根据完成后的深井电阻值分别为15.3Ω、12.1Ω、15.6Ω、10.9Ω。把它们4口接地深井并联后，再与地面的水平接地网并联后电阻值达到设计要求之下。

2.3 使用降阻材料降低接地电阻

生产指挥中心的中心控制室是冶炼厂生产的指挥中枢，担负着全厂生产调度的重要任务，里面安装了有线、无线通信设备、DCS、PLC系统、视频监控等控制系统，人员也较为集中。如果电阻值达不到设计要求，遭受雷击时就会造成设备损坏，系统瘫痪使生产无法顺利进行，现场的控制设备也不能按正常的工艺要求运行，也对人身安全带来极不安全的隐患。所以对防雷接地提出更高的要求，利用室外土质较好的位置，在排水沟施工时先对水沟超挖2.5m，沟底夯实后再用处理好后的蚂蚁包土夯实后用木模，每间隔5m处隔出直径200～250mm深不少于2m的圆孔。用一根长于圆孔深度大约20～30cm直径不小于15mm的铜棒固定在圆孔中间，然后用搅拌好的降阻材料倒入圆孔，待降阻材料硬化后用蚂蚁包土分层夯实。其他的接地极也按这样方法完成。在这条防雷带的头部、中部、尾部用40×40×4mm的镀锌角钢，制作不小于4个平方的支架，支架下面焊接5根直径不小于35mm，长度不小于1m，壁厚不小于3.5mm的镀锌钢管。在镀锌钢管钻上20个以上，不小于5mm的小孔，并竖直的焊接在支架下方。5根管脚按降阻材料相同的施工方法施工。在各个接地极之间，使用直径不小于50mm铜线用放热焊接的方式连接。放热焊时应保证接头光滑，被连接导体完全在接头之内，接头与被连接导体完全熔合且没有贯穿孔，确保和个连接有良好的电气连接。再用处理后的蚂蚁包土夯实回填。实测电阻值在设计要求范围之内。

2.4 增设人工接地极扩充接地网的面积

电积车间位于整个生产线土质最好的区域，在电积车间的4个方向点测得土壤电阻率在1500～2000Ω·m，但电积车间属于防雷一类建筑。对防雷的接地阻值要求比较高。

接地装置与土壤的接触越紧密散流电阻越小，根据电阻公式R=PL/S可知，扩大接地装置与土壤的接地面积同样可以降低电阻值，在500Ω·m＜P≥2000Ω·m采用水平敷设接地装置［3］，扩大接地体与土壤接地面积。在施工中距离车间建筑外3m，先用机械设备挖出深1m的沟，再用机械就地夯实后每间隔5m垂直打下一根50×50×5mm而且长度不少2.5m的镀锌角。每隔2个垂直接地极，更换使用50×5mm而且长度不少2.5m的镀锌钢管，并且在钢管底部钻上不少20个5mm小孔，垂直打入土壤中。

3 结 语

随着“一带一路”的推进，有更多中资企业走出，在土壤高电阻率的区域建冶炼厂这一因素制约了冶炼厂防雷泄流能力。根据不同的防雷要求，通过采取不同有效的方法，来改善冶炼厂的防雷能力，让人身安全更有保证。让冶炼厂的设备运行更安全。