建筑物防雷接地的方法浅析

2022-09-11

19世纪初期, 随着电网的建立, 为了防止用电者因“接触电压”和“跨步电压”导致死亡, 于是产生了电力系统的接地。采取的方法是在地下组成接地网, 以降低接地电阻。缺点是接地装置有些比较大。伴随安全接地几乎同时出现的是电子设备和精密测量仪器的机壳防干扰接地, 这种接地又称为信号接地。

随着电子技术、网络技术和信息技术的广泛应用, 城市高层建筑物日益增多, 其建设高度和智能化水平也越来越高。因此, 雷电涉及的灾害范围越来越广, 危害程度越来越重, 造成损失及社会影响越来越大。建筑物防雷是一个电气安全问题, 电气安全关系用户的人身安全和环境安全, 涉及千家万户。毋庸置疑, 接地是防雷技术最重要的环节, 但在实际防雷工作中目前重接地电阻值, 轻接地形式的现象普遍存在。

1接地的分类

无论是强电还是弱电, 都为了不同的目的而要求采用不同方式的接地措施。比如:电气设备的接地是为了保护人身安全及电气设备正常运行而采取的一种防范手段, 也是防雷技术最重要的环节。按照接地的用途和性质, 大体上分为以下几类:保护接地、交流工作接地、直流工作接地、静电接地、屏蔽接地和防雷接地。

2接地电阻

影响接地电阻的主要因素是土壤的电阻率、接地体的尺寸、形状以及埋入深度、接地线与接地体的连接方式等。对于工作接地和保护接地来说, 通过接地体流入地中的是工频电流。与之对应的是周围土壤的欧姆散流电阻, 即工频接地电阻。对于防雷接地, 通过接地体流入地中的是冲击雷电流, 所形成的电阻为冲击接地电阻。当接地体的长度超出有效长度时, 出现冲击接地电阻大于工频接地电阻的情况, 反之, 当接地体的长度小于有效长度时, 冲击接地电阻一般小于工频接地电阻。

在高土壤电阻率地区常采用以下方法降低接地电阻: (1) 换土; (2) 把接地体埋在较深的低电阻率的土壤中; (3) 采用多支线外引接地装置; (4) 采用降阻剂; (5) 深井接地。前两种方法适于地形比较平缓, 面积较大的场所。而后两种方法适用于山地面积小, 地形比较复杂的场合。最后一种适用于地下水位高的地区。

3接地形式

在防雷工程设计、施工和竣工验收中, 人们往往片面地认为接地电阻阻值越小, 防雷效果就会越好, 被保护的对象也就越安全, 工程质量验收人员也将其列为衡量防雷工程质量的最重要指标, 而忽略了对接地装置形式的要求。

实践和理论证明, 接地电阻的阻值大小, 是评价防雷接地效果的重要指标, 而接地装置形式的合理性也是防雷效果的重要环节。系统采用何种接地形式更加可靠?实践证明, 共用接地不失为一种最有效、最合理和最具有采纳推广的接地方式。

(1) 独立接地。需要接地的系统, 都分别独立地建立自己的接地网络, 这种接地方式称为独立接地。它的好处是各系统之间不会造成互相干扰, 这对通信系统尤其重要。但网络容易被雷击破坏, 故除有防爆炸要求的危险环境必须要采用独立的避雷方式外, 一般不主张采用独立接地的方式。

(2) 共用接地, 也叫统一接地。它是把需要接地的各个系统统一连接到同一个接地装置上, 或者把各系统原来的接地装置通过地下或者地上用金属导体连接起来, 使它们之间成为畅通的电气接地统一地网。

现代建筑物内, 往往有许多不同性质的电气设备, 也需要多种接地装置。比如交流电源系统和通讯及计算机系统的接地标准要求不同。如果系统分别接地, 在发生雷击时, 各系统接地点间的电位就可能相差很大, 各独立系统间产生危险的电位差, 造成电子设备元器件的损坏。

交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等各种接地共用一组接地装置, 其接地电阻按其中最小值确定;若防雷接地单独设置接地装置时, 其余三种接地宜共用一组接地装置, 其接地电阻不应大于其中最小值, 并应按现行国家标准《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。对直流工作接地有特殊要求需单独设置接地装置的电子计算机系统, 其接地电阻值及与其它接地装置的接地体之间的距离, 应按计算机系统及有关规定的要求确定。

(3) 一点接地。是把各系统的接地线连接到同一接地母线或同一金属平面上。这种方法, 能有效地解决各系统接地线的等电位问题, 也能够降低各系统之间的干扰程度, 尤其是50Hz工频信号对系统的干扰基本上得以消除, 所以一点接地法在通讯网络应用的较为普遍。

(4) 多点接地。各系统的接地线采用多点短连线的一种接地方式。当信号或电磁干扰的频率相当高或采用快速逻辑时, 电容耦合效应将会产生某种干扰耦合, 这时引线长度成为主要矛盾, 必须采用多点接地使串联阻抗减至最小, 并将驻波减至最小。多点接地方式应用于高频电路 (λ>10MHz) 。多点接地的优点允许存在许多接地环路, 这时同时使用低频率的电路是有害的, 如有上述情况时, 可考虑采用混合接地的方法。

(5) 混合接地。所谓混合接地是在一部设备内的各电路板以最短的导线与机壳连接, 或者信号电路相关的几部设备, 以最短的导线与同一个金属体连接接地, 然后多台设备分别用金属线接到地网的同一点上。混合接地是最简单的接地方式, 是在交流电源送进房屋的总开关处, 把零线重复接地 (或把零线接到房屋的结构主钢筋上) , 然后在电源的零线处引出一条PE线连接所有应该接地的点。

(6) 基础接地体。利用建筑物基础内的钢筋, 按《规范》要求连接制作的接地体称为基础接地体。含有水份的混凝土与含水份的土壤接触时, 毛细管将水份吸收到混凝土里使混凝土保持较高的含水量, 从而降低了混凝土的电阻率, 与大地通若一体。同时进行等电位连接, 把建筑物内所有金属物, 如混凝土内的钢筋、自来水管、煤气管, 以及其它金属管道、机器基础金属物和大型的埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的零线、防雷建筑物的接地线, 统统用电气连结的方法连接起来 (焊接或可靠的导电连接) , 使整个建筑物空间成为一个良好的等电位体。当雷电袭击的时候, 在这建筑物内部和附近大体上是等电位的, 而不会发生内部设备被高电位反击和人被电击的事故。这种接地方式有很大的局限性, 不宜推广。

综上所述, 作为一座建筑物的接地网, 在保证接地电阻符合设计规范要求的前提下, 应尽量采用建筑物基础的钢筋和自然金属接地物相连接, 形成统一的接地网络。对于建筑物内的计算机系统可以用一点接地的方式接地, 但须与共用接地网进行等电位连接。

摘要：建筑物防雷是个重要的安全问题, 接地是防雷技术最重要的环节, 本文就接地的分类、接地电阻和接地形式进行了探讨, 提出了尽量采用建筑物基础的钢筋和自然金属接地物相连接的网络接地方法。

关键词：建筑物,防雷,接地方法