浅谈不规范防雷接地存在的危害及其改进方法

阮卫锋 陈玲龙

摘  要：接地是防雷技术中最重要的环节之一，是泄放雷电流的最有效手段，不规范的布设，雷击时将导至跨步、接触电压及雷电闪络、反击等雷灾，规范布设对保护设备和操作人员的安全具有重要意义。

关键词：接地;泄放雷电流;雷灾;规范布设

中图分类号：TM862                                       文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.045

一、不规范接地带来的危害

1.  不规范接地典型例子

大禹陵，位于绍兴市区东南6公里的会稽山麓。 会稽山是上古九大名山之首，山水秀丽，有“千岩竞秀，万壑争流，草木蒙笼其上，若云兴霞蔚”之美名。其北麓的大禹陵，则是远古治水英雄、夏朝开国圣君大禹的葬地。千百年来人民崇敬其治水精神与功绩，祭祀千年不断。山上大禹塑像高21米，重118吨，建成于2001年，是大禹治水时亲躬劳作的形象，手持木耜，容脚踏巨舟，气势雄伟，屹立在石帆山顶。

2.  实地检测情况

（1）接地体往铜像基座的东北（1根）、北（2根）、西面（4根）、西南（2根）方向有土质的地分别用镀锌扁铁引出（≥4×40mm）、再与作为接地桩的5×50mm镀锌角钢焊牢（三面焊接，焊接长度10～15cm），一般要求角钢长度为2.5m，挖0.5～1m深土坑，然后再打入地中。由于山顶条件限制，只能是能打多深打多深。再将各个接地桩用≥4×40mm的扁铁焊接连通形成环形接地体。接地桩和环形接地体距行道不应小于3m、当小于3m时应深埋不小于1m。

（2）从铜像基础引出的扁铁应与铜像基础中的钢筋焊接连通，焊接长度为圆钢筋的6倍以上（双面焊接）。

（3）从头部、手部（顶部突出部份）用ф16mm圆钢连接后再引入基础部份，并与基础钢筋焊牢。

（4）整个铜像内部钢架之间连接时过渡电阻应<0.2Ω。钢架与基础钢筋之间也应焊接连通。

（5）外部铜皮与钢架、基础钢筋之间应焊接連通。铜皮之间若搭接时搭接长度应>100mm。据介绍外部铜皮厚度为2mm，存在被雷电击中后，被打穿若干个小洞的可能性。但由于内部是空的，没有什么易燃、易爆物品，故也不会有什么后果。但若业主要求较高，不允许产生以上情况，则铜皮厚度应增至4mm以上才行。

3. 雷击原因分析

（1）雷击点跨步电压危害

图1所示，当雷电流I通过接闪器、引下线、接地体入地时，由于接地体周围存在电阻R，根据欧姆定律可知接地装置电位为UE=IR，电位分布情况如图2，假若幅值为10KV的雷电流通过100 Ω的垂直接地体入地时，则有：UE=IR=1000KV从图2中可查得0.8m处的电位U=0.4UE=400KV，由此人的跨步电压：UK=UE-U=600KV。如此高的跨步电压对人来说是致命的，可见当雷电流幅值I确定后UK与R成正比。

（2）雷电的接触电压危害

由于引下线本身和接地体都存在着感抗L和电阻R，则雷电流如通过图1装置时在A处就会产生：U=IR+L0LAdi/dt 的闪电电涌（L0为引下线AB段电感，LA为AB长度，di/dt为雷电流陡度） 如果该接地布设不规范，则产生的接触电压U将会很高，会危及人畜安全。

（3）雷电的闪络、反击危害

在导引体上生产的IR+L0Ldi/dt的雷电涌对物体有闪络和反击作用，从式中可以看出雷电涌周围有雷电瞬时值的电阻电压降和雷电流变化引起的电感电压降两部分组成。其空气击穿强度一般前者为500～600KV/m，而后者约为前者的两倍。为此如果雷电流导引体与邻近的金属水管、线路、设备等的绝缘距离达不到安全要求时，会发生雷电闪络危害。同理防雷地与其他地的间距达不到安全距离时，流入土壤中的雷电涌将会产生高压反击危害，这对现代建筑物尤为重要。

二、措施

1. 降低接地电阻法

从雷电在土壤中产生的雷电涌U=IR可以看出降低接地电阻可以减少雷电危害，对建筑物防雷地应尽可能利用建筑物的钢筋基础，对人工接地体除考虑接地体电极的规格布局形式外，应尽可能选在潮湿、土壤电阻率较小的地域，当受到地域限制时，可通过改良土壤法来降低电阻。

2. 远离、深埋接地体法

由图2对某三类防雷建筑物首次雷击雷电流在接地体附近地面上的电压分布情况进行分析、计算，结果表明，当远离接地体3m处时的跨步电压已趋于安全值范围内，当接地体的垂直、水平电极埋地深1m以上时，其最大跨步电压也可以限制在安全范围以内。为此，按照国家标准，我们对石帆山顶上大禹铜像的防雷接地体进行了整改，由图3所示，并用计算公式对其接地电阻进行了计算，求得R为9.6Ω，实测R为8.9Ω，另外在220V供电线上合理安装电涌保护器（SPD），并把SPD的接地端与建筑基础防雷地、设备保护地、交流工作地进行等电位连接，实行共用接地。整改后，迄今没有发生过类似的雷灾事故。

3. 共用接地和等电位连接法

共用接地系统就是将防雷系统的接地装置、建筑物金属构件、低压配电保护线（PE）、等电位连接端子板或连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地、功能性接地等连接在一起构成共用的接地系统。

等电位连接就是直接用连接导体或通过浪涌保护器将分离的金属部件、外来导电物、电力线路、通信线路及其他电缆连接起来以减小雷电流在它们之间产生电位差的措施。

4.其他措施

（1）对人易接触到的防雷引下线、接地体可以覆盖绝缘物进行隔离。

（2）对信息系统可以采用“一点”和“多点”接地法来防止低、高频干扰信号。

参考文献：

[1] 虞昊，臧庚媛，赵大铜.现代防雷技术基础.气象出版社，1995.

[2] 张小青.建筑防雷与接地技术.中国电力出版社，2003.

[3]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010.

[4]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012.

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