探討防雷地網(wǎng)接地電阻值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)

羅聰　賀與暉

摘 要：防雷地網(wǎng)對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全有保護(hù)作用，本文將探討、設(shè)計(jì)一套可準(zhǔn)確算出材質(zhì)不同的原料，大小不同的地網(wǎng)，在各類(lèi)土地電阻率的相應(yīng)電阻值的程序，幫助從業(yè)者明確防雷地網(wǎng)占地面積需要、施工所需建材量。

關(guān)鍵詞：防雷地網(wǎng)；接地電阻值；計(jì)算；程序設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862

雷電破壞力很大，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。從三個(gè)層次來(lái)防護(hù)：外圍層面、內(nèi)里層面及過(guò)渡層面，可令連接地面的電阻值最大程度降低，令傳感電流快速釋放。雷電襲擊多因感應(yīng)過(guò)電壓，在多種緊密配合、相互影響中傳感到金屬性質(zhì)的接地線及管道線路而引起瞬態(tài)過(guò)電，導(dǎo)致裝備受到損傷，或通過(guò)金屬性質(zhì)的接地線路和管道線的單純傳導(dǎo)雷電使裝備被破壞。

1 感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)工作的基本理論

感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)工作是釋放，以及平衡。感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)入侵與襲擊電子化裝置的體系，故感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工作。

平衡是指：防止系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)組織出現(xiàn)損壞系統(tǒng)的電勢(shì)差，指當(dāng)處于瞬態(tài)條件時(shí)，系統(tǒng)自己及周?chē)饘傩再|(zhì)導(dǎo)電體電位能夠達(dá)到大致平衡。釋放是指：經(jīng)由大地使雷電自身及其電磁脈沖所具備的能量釋放出來(lái)，此過(guò)程具有層次型特征，在連接通訊系統(tǒng)前，把不必要的能量釋放到大地中，越多越好、越遠(yuǎn)越好、越徹底越好，而層次即為在削減防雷保護(hù)范圍的雷電能量時(shí)，要按層次依次進(jìn)行。需要注意的是釋放、平衡速度快慢由防雷地網(wǎng)的電阻數(shù)值決定。

2 防雷地網(wǎng)與相關(guān)設(shè)計(jì)

因所處環(huán)境不同，故連接地面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有各自的特點(diǎn)。在防雷項(xiàng)目的實(shí)施里，連接地面的系統(tǒng)創(chuàng)建是最為復(fù)雜且高難度的，它也是最關(guān)鍵的工作之一。在接地項(xiàng)目中，接地裝置即為連接地面的網(wǎng)絡(luò)。連接地面的土地電阻率、建材和載體的預(yù)防腐蝕，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)設(shè)計(jì)的連接地面網(wǎng)絡(luò)會(huì)給連接地面的效果帶來(lái)很大影響，故設(shè)計(jì)接地網(wǎng)絡(luò)、后續(xù)的項(xiàng)目跟進(jìn)是值得深入探討的重點(diǎn)內(nèi)容。

因雷的電流通過(guò)連接地面的網(wǎng)絡(luò)，故接地網(wǎng)的電壓會(huì)減弱，從而導(dǎo)致地電位增大。連接地面的電阻不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)槭艿浇拥鼐W(wǎng)絡(luò)大小以及土地的電阻率等的制約。若要使接地電阻小于標(biāo)準(zhǔn)值，需通過(guò)連接地面、外部引入接地以及利用降低土壤電阻的制劑來(lái)完成，目的是：令機(jī)房裝置和預(yù)防雷電的裝備的連接地面能夠存在于一個(gè)較為平穩(wěn)的人造接地網(wǎng)絡(luò)之中。需增加分散電流的范圍、用更長(zhǎng)的外部引入地面的連接線、使用電阻更小的土壤、更多以及埋得更深的與大地連接的電極，還需以土壤的電阻率大小為基準(zhǔn)，將土壤降阻制劑應(yīng)用于與大地連接的電極周邊。預(yù)防雷電成效大小與接地電阻值大小成反比，接地電阻值越大，被襲擊者就越危險(xiǎn)，故優(yōu)良的連接地面設(shè)備應(yīng)對(duì)接地電阻值有準(zhǔn)確的測(cè)算功能。

3 接地電阻數(shù)值的關(guān)聯(lián)要素

當(dāng)x個(gè)一樣的接地極的接地電阻，一直比大小相同且裝置方式一樣的接地電阻大x倍時(shí)，說(shuō)明分散電流的能力變小。因?yàn)橐恍┙饘傩再|(zhì)的物體被放入大地，為令電流分散，當(dāng)電流被分散時(shí)，金屬導(dǎo)體所造成的電場(chǎng)之間會(huì)互相屏障，從而令其分散電流能力減弱。被縮小的數(shù)值被稱(chēng)為屏蔽系數(shù)，其數(shù)值高低與接地極的長(zhǎng)短、間隔比例相關(guān)。而在縱向接地極和橫向接地極相對(duì)接之時(shí)，橫向接地極對(duì)電流的分散會(huì)受到縱向接地極制約，它的利用系數(shù)是0.9。

4 為接地電阻值的計(jì)算設(shè)計(jì)

防雷接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)：在表格的邊線設(shè)置相同間隔距離的縱向接地極，再將縱向接地極與橫向接地極相接，將它整個(gè)埋置在土地下半米的位置，可將40*4規(guī)格的熱鍍鋅扁鋼應(yīng)用于橫向接地極的制造中。

首先，系統(tǒng)流程：在計(jì)算機(jī)程序的頁(yè)面敲入防雷地網(wǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，再通過(guò)程序來(lái)算出防雷地網(wǎng)的連接地面電阻數(shù)值，具體如下：

輸入地網(wǎng)相關(guān)條件來(lái)計(jì)算出如下參數(shù)：垂直接地體的建材、土地電阻率、垂直接地體的大小、連接地面的網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)與寬、垂直接地體的間距。

要計(jì)算建設(shè)地網(wǎng)得準(zhǔn)備的垂直接地極的數(shù)量以及垂直接地體的長(zhǎng)與距離之間的比率，需以連接地面網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度和寬度，垂直接地體之間的距離為依據(jù)。

通過(guò)公式計(jì)算唯一解的垂直接地極的電阻數(shù)值Rv，Rv=ρ÷2π×1n（8ι÷d-1），其中Rv表示的是單根的垂直接地極的電阻值Ω、l是垂直的接地極長(zhǎng)m、d是指垂直的接地極的直徑長(zhǎng)度m、ρ為土地的電阻率數(shù)值，Ω×m。而等邊角鋼相對(duì)普通角鋼來(lái)說(shuō)，其等效直徑是角鋼邊長(zhǎng)的0.84倍。在水平方向上的接地極的電阻是RH，Rv=ρ/2πl(wèi)·ln﹙L2/hd+A），在這個(gè)公式中，RH是指水平方向的接地極的總長(zhǎng)m、h是指水平方向接地極的掩埋深度值m、d是指水平接地極的直徑m、A是指水平接地極形狀的系數(shù)。

熱鍍鋅扁鋼的寬度是其直徑的2倍，形狀系數(shù)于水平接地極。其中，本文防雷接地網(wǎng)絡(luò)的系數(shù)等于1。

在垂直方向的接地極之間的距離和長(zhǎng)度之比<2的情況下，

在垂直的接地極之間的距離和長(zhǎng)度之比≥2的時(shí)候，

從而可以得出防雷地網(wǎng)的連接地面電阻數(shù)值Rg，

上面提到的n是指接地極的數(shù)量，S是指接地極之間的距離等于0.9，計(jì)算流程據(jù)下圖1可知。

其次，操作系統(tǒng)程序，按照界面提示選取垂直接地極的建材，敲入其大小、長(zhǎng)短、防雷地網(wǎng)的大小、垂直接地極間的距離和土地的電阻率的相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊“開(kāi)始計(jì)算”，得防雷地網(wǎng)連接地面的電阻。

最后，測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)程序，經(jīng)由敲入的n組防雷地網(wǎng)參數(shù)，把防雷地網(wǎng)的真實(shí)數(shù)值和電阻數(shù)值進(jìn)行比照，據(jù)此測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)程序得出結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)照后較為相近，誤差值不超過(guò)百分之5，故通過(guò)操作系統(tǒng)程序，可得相對(duì)準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)程序易操作、快捷、準(zhǔn)確，由它得出的防雷地網(wǎng)電阻值，可用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，參考價(jià)值高。從業(yè)者可對(duì)防雷地網(wǎng)的質(zhì)量和投資做出全面評(píng)價(jià)與估算，提高收益。

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作者單位：遼寧省防雷技術(shù)服務(wù)中心，沈陽(yáng) 100016；遼寧雷電防護(hù)工程有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110016