防雷接地基礎(chǔ)知識教材

　　引下線說明

　　連接接閃器與接地裝置的金屬導體稱為引下線。

　　雷擊時引下線上有很大的雷電流流過，會對附近接地的設(shè)備、金屬管道、電源線等產(chǎn)生反擊或旁側(cè)閃擊。為了減少和避免這種反擊，現(xiàn)代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下線，經(jīng)過實踐證明這種方法不但可行，而且比專門引下線有更多的優(yōu)點，因為柱鋼筋與木梁、樓板的鋼筋，都是連接在一起的和接地網(wǎng)絡(luò)形成一個整體的"法拉第"籠，均處于等電位狀態(tài)。雷電流會很快被分散掉，可以避免發(fā)擊和旁側(cè)閃擊的現(xiàn)象發(fā)生。

　　關(guān)于引下線，"規(guī)范"作如下規(guī)定：《GB50057-94》引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸不小于下列數(shù)值：

　　圓鋼直徑為 8mm;扁鋼截面為 48mm2;扁鋼厚度為 4mm。

　　裝在煙囪上的引下線其尺寸不小于：圓鋼直徑φ12mm;扁鋼厚度為4mm，截面積為100 mm2。

　　所有引下線要鍍鋅或涂漆，在腐蝕性較強場所，還應(yīng)加大截面積或采取其他防腐措施。

　　引下線的固定支撐點間隔不得大于1.5-2m，引下線的敷設(shè)應(yīng)保持一定的松緊度，不能拉的太緊，以免熱脹冷縮而拉斷。

　　為了減少引下線的電感量，引下線應(yīng)沿最短接地路徑敷設(shè)。對于建筑藝術(shù)要求較高的建筑物，引下線可采用暗敷設(shè)，但截面要加大。 由于建筑物的造型不同，不能做直線引下時，應(yīng)注意彎曲開口處兩點間的直線距離不得等于或小于彎曲部分線段的實際長度的0.1倍，一般彎曲處不用銳角盡量避免用直角。

　　引下線應(yīng)裝在人員不易碰到的隱蔽地點，以防接觸電壓的危害。

　　距地面2M以內(nèi)的引下線，應(yīng)有良好的保護，用瓷管或耐陽光的塑料管套住，避免人或動物觸碰。

　　為便于檢查避雷設(shè)施連接導體的導電情況和接地體的散流電阻，要在每根引下線上做斷接卡子，斷接卡子"規(guī)范"規(guī)定距地面最高為1.8m。暗裝引下線也應(yīng)在相應(yīng)的地方做斷接卡子接線盒。(利用混凝土柱鋼筋做引下線時，不必做斷接卡子，但必須引出測量線端子外露墻面)斷接卡子必須鍍鋅，并保護接觸面嚴密，接觸面不得小于10 mm2卡接母絲直徑必須大于8 mm，卡接母絲上應(yīng)套有彈簧墊圈。

　　接地裝置

　　從避雷的角度講把接閃器通過引下線與大地作良好的電氣連接的裝置稱之為接地裝置。接地裝置的作用是把由接閃器和網(wǎng)絡(luò)屏蔽引來的雷電流因快地放瀉到大地中去，以保護人員、設(shè)備和建筑物的安全。

　　理想的接地裝置(包括從接閃器到地面的引線)是沒有電阻的，假如這樣的裝置存在那么雷擊的時候不論雷電流有多大，接地裝置上任何一點對大地的電壓都為零。這樣的避雷系統(tǒng)對人來講是絕對安全的。但實際上，這樣的接地裝置是不存在的，所以引出很多接地的技術(shù)問題。 跨步電壓及防止措施當雷擊時雷電流從接地裝置向大地逸散，地面各點之間就有電壓存在，當人站在接地裝置的地面上，由于兩只腳所站的地方不同，電位也就不同，在兩只腳之間就有電壓，這兩腳之間的電壓叫做跨步電壓。跨步電壓越大流過人體的電流就越大，對人的生命就越危險。所以設(shè)計接地裝置時要給予重視?？绮诫妷簩Τ嗄_的人尤其危險，因為人的腳直接與地面接觸，接觸良好流過人體的電流就大危險自然就大。在工程上規(guī)定以0.8m作為跨步的距離，為減少跨步電壓，工程上多把建筑物的避雷接地裝置做成圍繞建筑物的一個閉合周圈，這樣在周圈內(nèi)的電位梯度大大下降，跨步電壓就可以降低，如果接地周圈與地下金屬導管連結(jié)或接成金屬圈效果更好。

　　接觸電壓及防止措施

　　當雷電流經(jīng)過引下線和接地裝置時，由于引下線本身和接地裝置都有電阻和電抗，因而會產(chǎn)生電壓降，這種電壓降有時高達幾萬伏，甚至幾拾萬伏，這時有人或牲畜接觸引下線就會發(fā)生觸電事故。我們稱人們因接觸引下線或帶電情況相似的其他金屬物所受到的電壓為接觸電壓。(也就是人的手與腳之間的電壓)除引下線可能發(fā)生接觸電壓外，那些與避雷裝置連通，或雖然不連通而絕緣距離不夠會受到反擊的金屬物體，也會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。如牲畜棚安裝的避雷裝置與牲畜飲水用的自來水管連通或絕緣距離不夠時雷擊都會造成危險。

　　關(guān)于人能承受雷電造成的跨步電壓和接觸電壓是多少伏，允許流過的電流是多少安，至今還沒有得到明確的數(shù)據(jù)，但是經(jīng)大量試驗可肯定，由于雷電的作用時間非常短，且具有脈沖、高頻的特性，人體對高頻、脈沖的電壓和電流耐受能力要比工頻大得多。根據(jù)各國發(fā)生的人身沖擊觸電事故分析，認為相當于雷電流持續(xù)時間的危險電流約為100A，如取人體的沖擊電阻值為300-500W，人腳對地的脈沖接觸電阻為600W，人體能承受的跨步電壓為90-110KV之間。而大牲畜由于四蹄著地，電流易經(jīng)過心臟，所以對雷電流比人更敏感，例如：牛收到96KV的跨步電壓;74KV的接觸電壓，呼吸失常、心臟活動機能損傷、產(chǎn)生不可逆過程，有死亡的危險。

　　為了保證避雷裝置對人和牲畜的安全，應(yīng)使其接地電阻不大于"規(guī)范"規(guī)定的數(shù)值，這樣可在雷電流放電時使接觸電壓減少，而且還能減少對建筑物內(nèi)部或上面的金屬構(gòu)件受反擊的危險。應(yīng)將引下線和接地裝置安裝在人們不易接觸到的地方，為了防止接觸電壓危及人畜，盡可能將引下線覆蓋上絕緣物或把它隔離起來。

　　接地裝置的構(gòu)成

　　接地裝置是由接地線和接地體兩部分構(gòu)成的。

　　接地線：是指從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導體。分：接地干線(也稱母線)和接地分支線

　　接地體：是指埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中作散流用的導體。有人工接地體和自然接地體兩種，有些自然接地體埋入地中或水中，能 夠很好地起到降低接地電阻，均衡電位的作用，且能節(jié)約鋼材，能提高電氣本身運行的可靠性，還有一種是接地網(wǎng)性能較好?，F(xiàn)分析如下：

　　可利用下列接地線與接地體連接：

　　接地網(wǎng)：是把需要接地的各系統(tǒng)，統(tǒng)一接到一個地網(wǎng)上或者把各系統(tǒng)原來的接地網(wǎng)通過地下或者地上用金屬連接起來，使它們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。接地網(wǎng)又分共用接地網(wǎng)和獨立接地網(wǎng)兩類。但最終獨立接地網(wǎng)會被共用接地網(wǎng)所取代。

　　接地線

　　制作接地線，在地下不得用裸鋁導體、蛇皮管(金屬軟管)、管道保溫層的金屬外皮或金屬網(wǎng)以及電纜金屬護層，因為這些材質(zhì)的強度差又易腐蝕，作接地線很不可靠，故不能用作接地線。接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。

　　種類、規(guī)格及單位 地 上 地 下

　　室內(nèi) 室外 交流電回路 直流電回路

　　圓鋼直徑(mm) 6 8 10 12

　　扁鋼 截面(mm)2厚度(mm) 603 1004 1004 1006

　　角鋼厚度(mm)鋼管管壁厚度(mm) 22.5 2.52.5 43.5 64.5

　　接地母線：也稱接地連接線，即從引下線斷線卡或換線處至接地體和連接垂直接地體之間的連接線。

　　接地母線一般使用-40mm×4mm的鍍鋅扁鋼。

　　接地母線之間的連接應(yīng)采用搭接焊接?！兑娊ㄖ姎獍惭b工程實用技術(shù)手冊下冊第七篇建筑防雷及接地裝置安裝》。

　　人工接地體

　　人工接地體分鋼材制品和銅板制品。在鋼材制品中又分垂直安裝接地體和水平安裝接地體兩種。現(xiàn)分類介紹如下：

　　一、 垂直接地體：長度不小于2.5m的L50×50的角鋼、DN50鋼管或φ20的圓鋼，圓鋼、鋼管的端部加工成斜口或鍛造成錐形;角鋼的一端應(yīng)鋸成尖頭形狀，尖點應(yīng)保持在角鋼的角脊線上并使兩斜邊對稱。

　　見圖：

　　接地體的安裝：在接地極溝內(nèi)放在溝的中心線上，垂直打入地下，頂部距地面不小于0.6m，間距不小于兩根接地體長度之和(即不小于5m)，當受地方限制時，可適當減少一些距離，但不小于接地體的本身長度。接地體與地面保持垂直，防止接地體與土壤間產(chǎn)生縫隙，增加接觸電阻影響散流效果。附設(shè)在腐蝕性較強的場所或土壤電阻率大于100Ω.m潮濕土壤中的接地裝置，應(yīng)適當加大截面或熱鍍鋅。

　　二、 水平接地體：水平接地體多用于環(huán)繞建筑物四周的聯(lián)合接地，常用-40mm×4mm鍍鋅扁鋼，最小截面不應(yīng)小于100mm2,厚度不應(yīng)小于4mm。當接地體溝挖好后應(yīng)垂直敷設(shè)在地溝內(nèi)(不應(yīng)平放)，垂直放置時，散流電阻較小。頂部埋設(shè)深度距地面不應(yīng)小于0.6m，水平接地體多根平行附設(shè)時水平間距不小于5m。

　　沿建筑物外面四周附設(shè)成閉合環(huán)狀的水平接地體，可埋設(shè)在建筑物散水及灰土基礎(chǔ)以外的基礎(chǔ)槽邊。不要把水平地體直接埋在建筑物基礎(chǔ)坑的土壤里，因為接地體受土壤的腐蝕早晚會損壞的，被建筑物壓在下邊，日后也無法維修。

　　三、 銅板接地體：

　　銅板接地體一般使用900mm×900mm×1.5mm的銅板，銅板與接地線的連接有四種形式：

　　1. 在接地銅板上打孔，用單股φ1.3-2.5銅線將銅接地線(絞線)綁扎在銅板上，在銅絞線的兩側(cè)用氣焊焊接。

　　2. 在接地銅板上打孔，將銅接地絞線分開拉直、搪錫后分四處用單股φ1.3-2.5銅線綁扎在銅板上，用錫逐根與銅板焊好。

　　3. 在接線端部，銅端子與銅接地板的接觸面處搪錫，用φ5-6的銅鉚釘將端子與銅板鉚緊，在接線端子周圍進行錫焊。銅端子規(guī)格為-30×1.5L=750mm。

　　4. 使用-25×1.5的扁鋼板進行銅焊固定連接。

　　過去討論接地的時候，總是把討論的焦點放在要求接地電阻小于多少歐姆上。長期以來，人們有一個錯覺，認為接地電阻越小避雷效果就越好，被保護的對象就安全。當然電阻越小散流越快，雷擊的高電位保留時間越短，危險性越小，其跨步電壓、接觸電壓產(chǎn)生的機遇也就越小。但是，近十幾年來的實踐證明，與其說接地電阻值重要，不如說接地裝置的結(jié)構(gòu)更合理、重要。 現(xiàn)在的城市，在一座建筑物內(nèi)有許多不同性質(zhì)的電氣設(shè)備，需要多種接地裝置，如避雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計算機系統(tǒng)接地(也叫直流接地，在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中叫邏輯接地)等，這麼多系統(tǒng)的接地到底采用哪重好呢?現(xiàn)一一解釋如下：根據(jù)實踐證明，共用接地是應(yīng)用最為廣泛的接地方式。

　　一、 獨立接地：

　　如上面所談到的需要接地的部分，都分別獨立地建立自己的接地系統(tǒng)，這種接地方式稱為獨立接地。它的好處是各系統(tǒng)之間不會造成互相干擾，這對通信系統(tǒng)尤其重要。但網(wǎng)絡(luò)容易被雷擊壞，故除有防爆炸要求的危險環(huán)境必須要采用獨立的避雷方式外，一般不主張采用獨立接地的方式。這種獨立接地在六、七十年代以前采用比較多，現(xiàn)在多被共用接地所取代。

　　二、 共用接地：

　　也叫統(tǒng)一接地。它是把需要接地的各個系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個接地裝置上，或者把各系統(tǒng)原來的接地裝置通過地下或者地上用金屬導體連接起來，使它們之間成為暢通的電氣接地統(tǒng)一地網(wǎng)，這樣的接地方式為共用接地。共用接地是目前應(yīng)用最廣泛的接地方式。

　　三、 一點接地：

　　把各系統(tǒng)的接地線接到接地母線同一點或同一金屬平面上，這樣的方法叫:一點接地"法。一點接地法能解

　　決各系統(tǒng)接地線的等電位問題，所以能夠降低各系統(tǒng)之間的干擾程度，尤其是50HZ工頻信號對系統(tǒng)的干擾基

　　本上得以消除，所以一點接地法在工程上得到廣泛應(yīng)用。

　　一點接地消除了公共阻抗耦合和低頻接地環(huán)路引起的干擾。能很好地工作于1MHZ及以上的額頻率，當整個系統(tǒng)的尺寸較小時(最大尺寸小于l /20，l為干擾信號的波長)可以應(yīng)用到10MHZ。

　　四、 多點接地：

　　各系統(tǒng)的接地線采用多點短連線的接地方式，稱作多點接地。

　　當信號或電磁干擾的頻率相當高或采用快速邏輯時，電容耦合效應(yīng)將會產(chǎn)生某種干擾耦合，這時引線長度成為主要矛盾，必須采用多點接地使串聯(lián)阻抗減至最小，并將駐波減至最小。多點接地方式應(yīng)用于高頻電路(f>10MHZ)。

　　在二三十年以前，干擾被稱為無線電頻率干擾，因為絕大多數(shù)的噪音和干擾信號出自無線電頻率。現(xiàn)今電子計算機、數(shù)字技術(shù)和邏輯電路不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在的干擾被稱為電磁干擾。電磁干擾包括導電性電磁干擾，其干擾能量通過導線或電纜從一電路傳送到另一電路。減少導電性電磁干擾是通過電路的合理設(shè)計，采用濾波器和電路的合理接地來實現(xiàn)的;輻射性電磁干擾其能量是通過空氣中的電磁場傳送的。在設(shè)計外殼和箱體時，通過選用合理的屏蔽材料，構(gòu)造技術(shù)和設(shè)備布置以及采用合理的接地技術(shù)等等來減少輻射性電磁干擾。其中處理好接地工程是防電磁干擾最重要的技術(shù)措施。 低頻率干擾絕大部分是通過線路互相耦合而來的，即前面所提到的共阻抗耦合。當兩個電路電流流經(jīng)同一個公共阻抗時一個電路上的電流在這個阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路，這就是共阻抗耦合。

　　如果一個公用的接地網(wǎng)在不同的地方分別接上連線。由于共阻抗耦合關(guān)系，各連線之間將有Vg1和Vgz的電壓，各連線的接地點電壓不會一樣。Vg1和Vgz就是干擾電壓，經(jīng)放大后就可能直接影響通信或控制信號。 多點接地的優(yōu)點允許存在許多接地環(huán)路，這時同時使用低頻率的電路是有害的，如有上述情況時，可考慮采用混合接地的方法。

　　五、 混合接地：

　　所謂混合接地是在一部設(shè)備內(nèi)的各電路板以最短的導線與機殼連接，或者信號電路相關(guān)的幾部設(shè)備，以最短的導線與同一個金屬體連接接地，然后多臺設(shè)備分別用金屬線接到地網(wǎng)的同一點上。像這樣的接地方式稱為混合接地。

　　混合接地在工程上最簡單的辦法，是在交流電源送進房屋的總開關(guān)處，把零線重復接地(或把零線接到房屋的結(jié)構(gòu)主鋼筋上)，然后在電源的零線處引出一條PE線連接所有應(yīng)該接地的點。

　　六、 環(huán)形接地多用于地網(wǎng)，就是把接地體沿建筑物周圍圍成一個閉合環(huán)。這樣的接地網(wǎng)可以使到界面以內(nèi)的電場分布比較均勻，減少跨步電壓對人的危害，也減少室內(nèi)在受雷擊時，由于地面電位梯度大而產(chǎn)生對設(shè)備高壓反擊的危險。

　　七、 基礎(chǔ)接地體：

　　利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，按"規(guī)范"要求連接制作的接地體稱為基礎(chǔ)接地體。有的人認為，在基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，被混凝土包住不可能與大地導通起到接地體的作用。事實上干燥的混凝土是很好的絕緣體，而含有水份的混凝土與含水份的土壤接觸時，毛細管將水份吸收到混凝土里使混凝土保持較高的含水量，從而降低了混凝土的電阻率，與大地通若一體。

　　接地電阻

　　接地裝置的接地電阻是包括接地體的對地電阻和接地線電阻的總和。接地電阻的數(shù)值等于接地裝置對地電壓與通過接地體流入地中電流的比值。

　　接地體的對地電阻又稱為流散電阻它的數(shù)值比接地線的電阻大得多，所以接地電阻一般可認為等于流散電阻，大地的流散電阻是非線性電阻。

　　根據(jù)通過接地體流入地中的電流性質(zhì)不同，又可將接地電阻分為工頻接地電阻(流入地中的電流為工頻電流時，求得的接地電阻)與沖擊接地電阻(流入地中的電流為雷電流時，求得的接地電阻)兩種。一般用R~表示工頻接地電阻;Ri表示沖擊接地電阻。

　　換算系數(shù)A為二者的比值：

　　A= Ri A的值與土壤成分的電阻率r有關(guān)，r大時相應(yīng)A曲線就高。

　　不同的情況選用不同的A，A從《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94給出的曲線上可查。從這些曲線可看出A值恒大于1，即Ri值恒小于R~。如用搖表測阻儀測出R~值除以A就可得到Ri值。

　　現(xiàn)就有關(guān)規(guī)程對部分電氣設(shè)備接地電阻的規(guī)定數(shù)值列入下表：部分電氣裝置要求的接地電阻值

　　電氣裝置名稱 接地的電氣裝置特點 接地電阻

　　1KV以下中性點直接接地和不接地的系統(tǒng) 與總?cè)萘吭?00KVA以上的發(fā)電機或變壓器相聯(lián)的接地裝置。 R ≤ 4

　　同上裝置的重復接地。 R ≤10

　　與總?cè)萘吭?00KVA及以下的發(fā)電機或變壓器相聯(lián)的接地裝置。 R ≤10

　　同上裝置的重復接地。 R ≤30

　　低壓架空電力線路 低壓線路水泥桿、金屬桿。 R ≤30

　　零線重復接地。 R ≤10

　　低壓進戶絕緣子鐵腳。 R ≤30

　　建筑物防雷裝置 第一類防雷建筑物(防直擊雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第一類防雷建筑物(防感應(yīng)雷) R ≤10

　　第二類防雷建筑物(防直擊雷、感應(yīng)雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第三類防雷建筑物(防直擊雷) R ≤30 煙囪、水塔接地 R ≤30

　　電氣裝置名稱 接地的電氣裝置特點 接地電阻

　　1KV以下中性點直接接地和不接地的系統(tǒng) 與總?cè)萘吭?00KVA以上的發(fā)電機或變壓器相聯(lián)的接地裝置。 R ≤ 4

　　同上裝置的重復接地。 R ≤10

　　與總?cè)萘吭?00KVA及以下的發(fā)電機或變壓器相聯(lián)的接地裝置。 R ≤10

　　同上裝置的重復接地。 R ≤30

　　低壓架空電力線路 低壓線路水泥桿、金屬桿。 R ≤30

　　零線重復接地。 R ≤10

　　低壓進戶絕緣子鐵腳。 R ≤30

　　建筑物防雷裝置 第一類防雷建筑物(防直擊雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第一類防雷建筑物(防感應(yīng)雷) R ≤10

　　第二類防雷建筑物(防直擊雷、感應(yīng)雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第三類防雷建筑物(防直擊雷) R ≤30

　　煙囪、水塔接地 R ≤30

　　接零與其他有關(guān)接地的概念

　　以上介紹了與防雷工程有關(guān)的各種接地，現(xiàn)把接零與有關(guān)接地的概念介紹如下：

　　一、 接零：

　　發(fā)電機、配電變壓器的中性點叫做零點，由中性點引出的線叫做零線。用電設(shè)備的金屬外殼接到零線上稱為接零。

　　二、 工作接地：

　　供電系統(tǒng)變壓器的中性點直接接地為工作接地，工作接地可以保證電器設(shè)備可靠地運行，降低人體接觸電壓。

　　三、 保護接地：

　　所有電器設(shè)備在正常工作情況下，不帶電的金屬部分作良好的接地為保護接地，保護接地主要保護人員的工作安全。

　　四、 重復接地：

　　將零線上的多點與大地多次作金屬性連接稱重復接地。

　　當中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時，可以降低對地電壓;當零線發(fā)生斷裂時，可以使故障的危害程度減輕。

　　五、 靜電接地：

　　設(shè)備移動或物體在管道中移動，因摩擦產(chǎn)生靜電，它聚集在管道、容器和儲罐或加工設(shè)備上，形成很高的電位對人身安全及對設(shè)備和建筑物都危險。作了靜電接地，靜電一旦產(chǎn)生就導入地中以消除其聚集的可能。油罐車后尾及轎車后尾拖一根接觸地面的導電橡膠即屬于靜電接地。

　　六、 直流工作接地(也稱邏輯接地、信號接地)：

　　計算機及一切微電子設(shè)備大部分采用中、大規(guī)模集成電路，具有同一"電位"參考點，將所有設(shè)備的"零"電位點接于同一接地裝置上，這樣它可以穩(wěn)定電路的電位，防止外來干擾這種接地稱為直流工作接地。

　　七、 計算機房需設(shè)的接地：計算機房的接地問題是個很復雜的問題，目前它應(yīng)設(shè)有四種接地：

　　1、直流邏輯接地：見上面介紹;

　　2、屏蔽接地：主機房屏蔽應(yīng)有良好的接地;

　　3、防雷接地：采用建筑物的防雷工程接地;

　　4、交流工作接地：為保護接零系統(tǒng)，地極與屏蔽接地可以共用。