電氣防雷接地技術(shù)在大型工程中的應(yīng)用

1，2，1，1，1

(1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500；

2.玉溪師范學(xué)院信息技術(shù)工程學(xué)院，云南 玉溪 653100)

Electrical Grounding Technology for Lightning Protection in Engineering Application

NIU Honghui1，ZHANG Kuangwei2，CHEN Si1，XU Hong1，CHEN Yan1

(1.Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,

China；2.School of Information Technology and Engineering, Yuxi Normal University, Yuxi 653100, China)

電氣防雷接地技術(shù)在大型工程中的應(yīng)用

牛宏輝1，張礦偉2，陳思1，徐宏1，陳焰1

(1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500；

2.玉溪師范學(xué)院信息技術(shù)工程學(xué)院，云南 玉溪 653100)

ElectricalGroundingTechnologyforLightningProtectioninEngineeringApplication

NIUHonghui1，ZHANG Kuangwei2，CHEN Si1，XU Hong1，CHEN Yan1

(1.FacultyofInformationEngineeringandAutomation,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,

China；2.SchoolofInformationTechnologyandEngineering,YuxiNormalUniversity,Yuxi653100,China)

摘要：受土質(zhì)等條件影響，防雷接地電阻常偏高，不利于散流；角鋼接地極，易被腐蝕，接地電阻隨時(shí)間變化大。在某鋼廠防雷技術(shù)中，使用降阻劑；采用新型銅包鋼及合理的接地方式等措施。系統(tǒng)使用結(jié)果表明，使用降阻劑改良土壤，接地電阻控制在3.6 Ω左右；用銅包鋼接地極，1年后其阻值變化0.1 Ω，接地電阻幾乎沒(méi)有變化，性能穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：防雷接地；電阻；接地；引下線；降阻劑

中圖分類號(hào)：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-2257(2015)10-0051-03

收稿日期：2015-06-24

基金項(xiàng)目：云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(KKSA200916029)；云南省大創(chuàng)項(xiàng)目“自控專業(yè)自主設(shè)計(jì)試驗(yàn)及控制系統(tǒng)平臺(tái)搭建”

Abstract:Affected by the soil and so on, lightning protection and grounding resistance is high, does not favor the loose stream； angle steel grounding electrode is easy to be corroded, and grounding resistance varias high with the time.The author in a steel mill in lightning protection technology, using resistance reducing agent； using a new type of copper clad steel and reasonable grounding means.The results using in the system showed that: the use of resistance reducing agent in soil improvement, grounding resistance control in 3.6 Ω； with copper clad steel grounding electrode, a year after its resistance change 0.1Ω, and grounding resistance with almost no change, so the performance is stable.

作者簡(jiǎn)介：牛宏輝(1995-)，男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)控制與應(yīng)用；張礦偉(1989-)，男，河南周口人，碩士研究生，研究方向?yàn)閺?fù)雜的工業(yè)控制。

Keywords:lightningproofgrounding；resistance；grounding；leadline；resistancereducingagent.

0引言

雷電災(zāi)害已成為三大氣象災(zāi)害之一。傳統(tǒng)防雷接地技術(shù)利用角鋼作為接地極，角鋼極易被腐蝕，接地電阻值穩(wěn)定性差；另外，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及土壤條件等限制，接地電阻值偏高，導(dǎo)致接地電阻值不符合安全標(biāo)準(zhǔn)。利用新型銅包鋼取代傳統(tǒng)角鋼，使用降阻劑改良土質(zhì)條件，采用合理的接地連接方式等，對(duì)某鋼鐵公司廠區(qū)設(shè)備進(jìn)行防雷技術(shù)改造，達(dá)到了更好的防雷接地的效果，延長(zhǎng)了接地極使用壽命，有效保護(hù)了設(shè)備安全。

1防雷接地的工作原理

防雷系統(tǒng)主要由接閃器(避雷針、避雷帶、避雷線和避雷網(wǎng))、引下線和接地體，如圖1所示。當(dāng)雷電來(lái)時(shí)，接閃器引導(dǎo)雷電流通過(guò)引下線迅速流過(guò)接地裝置并散流于大地，有效保護(hù)設(shè)備免遭雷擊。

圖1　簡(jiǎn)要防雷接地

防雷接地的原理是，給被保護(hù)體并聯(lián)一個(gè)小電阻，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，流過(guò)被保護(hù)體的過(guò)電流減小，使之承受的電壓隨之減小，從而保護(hù)人員和設(shè)備安全。影響防雷接地技術(shù)指標(biāo)的主要因素是接地電阻、接地體以及接地方式。

1.1　降低接地電阻的措施

實(shí)際應(yīng)用中，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及土壤條件等限制，接地電阻通常偏高。當(dāng)有雷電來(lái)襲時(shí)，人體及設(shè)備承受過(guò)高的電流及電壓值，就會(huì)造成人身及設(shè)備損傷。為了降低接地電阻，可以采用以下幾種方法：①更換土壤，采用電阻率較低的土壤(粘土、砂質(zhì)粘土等)；②人工處理土壤，在接地體周?chē)寥乐屑尤牖瘜W(xué)物，提高接地體周?chē)寥赖膶?dǎo)電性；③深埋接地極，當(dāng)?shù)叵律钐幍耐寥阑蛩碾娮杪瘦^低時(shí)，采取深埋接地極來(lái)降低接地電阻值；④利用接地電阻降阻劑；⑤采取伸長(zhǎng)水平接地體；⑥采取污水引入；⑦采取深井接地等。

1.2　防雷接地方式及接地體的選擇

防雷接地方式包括共有獨(dú)立接地、共用接地、一點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和環(huán)形接地等，其中共用接地方式應(yīng)用最廣泛。共用接地方式是把防雷接地與其他接地如電氣接地、直流交流接地連接在一個(gè)接地裝置上。共用接地又有單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式。共用接地的方式可以均衡建筑物內(nèi)各部分的電壓，減小跨步電壓，減小接地電阻值，避免出現(xiàn)電位差引發(fā)電氣危險(xiǎn)和設(shè)備損壞等事故。

接地體作為接地裝置中重要的部分，選擇時(shí)須合理。傳統(tǒng)的接地技術(shù)采用角鋼作為接地極，角鋼易被腐蝕，壽命短，隨時(shí)間推移接地電阻增大。新型接地技術(shù)采用銅包鋼接地極，抗腐蝕，壽命長(zhǎng)，接地電阻隨時(shí)間變化小。

2應(yīng)用

某鋼鐵公司所在地區(qū)全年平均發(fā)生雷電次數(shù)30余萬(wàn)次，七八月份為雷電發(fā)生高峰期，占全年雷電發(fā)生次數(shù)的75%以上。該公司廠區(qū)電氣設(shè)備及線路大多數(shù)是露天分布，且比較分散，極容易遭雷擊。作者采取降低接地電阻、合理選擇接地方式及接地裝置等措施，對(duì)該公司水循環(huán)處理系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、3號(hào)LF精煉爐等進(jìn)行防雷技術(shù)改造。

2.1　水循環(huán)處理系統(tǒng)防雷接地

循環(huán)水處理系統(tǒng)主要由2個(gè)水泵房和1個(gè)電氣室組成。電氣室里包含有12個(gè)PLC柜、2個(gè)進(jìn)線柜和2個(gè)出線柜。水泵房的防雷接地如圖2所示。

圖2　水泵房防雷接地

按照電氣設(shè)備的防雷接地標(biāo)準(zhǔn)要求，電氣設(shè)備接地用角鋼焊接基礎(chǔ)接地。施工中用銅包鋼接地極代替角鋼，采用防雷接地與低壓供電系統(tǒng)共用接地裝置的接地方式。

2.2　除塵系統(tǒng)防雷接地

除塵系統(tǒng)主要包括1個(gè)電氣室和2個(gè)煙囪。建筑屬于第2類防雷建筑物，采用總等電位聯(lián)結(jié)。要求接地體的接地電阻不大于1Ω，采用防雷接地與各類電氣接地共用同一接地裝置的接地方式。

2.3　3號(hào)LF精煉爐改造項(xiàng)目

3號(hào)LF精煉爐改造項(xiàng)目包括1個(gè)液壓站室、1個(gè)高壓電氣室和低壓電氣室(包括14臺(tái)電氣柜)。3號(hào)LF爐本體接地系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　3號(hào)LF爐本體接地系統(tǒng)

3號(hào)LF精煉爐改造項(xiàng)目是在鑄鋼車(chē)間里進(jìn)行的，按國(guó)家防雷接地規(guī)范，鑄鋼車(chē)間屬第3類防雷建筑物。利用鑄鋼車(chē)間的屋面彩板作接閃器，利用鋼柱或柱內(nèi)鋼筋作引下線，引下線的平均間距不大于25m，利用基礎(chǔ)梁銅包鋼作為防雷接地裝置，并利用規(guī)格40×4的扁鋼圍繞建筑物的四周連通，構(gòu)成環(huán)形接地體，即防雷接地與低壓供電系統(tǒng)的接地方式，接地電阻小于4Ω。因土質(zhì)條件差，普通埋設(shè)接地，接地電阻難達(dá)要求，在接地極周?chē)笤O(shè)降阻劑以降低接地電阻。

3分析測(cè)試

用手搖式地阻表，采用三點(diǎn)式電壓法，測(cè)量接地電阻，如圖4所示。

圖4　手搖地阻表測(cè)量接地電阻

X為被測(cè)地線接地樁，Y與Z為2根輔助測(cè)試樁，三者之間的夾角α在150°～180°范圍內(nèi)。X與Y的距離為20m左右，X與Z的距離為40m左右。測(cè)量電流和電壓，計(jì)算出被測(cè)接地樁的地阻。3號(hào)LF爐改造項(xiàng)目，多次測(cè)量接地電阻如表1所示。

表1改造前后接地電阻對(duì)比

Ω

當(dāng)接地體埋入的深度L遠(yuǎn)大于接地體的直徑d時(shí)，垂直接地體接地電阻為：

(1)

ρ為土壤電阻率，當(dāng)L，d一定的條件下，接地電阻值R與土壤電阻率ρ成正比。使用降阻劑的機(jī)理就是通過(guò)其擴(kuò)散和滲透作用降低土壤電阻率ρ。由表2可知，未使用降阻劑改造前，各次測(cè)量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4 Ω，測(cè)量平均值達(dá)11.8 Ω。使用降阻劑改造后，各次測(cè)量均小于4 Ω，測(cè)量平均值3.6 Ω，且改造前后接地電阻平均值相差9.2 Ω，滿足要求，說(shuō)明降阻劑有效降低了接地電阻值。

在該改造項(xiàng)目應(yīng)用新型銅包鋼接地極，改造前后接地電阻測(cè)試值如表2所示。

角鋼接地極，隨時(shí)間推移接地電阻升高了，超出了接地電阻規(guī)范要求，且變化明顯；用銅包鋼接地極1年后其阻值變化0.1 Ω，接地電阻幾乎沒(méi)有變化，銅包鋼接地極性能穩(wěn)定。

表2　接地極變化前后接地電阻測(cè)試對(duì)比　Ω

4結(jié)束語(yǔ)

防雷接地是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，在電氣施工的過(guò)程中，必須遵守相關(guān)規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，采用合理的防雷接地技術(shù)。在某鋼廠改造項(xiàng)目中采取合理的接地方式；敷設(shè)降阻劑等措施，有效降低了接地電阻，達(dá)到了規(guī)范要求；使用具有抗腐蝕性的銅包鋼接地極，接地電阻隨著時(shí)間變化小，延長(zhǎng)了使用壽命，極大地降低了維護(hù)成本。

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