防雷技术

防雷工程中的接地电阻分析


前言
综合防雷系统工程中，无论各种接闪器还是防雷电感应的SPD，能起到防雷作用的重要环节之一，就是良好接地。接地电阻越大，分流的电流越大，防雷、电气安全和抗干扰作用就越明显。因此在我国的有关接地的规范中都规定了一个较低的接地电阻值。
而汽车、飞机、火箭等较大的移动体，不能与大地进行固定的接地，可把车身、机体代替大地（也称为本体地）。以飞机为例，以机身电位为基准电位的等电位连接，由于机内范围窄小，即使在绝缘损坏的事故情况下电位差也很小，因此飞机上的电气安全得到有效保证。如果认为接地就是与大地相连，就违反了电气安全的基本要求。
我们在实际的工程施工中，在一定的土质、气候情况下，认真分析接地装置的形状、大小、材料、规格、等电位连接和有效的降阻措施。精心设计、规范施工可以实现花费少、降阻效果好的防雷工程。

1 接地电阻的定义

接地电阻实质上是电流经地面某点流向地下某确定点之间用欧姆定律计算出来的一个物理值，定义为接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。在实际工程中，由于测定接地电阻时，打入地下的接地金属探针与流入地表某点的距离是人为的，因此，接地电阻值是不完全确定的。在防雷接地电阻测量时，是假定雷电流在地下疏散至40米处基本为零的前提下进行的，虽然如此，地下土壤结构的不同以及电流探针与接地极的方向不同、电压探针与电流探针之间的距离不同，接地电阻值有时有本质上的不同。

2 正确认识接地

在防雷工程设计、施工、验收过程中，人们习惯于将接地电阻的大小作为衡量防雷工程质量的重要指标，认为接地电阻越小，散流越快，落雷物体高电位保持时间就越短，危险越小，以至于跨步电压、接触电压也越小。然而，理论和实践证明，现代建筑物中往往有许多不同性质的电气设备，需要多个接地系统（防雷接地、设备保护接地、屏蔽接地、防静电接地等），这些接地都应纳入等电位连接范围内形成共用接地系统，但各接地系统连接采用不同的接地形式，接地效果就不同，有些不合理的接地形式还有造成反击的可能。

3 接地电阻值的确定

接地电阻值的确定要有依据，要讲究经济效益，其定量要求要有定量的计算公式为依据。接地电阻值与接地电流密切相关，其阻抗取决于接地电大小流和频率，在频率较低时电阻为阻抗的主要分量。
3.1 防雷接地电阻
防雷接地的目的使雷电流顺利入地。为了减小地面电压，特别是采用A型接地装置时接地电阻在可能条件下不宜大于10Ω（IEC62305—3）。就等电位而言，接地装置的形状和尺寸更为重要，对于安装有电子系统或高火险建筑物以及在裸露坚硬岩石地区，最好采用B型接地装置。
3.2 电子系统接地电阻
地面电子系统的“地”基本都与大地相连接，主要是防止外界电磁干扰和消除静电危害，取得更加稳定的信号参考点。电子系统防止干扰的接地电阻计算公式并不多见，防静电的接地电阻可以在几百欧姆以上；空间干扰信号恒压源分量不受接地电阻影响；其恒流源分量数值极小，其中低频率分量在接地电阻控制在一定数值内时不会超过电子电路误动作阈值，高频分量的影响与接地电阻关系不大，因为接地系统的感抗远远大于电阻。
3.3 工频电源系统接地电阻
低压配电系统接地电阻取决于电源接地电流，它应限制接地电流在设备外露导电部分产生的接触电压小于50V的（一般情况下）。TN系统忽略感抗时应满足R≤50/Ia（Ia为保护器件动作的接地故障电流A）；TT、IT系统为R×Id≤50V（Id为接地电流A）。10kV小电阻接地系统为R≤（1500—250）/ Id（Id为10V的接地电流A）。




高压变电所（35kV以上的）还有个跨步电压问题，也是通过计算高压线路接地时产生的跨步电压来提出接地电阻要求的。
3.4共用接地系统接地电阻
设备接地有系统接地和电源接地故障保护两种，在安装有高频电子设备的建筑物中，电源接地故障保护的电阻要求最小，故以其为主，且已有计算公式。

4 做接地系统时应注意的问题

在做接地系统的接地体时，施工管理人员一定要认真负责检查施工的全部过程。由于接地体是隐蔽工程，一般做好后埋于地下，甚至表面还用水泥混凝土浇灌。这样，接地体做好以后，再想去检查就困难了。因此要求施工管理人员要熟知地线有关图纸、设计要求、施工工艺标准。在施工中严把质量关，特别是材料关。接地体做好以后一定要测量和检查，经检查接地体达到技术要求，才能进行掩埋处理。
4.1 做地线时应尽量减少土壤的电阻系数
土壤电阻率主要受温度和湿度的影响。温度引起土壤电阻率变化的比率，从20℃～-15℃变化的范围，同一土地中电阻率随温度快乐增加459倍，这主要因为水的电阻率会因温度的变化而起到敏锐的变化。因此接地点的选择应在土壤湿度较大的地方，如办公楼的背阴面、地下水的出口等，其次再考虑温度对它的影响。
在电阻系数较高的土壤中，如砂质、岩石、长期冰冻的土壤中，要达到所要求的接地电阻是很困难的，因此通过以下措施减少土壤的电阻系数。
4.1.1 换土的方法。这种方法是用粘土、黑土及砂质性粘土等电阻系数较低的土壤代替接地体周围原有的电阻系数较高的土壤。
4.1.2 埋深的方法。导体深埋后，土壤电阻系数有明显降低的效果。实验得知：如果在3m深处土壤电阻系数为100%；则在4m为75%；在6.5m为50%；在9m处为20%。这种方法还避免土壤冻结和干涸所造成的电阻系数增大。
4.1.3 人工处理的方法。在接地体周围的土壤中掺杂如：煤渣、木炭、炉灰、电石渣、食盐等导电性能好的物质；另外将氯化钙、食盐、硫酸铁、硫酸铜等溶液浸渍接地体周围的土壤，也对提高土壤导电率有利。
4.1.4 增加接地体的数量和布局的方法。这是一种最简单，最常用，也是最可靠的方法。在此不再详细介绍。
降低接地电阻的其他措施还有埋地管道的应用、利用基础中混凝土内筋作接地体、深井接地、接地模块、离子接地系统、铸铜接地棒等。
4.2 在做接地体和接地连线时应注意的问题
在做接地体和接地连线时时，一定要注意使用的材料和具体的施工工艺。
3.2.1 在一般土壤中接地体可使用镀锌角钢。角钢接地体一般为40×40×4（mm）或50×50×5（mm）的角钢，长度为2.5m，端部削尖，以便打入土中。接地体连线一般用40×40×4（mm）扁钢或直径为16mm的圆钢相连接。
4.2.2 在坚实的土壤中，接地体应使用管形接地体。管形接地体一般使用直径2英寸（有的地方使用的直径更大一些），长度2.5m的镀锌钢管。将钢管一端敲扁或者前端加装管针，以便打入土中。
4.2.3 焊接接地体和接地连线时一定要焊接牢靠，防止假焊；要切记两种不同性质的金属不要焊在一起，以免在土中发生电化学反应，加剧接地体的锈蚀。
4.2.4 做完接地体时，一方面要做好防腐处理；另一方面先测量接地电阻，后埋土夯实。
4.3 接地电阻测量点
在做接地系统的过程中，接地电阻的测量点是一个不可忽视的问题，否则，会给以后定期测量接地体电阻的准确值带来不便。
在选定接地电阻测量点时应注意以下问题。
4.3.1 在做接地系统时，一定要在露出地面的引出线上，在方便测量的地方，在不易被其他东西或人碰撞损坏的地方，留一个接地电阻的测量点。
4.3.2 在做这个测量点时，要把从接地体引出线分为两部分。这两部分的连接是活动的，可拆开，可结合的连线。在正常工作时，这两部分用连接螺栓紧密结合一体，一定要加弹簧垫圈。在需要测量接地电阻时，将两部分分开。这样不但可以排除其它线路与地线连接引起的测量误差，也可以有效的