现代建筑物防雷接地装置结构的探讨

1　有关概念

　　把电气装备与接地装配毗连起来，称为接地。电气装备的接地是保证人身平安及电气装备正常工作的重要部门，也是防雷技术重要的环节。接地按其作用可分为三类：
　　（1）庇护接地，指正常情况下将电气装备外壳及不带电金属部门的接地。如发机电、变压器等电气装备外壳的接地。
　　（2）工作接地，指电力、通讯等系统中哄骗年夜地做导线或为保证其正常运行所进行的接地。如供电系统中的三相四线制中的地线，某些变压器中性点接地等。
　　（3）防雷接地，指过电压庇护装配或装备的金属结构的接地。如避雷器的接地、避雷针构架的接地等，也称过电压庇护接地。
　　接地装配由接地体和接地线组成。
　　接地电阻，指电畅通流畅过接地装配流向年夜地遭到的阻碍作用。在数值上，接地电阻是电气装备的接地体对接地体无限远处的电压与接地电流之比，即
　　Re＝Uj／Ie
　　式中：Re——接地电阻（Ω）
Ie——接地电流（A）
Uj——接地体对接地体无限远处的电压（V）
　　影响接地电阻的主要缘由有土壤电阻率、接地体的尺寸、外形及埋进深度、接地线与接地体的毗连等。

2　防雷接地装配的结构

　　不管是防直击雷或感应雷，终都是经由过程接地装配将雷电流送进年夜地。所以，没有完善的接地装配是没法完成避雷使命的。
　　在防雷工程设计、施工、验收中，人们往往习惯片面追求接地电阻的数值，将接地电阻的年夜小，作为衡防雷工程的重要指标，认为接地电阻越小，防雷效果越好，被庇护的对象就越平安。对避雷系统接地装配的接地电阻值有一定的要求是无可非议的，由于接地电阻越小，散流越快，落雷物体高电位连结时间就越短，危险越小，以致于跨步电压、接触电压也越小。然而，理论和实践证实，接地网的结构较接地电阻更应遭到重视。
　　随着科学技术的飞速成长，人们对现代建筑物这一位词已不目生。所谓现代建筑物，即标志着建筑物内有供电、计较机、通讯等系统在运行。为了这些系统的平安运行，往往需要多种种别的接地装配，怎样合理、科学的处置其相互关系也就成为不成回避的问题。

3　自力接地已基本被取代

　　自力接地是指需要接地的系统划分自力地建立接地网，且各接地网之间要求有足够的距离。这类接地方式在50和60年月较多采用，缘由是各接地系统之间不会造成相互干扰，这一特点在通讯系统中显得尤其重要。但近年来这类自力的接地方式除非在出格危险的情况下必需采用外，在尽年夜大都情况下，均采用配合接地方式。这是由于：
　　（1）各通讯系统、计较机系统和电源系统的接地是为了获得一个零电位点。若是各系统划分接地，当发生雷击的时辰各系统接地址的电位可能相差很年夜。假定“1”为交流电源接地，“2”为计较机系统的逻辑接地，“3”为机壳平安庇护接地。在假定电流冲击波从“1”中引进，由于雷瞬时电压可达数十万伏，这就意味着统一台计较机上电源、通讯线和外壳相接的有关部门就要承当各地网间的这一高电压，是以造成有关部位的击穿损坏。对于计较机网络，调制解调器和网卡将首先被击穿。据领会，在计较机通讯网络中，各系统采用自力接地被雷击损坏的几率远高于配合接地的情况。
　　（2）在一座楼房或一个建筑群范围内，划分做几个相互没有电气联系的地网是相当坚苦的，尤其在现代的年夜城市更是如斯。是以采用自力接地方式时要求各地网之间至少要有近20m的距离，同时又要与各类地下金属管道、电缆金属屏障层和各年夜金属构件有足够的距离。这些要求在现实设计和施工中是难以做到的。即使在新建系统时做到了，在往后的系统维护和城市其它改造中这些要求也极易遭到破坏。
　　以上是自力接地逐渐被取代的基本缘由。

4　一点接地及干扰分析
　　设置自力接地系统的一个主要的缘由，是为了不旌旗灯号干扰和消除“噪音”。理论和实践证实，不采用自力接地方式，上述问题也是可以获得圆满解决的。
　　60、70年月，“干扰”也被称为无线电干扰，由于尽年夜大都电子噪音和干扰旌旗灯号均在无线电频段内。随着科技成长，年夜的电子计较机、数字技术、逻辑电路在人们的日常生活和工作中被采用，干扰的界说也被引伸为“电磁干扰”。
　　电磁干扰可分为导电性电磁干扰和辐射性电磁干扰，前者的干扰能是经由过程线材或电缆从一个电路传送到另外一个电路的。削减导电性电磁干扰的途径是经由过程电路的合理设计、采用滤波器和电路的合理接地来实现；辐射性电磁干扰的干扰能是经由过程空气中的电磁场传送的。凡是在设计电子装备外壳、箱体和安插装备的线路、接地线时，经由过程选用理想的屏障材料、机关技术和合理安插装备的线路、接地线，和采用科学的接地技术来削减辐射性电磁干扰。因而可知，做好接地是有用避免电磁干扰的重要途径。
　　低频干扰尽年夜部门是经由过程线路相互耦合而来的，即所谓共阻耦合。当两个电路电流流经一个公共阻抗时，一个电路上的电流在这个公共阻抗上形成的电压会影响到另外一个电路，这就是共阻抗耦合。

　　图1为一个共用的接地网，在分歧的地方划分接上分歧的连线，由于共阻抗耦合的关系，各连线之间将有Vg1，Vg2……等电压，A、B、C三点不成能处于统一电位，这就泛起干扰源，经放年夜后可能直接影响通讯和控制讯号。

　　图2是一样的3台装备，但地线都接于B点，是以，避免了由电流Ic引发的共阻抗耦合效应。当频率低时，B和C点的电位基本上与B点一致。这样的毗连方式叫“一点接地法”。一点接地法由于解决了各系统接地线的等电位问题，各系统之间的干扰问题也初步获得领会决，尤其是50Hz工频讯号的干扰基本消除。所以一点接地法在工程上获得普遍运用。
　　一点接地消除公共阻抗耦合和低频接地环路引发的干扰。单点接地能很好工作于1MHz及以下的频率，而且当整个系统的尺寸较小时（年夜尺寸小于λ／20，λ为人们感乐趣的发生干扰旌旗灯号的波长）也能运用到10MHz。

5　环形接地和等电位毗连

　　环形接地网就是把接地体沿建筑物周围围成一个闭合环。这样的接地网可以使界面之内的电场散布比力平均，削减跨步电压对人的风险，也可削减室内在被雷击时，由于地面电位梯度年夜发生对装备高电压还击的危险。
　　等电位毗连是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，和其它金属管道、机械根蒂根基金属物和年夜型的埋地金属物、电缆金属屏障层、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式毗连起来（焊接或靠得住的导电毗连），使整个建筑物空间成为一个秀的等电位体。当雷电袭击的时辰，在这建筑物内部和四周年夜体上是等电位的，而不会发生内部装备被高电位还击和人被电击的事故。此外，在电力线、电话线、电视旌旗灯号电缆、电子计较机讯号传输线等，一切与外界有联系的金属线都要接上合理的过电压庇护装配（避雷器），且装配要与建筑物的防雷接地装配直接进行电气连结，使之成为等电位（现实上是准等电位，由于正常时各导线之间的电位差和雷击时的残压与雷电压比力是眇乎小哉的，所以一般把这样的毗连也称为等电位毗连）。
　　由于采用等电位毗连，不单使建筑物及其内部的装备防雷能力年夜年夜提高，也能够放宽对建筑物接地电阻的要求。这样可削减建设投资，减低施工难度，尤其是在干旱、沙漠和山地土壤电阻率高的地域更为重要。
　　关于共用接地的接地电阻值，许多文献建议共用的接地电阻要在1Ω以下。这是不合理的，经济上是浪费的，姑且非论这1Ω是工频仍是冲击接地电阻。就按1Ω工频接地电阻等于1Ω冲击接地电阻斟酌，建筑物内220／380V用电装备，其尽缘耐冲击电压按电工委员会的划定为6kV。当建筑物的防雷装配遭直接雷击时，雷电流幅值在堆集次数取50％时其值为35kV，它与1Ω接地电阻的乘积为35kV，这是上述耐冲击电压6kV的5.8倍。在共用接地的条件下，避免用电装备尽缘击穿的主要措施是采用在尽缘导体与共用接地系统之间装设过电压庇护器。在特殊条件下，某类金属物体不允许与共用接地系统直接毗连时，也要在它们之间装设过电压庇护器，以防发生跳击而在年夜气中发生火花。过电压庇护器是用来限制存在与某两物体之间的冲击过电压的一种装备，如放电间隙避雷器或半导体器件。

6　根蒂根基接地体的运用

　　根蒂根基接地体的运用存在各类分歧的看法：有些人认为，在根蒂根基内的钢筋被混凝土包住，就不成能与年夜地沟通，这样怎样起接地体的作用呢？事实上干燥的混凝土是很好的尽缘体。而含有水份的混凝土却是另外一种情况。在制造钢筋混凝土根蒂根基的进程，硅酸盐水泥和水相互作用，干涸后，混凝土中存在许多细小的分支毛细管。根蒂根基的混凝土连结与含水份的土壤接触时，毛细管将水份吸到混凝土里，因而下降了混凝土的电阻率。混凝土的现实电阻率实测值见表1。

表1混凝土电阻率的实测数据

混凝土所处的条件电阻率(Ω*m)
放在水中40～50
埋在湿润土壤中100～200
埋在干燥的土壤中500～1300

　　这里有一点要强调，混凝土浇灌前，各钢筋之间必需组成电气毗连。主要是作为接地体的桩筋与承台的毗连，选定作为引下线和均压环屏障网的梁柱筋驳接处必需作巩固的焊接，使之成为靠得住的电气通道。有一种概念认为，建筑物由结构的钢筋经过绑扎即可到达电气毗连的要求，并可看经过雷电流冲击后把绑扎点熔接起来，相当于点焊一样。事实上这类做法是不成靠的，据防雷举措措施检测、验收和灾情查询拜访实例分析，对以上说法有三个疑问：其一是在湿润多雨的南方，钢筋的锈蚀，水泥浇注时的振动，使钢筋绑扎接口成为不良接触，使应当作为防雷接地系统的各部门钢筋毗连体未能形成秀的电气通路，晦气于雷电流的泄放；其次，在选作接地装配的桩、梁、柱筋的绑接，各接口的过渡电阻值分歧，影响了雷电流的平衡散布；其三，由于雷电冲击使绑扎点发生焊接的可能性是不平均的，而每次雷电流的“点焊”成效，已使建筑物履历了一次局部的灾害，不管是墙柱体爆裂，或是“点焊”处周边发生的强烈电磁感应，对人体或装备的损害，出格是对高层建筑和现在所称的“智能年夜厦”，其风险是显然的。据广东省气象局与广东省公安厅多年对雷电灾害查询拜访发现；广东省内很多高层建筑由于轻忽了这个问题，使建筑物防雷能力不足，从外表看似在完善的防雷针、网、带的“庇护”之下，仍是发生了建筑物局部损坏的情况，在农村地域这类现象就更为常见。是以，在广东省，对建筑物防雷举措措施建设的验收就包括了对隐蔽工程，主要是选作防雷装配的桩、梁、柱、钢筋的焊接及其焊接的验收。事实证实，这类措施长短常需要的。
　　综上所述，作为一座建筑物做地网设计时应遵循以下几条：
　　（1）尽采用建筑物根蒂根基的钢筋和自然金属接地物统一毗连，作为接地网；
　　（2）在建筑物中选作地网的桩根蒂根基、承台作引下线的柱筋，其驳接处应接纳焊接而不运用绑扎取代；
　　（3）尽以自然接地体为根蒂根基辅以人工接地体弥补，外形尽采用闭合环形；
　　（4）应采用统一接地网，用一点接地的方式接地；
　　（5）若使用高频或超高频装备时，应采用机壳或就近用一金属平面做短接线的多点接地，以削减高频干扰。