電力設(shè)施防雷和接地的設(shè)計(jì)類型和相應(yīng)的弊端分析

張勁怡

摘 要：防雷和機(jī)電設(shè)備的浪涌保護(hù)是世界上最復(fù)雜的保護(hù)設(shè)計(jì)之一；防雷的根本方法就是設(shè)計(jì)和實(shí)施一個(gè)有效的接地系統(tǒng)；接地使得浪涌電流有很容易的路徑到地面，電氣和機(jī)械設(shè)備因此收到保護(hù)；沒有完美的設(shè)計(jì)，任何設(shè)計(jì)都是有利和不利因素的權(quán)衡；本文分析個(gè)別典型設(shè)計(jì)的利益和弊端，歸納了針對(duì)類似設(shè)計(jì)問題的工作方法。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)施防雷；引下線；接地系統(tǒng)

一、概述

防雷系統(tǒng)的電氣接地設(shè)計(jì)是任何電氣分配系統(tǒng)的最重要的方面之一，但它往往被誤解，隨后安裝不當(dāng)。有幾個(gè)重要的原因，一個(gè)接地和防雷系統(tǒng)應(yīng)安裝。但重要的原因是保護(hù)人！其他原因包括保護(hù)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，從無意的接觸帶電的電線。接地系統(tǒng)必須確保最大的安全，從電氣系統(tǒng)故障和雷電。設(shè)備和建筑物的保護(hù)是由低阻抗接地和電氣服務(wù)，保護(hù)裝置，設(shè)備和其他導(dǎo)電物體之間的連接，使故障或雷電電流不會(huì)導(dǎo)致建筑物內(nèi)的危險(xiǎn)電壓。根據(jù)世界地位有更多的傷亡人數(shù)由照明和短路發(fā)生錯(cuò)誤。電氣和機(jī)械設(shè)備的接地會(huì)有較低的電位差，因此對(duì)人和建筑結(jié)構(gòu)的影響較小。對(duì)于雷電和浪涌避雷器系統(tǒng)說明按我找工作時(shí)設(shè)計(jì)的電氣工程師的完整信息。

二、防雷和接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型

風(fēng)險(xiǎn)因素是應(yīng)該首先考慮的，使用從原定的地理位置計(jì)算閃電的歷史，設(shè)施位置的土壤電阻率以及建筑物的用途類型也。風(fēng)險(xiǎn)定義為平均年損失的概率大小，計(jì)算時(shí)考慮每年的閃電次數(shù)和損失大小、雷電類影響的概率以及結(jié)果損失的平均額。進(jìn)一步把這些事件劃分為：消雷器在建筑物主題結(jié)構(gòu)上、防雷設(shè)施在主體結(jié)構(gòu)附近以及防雷設(shè)施是直接連接的服務(wù)。損失劃分為四級(jí)，分別是一級(jí)損失涉及人命、二級(jí)損失影響公共服務(wù)、三級(jí)損失影響文化遺產(chǎn)、四級(jí)損失影響經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。設(shè)計(jì)工程師會(huì)依據(jù)項(xiàng)目能夠承受的損失劃分防雷的風(fēng)險(xiǎn)為相應(yīng)的四級(jí)，R1風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)人類生命的損失、R2風(fēng)險(xiǎn)是公眾服務(wù)損失、R3 風(fēng)險(xiǎn)是文化遺產(chǎn)的流失風(fēng)險(xiǎn)、R4風(fēng)險(xiǎn)是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的停滯，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的劃定為建筑物的防雷設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

三、防雷系統(tǒng)各單元的詳細(xì)設(shè)計(jì)

（一）空氣端接系統(tǒng)?？諝舛私酉到y(tǒng)一般有消雷器、避雷針、避雷帶、避雷線等，有四種方法來確定空中端接體的位置，分別是保護(hù)角法、滾球法和網(wǎng)格法。保護(hù)角法的原理是，在建筑物結(jié)構(gòu)的高空處的露天位置處，將空氣端接的空氣端接系統(tǒng)的攔截桿放置在拐角處、暴露點(diǎn)和邊緣處。在保護(hù)角法中，根據(jù)雷電系統(tǒng)被分配，顯示了雷電防護(hù)的端接桿的高度，形成保護(hù)角度，橢圓形的參考平面是系統(tǒng)將受到保護(hù)的區(qū)域。滾動(dòng)球法的原理是計(jì)算建筑物的保護(hù)面積，在此保護(hù)的空氣端接的長度以上的平面參考平面將是滾動(dòng)球體半徑的計(jì)算。由滾動(dòng)球體覆蓋的區(qū)域是該區(qū)域?qū)⒈槐Ｗo(hù)的空氣端接。顯示了滾動(dòng)球計(jì)算細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)。滾動(dòng)球的代表保護(hù)，r的滾動(dòng)球的半徑為雷電防護(hù)或空氣端接系統(tǒng)的高度的高度的保護(hù)角的空氣端接桿的高度可以被發(fā)現(xiàn)。網(wǎng)格法的原理是是在建筑物的屋頂邊緣的所有空氣端接進(jìn)行保護(hù)的互連，這個(gè)網(wǎng)格線導(dǎo)體穿過屋頂邊緣線，挑檐和屋頂脊線?？諝舛私酉到y(tǒng)的網(wǎng)格方法網(wǎng)絡(luò)是這樣的方式，避雷器將始終至少有兩個(gè)金屬路由到地球，因此，雷電電流越來越容易到地球。

（二）引下線的設(shè)計(jì)。引下線的功能是減少由于雷電防護(hù)系統(tǒng)中的雷電流引起的損壞的概率，下導(dǎo)體必須被安排，從而有一個(gè)容易的浪涌電流路徑。在某些情況下，接地連接到鋼柱或鋼筋混凝土施工中的應(yīng)用。在大多數(shù)大型建筑中，重型鋼結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)低得多的阻抗路徑地球比單獨(dú)的下導(dǎo)體作為防雷系統(tǒng)的一部分。這些鋼柱可以用作下導(dǎo)體。由于不受結(jié)構(gòu)的影響，在平行的多個(gè)下導(dǎo)體路徑將導(dǎo)致建筑物頂部和基礎(chǔ)之間的較低的電壓差。這種電壓差可以是重要的建筑與電子設(shè)備之間的相互連接的地板，在天線塔和類似的情況下。除在天然下導(dǎo)體通過鋼筋的情況下，在每一個(gè)接地導(dǎo)體連接到接地桿上都應(yīng)安裝試驗(yàn)接頭。兩個(gè)引下線之間的距離應(yīng)該最少是其高度的兩倍多。

（三）接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其一是在一個(gè)或兩個(gè)屋頂?shù)慕ㄖ?，這空氣端接將無法嚙合，將有向下導(dǎo)體連接所有的地球終止，這種類型主要是用于低結(jié)構(gòu)，特別是房屋。其二是在這種接地系統(tǒng)是網(wǎng)狀的空氣端接系統(tǒng)和防雷系統(tǒng)與幾個(gè)下線優(yōu)先，這種類型的安排包括一個(gè)環(huán)形電極的結(jié)構(gòu)與土壤接觸的結(jié)構(gòu)，這種類型的接地被推薦為裸露的固體巖石，接地棒之間的距離應(yīng)該是地球桿的兩倍高度，每一個(gè)土坑應(yīng)至少1.5米遠(yuǎn)離任何建筑結(jié)構(gòu)，如果地球坑的位置靠近水管，那么土壤電阻率將減少，以獲得更好的浪涌電流的放電。

結(jié)論：（1）受到工程約束條件的限制，任何設(shè)計(jì)都有相應(yīng)的弊端，這些弊端都需要相應(yīng)的不就措施，由于防雷設(shè)施導(dǎo)流通路導(dǎo)體一般采用鋼材，其導(dǎo)電性能不及金屬銅但價(jià)格便宜，在所有防雷設(shè)施安裝完成以后，必須檢測(cè)并確保接地點(diǎn)的對(duì)地電阻小于1歐姆，只有達(dá)到這個(gè)要求，才能確保雷擊電流引起的電位差在安全范圍內(nèi)；（2）設(shè)計(jì)中的1類和2類防雷系統(tǒng)，需要每年檢測(cè)一側(cè)接地電阻和接地路徑的電阻；3類和4類防雷系統(tǒng)每兩年檢測(cè)一次；所有的防雷設(shè)施的性能要求必須達(dá)到或者由于國家規(guī)范的要求；

參考文獻(xiàn)：

[1]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，防雷施工及驗(yàn)收規(guī)范 2009