對(duì)工業(yè)廠房建筑的防雷及接地設(shè)計(jì)進(jìn)行分析
【摘要】一個(gè)大型的防雷接地系統(tǒng)，既要滿足國(guó)家規(guī)范對(duì)防雷接地設(shè)計(jì)的要求，又要結(jié)合實(shí)際情況，盡量的利用自然接地體或已有接地體與人工接地體相結(jié)合，并選擇合理的防雷接地材料，使該系統(tǒng)能有效的保護(hù)人員設(shè)備免受傷害，且達(dá)到長(zhǎng)期有效運(yùn)行。
【關(guān)鍵詞】雷電危害,防雷,接地設(shè)計(jì),材料,系統(tǒng)
1雷電的形成原因與負(fù)面影響
雷電就是在大氣中放電，一般來(lái)說(shuō)雷電出現(xiàn)的云氣象大部分是積雨云，尤其是雷雨云。對(duì)于雷雨云的成電學(xué)說(shuō)仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智，如今國(guó)際上普遍認(rèn)同溫差起電說(shuō)、感應(yīng)起電說(shuō)、冰晶與大水滴的破碎起電說(shuō)三種學(xué)說(shuō)，其分別從不同角度對(duì)雷云雨上正下負(fù)的電荷結(jié)構(gòu)的形成原因進(jìn)行分析，從而為人類開(kāi)展深入研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
閃電包括地閃、云閃與特殊的球閃，在這當(dāng)中地閃的破壞力最大，一次地閃的時(shí)間只有幾十微秒，指的就是把雷云雨儲(chǔ)藏的能量剎那間釋放至地面的閃擊點(diǎn)，出現(xiàn)的電勢(shì)差有幾萬(wàn)伏，雷電流約有幾十到幾百幾千安。雷電流的熱效應(yīng)可以熔化接閃點(diǎn)面積比較小的金屬抑或是在剎那間蒸發(fā)非金屬等的內(nèi)部水分而引發(fā)爆炸灼燒。此外，雷電流還可形成沖擊破、次聲波等不良影響，它可以在放電之后的地面建構(gòu)筑物之上產(chǎn)生局部高電勢(shì)，而雷電流的陡度與極大峰值還能產(chǎn)生巨大的電磁場(chǎng)，以形成感應(yīng)電流，大感應(yīng)電流與高電勢(shì)均會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)毀損到其內(nèi)部設(shè)備與建構(gòu)筑物，也許還會(huì)擊壞設(shè)備，讓金屬放電形成火花，更有甚者還會(huì)釀成火災(zāi)。對(duì)工業(yè)廠房，特別是化工廠房，甚至?xí)鸨�，造成巨大破壞和人身傷亡�?/p>
2接地保護(hù)的分類、方法
防雷最簡(jiǎn)潔的方法是接地。大地是一個(gè)電阻極低、電容量極大的物體，擁有吸收無(wú)限電荷的能力，且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此最適合作為電氣系統(tǒng)中的參考電位體。將非正常電流通過(guò)導(dǎo)體泄流到大地中，以保護(hù)人及設(shè)備免受電擊危害，是防雷接地保護(hù)的目的。接地按作用分類一般分為保護(hù)性接地和功能性接地兩種。
2.1保護(hù)性接地
�。�1）防電擊接地為了防止電氣設(shè)備外絕緣損壞或意外產(chǎn)生漏電流時(shí)，使平時(shí)不帶電的外露導(dǎo)電部分帶電而導(dǎo)致電擊，將設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接地，稱為防電擊接地。這種接地還可限制線路涌流或低壓線路、設(shè)備由于高壓竄入而引起的高電壓；當(dāng)電氣設(shè)備故障時(shí)，還有利于過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作而切斷電源。這種接地，也是狹義的“保護(hù)接地”。
�。�2）防雷擊接地將雷電流導(dǎo)人大地，以防止雷電流使人身受到電擊或設(shè)備受到損害為目的的接地。
（3）防靜電接地將靜電荷引導(dǎo)人大地，以防止由于靜電積聚對(duì)人體和設(shè)備造成危害而設(shè)置的接地。靜電感應(yīng)電流瞬時(shí)極值可達(dá)很大，有擊毀線路設(shè)備的可能。在化工廠內(nèi)防靜電接地多用于防止靜電對(duì)易燃易爆的油、氣儲(chǔ)罐、容器、反應(yīng)裝置及管道等的危險(xiǎn)所做的保護(hù)接地；也用于防止靜電敏感電子元器件遭受損傷而設(shè)。
�。�4）防電蝕接地地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽(yáng)極或陰極，防止電纜、金屬管道等受到電蝕。
2.2功能性接地
�。�1）工作接地為了保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止系統(tǒng)振蕩.保證繼電保護(hù)的可靠性，在交直流電力系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)胤竭M(jìn)行接地，交流系統(tǒng)一般為中性點(diǎn)，直流系統(tǒng)一般為中點(diǎn)。
�。�2）邏輯接地為了確保穩(wěn)定的參考電位，將電子設(shè)備中的某個(gè)適當(dāng)金屬器件作為“邏輯地”，一般采用金屬質(zhì)底板作邏輯地。
（3）屏蔽接地將電氣的干擾源引入大地中，抑制外來(lái)的電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的影響，也能減少電子設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾影響到其它設(shè)備。
2.3信號(hào)接地
信號(hào)接地為保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地，如檢測(cè)漏電流、阻抗測(cè)量電橋以及電暈放電損耗等電氣參數(shù)的接地。
3接地電阻
接地極或自然接地極的對(duì)地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻。接地電阻的數(shù)值等于接地裝置對(duì)地電壓與通過(guò)接地極流入地中電流的比值。按通過(guò)接地極流入地中工頻交流電流求得的電阻，稱為工頻接地電阻；按通過(guò)接地極流入地中沖擊電流求得的接地電阻，稱為沖擊接地電剛。接地極是指埋入地中并直接與大地接觸的各種金屬導(dǎo)體構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑的基礎(chǔ)、金屬管道和設(shè)備等。
無(wú)數(shù)事實(shí)證明接地電阻的大小直接影響接地系統(tǒng)的效果。在土壤電阻率很高的地方，要興建工業(yè)項(xiàng)目首先要考慮降低土壤電阻率。為了得到較低的接地電阻，通常用改變土壤濕度的方法來(lái)解決接地電阻高的問(wèn)題，有濕度必然有酸堿腐蝕及細(xì)菌游離物腐蝕；為了增加土壤的導(dǎo)電性，還會(huì)在土壤中加入導(dǎo)電介質(zhì)，大部分導(dǎo)電介質(zhì)都具有化學(xué)腐蝕性；還有一些電位差導(dǎo)致電腐蝕產(chǎn)生，工廠產(chǎn)品融入土壤造成的酸堿腐蝕等。這就使低接地電阻與腐蝕性產(chǎn)生了矛盾。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要在其中找到平衡點(diǎn)，選擇合適的方法降低接地電阻，選擇合適的接地材料抗腐蝕性，使接地系統(tǒng)長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行。
降低接地電阻的方法有：降阻劑及接地模塊、換土、加大接地網(wǎng)的面積、深井法、爆破法、增加接地極等幾種常用方法。使用降阻劑及接地模塊和換土的方法施工費(fèi)用及難度比較大，降阻效果不明顯且一定時(shí)間后容易隨著水土流失，達(dá)不到持續(xù)降阻的效果。
加大接地網(wǎng)的面積是最常用的方法之一，但是增加面積降阻的效果有限，面積增大一倍時(shí)，接地電阻才減少29.3%，有些廠區(qū)受面積限制，使用此方法也很難達(dá)到低接地電阻。深井法和爆破法常用于地質(zhì)惡劣條件，技術(shù)難度較大，危險(xiǎn)性較高，施工成本也較高。
接地極以占地面積小、施工難度低、降阻效果持久穩(wěn)定的特征常用于多種環(huán)境中。但是接地極與土壤接觸范圍較小泄流效果有限，每個(gè)接地極之間要保持一定距離以防止電流反擊，所以在廠區(qū)范圍內(nèi)接地極也不可無(wú)限增加。因此我們要選擇合適的接地極與接地網(wǎng)配合使用，才能達(dá)到滿意的接地效果。因?yàn)殂~的導(dǎo)電率較好，而且抗氧化的程度高，在普通腐蝕環(huán)境中多采用銅為接地體材料，考慮到成本因素，銅包鋼接地體更適合大面積使用。
鉛是不活潑金屬極耐腐蝕、鉛包銅即有銅的導(dǎo)電性又有鉛的全能防腐性，是目前接地最佳選用的材料，適合變電站，輸電線，發(fā)電產(chǎn)核心部分特別適合脫硫裝置等化工裝置強(qiáng)酸性腐蝕地區(qū)使用。
鋅的材料性能也具有陰極保護(hù)功能，鋅包鋼等含有較厚鍍鋅層的材料適合于堿性腐蝕地區(qū)使用。
4防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
工業(yè)廠房的防雷，應(yīng)根據(jù)其不同的使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》嚴(yán)格劃分其防雷類別，再按其防雷類別采用不同的防雷措施。工業(yè)廠房，特別在屋頂上有設(shè)備的，防雷網(wǎng)須根據(jù)其設(shè)備不同材質(zhì)考慮防雷措施，突出屋面的放散管、風(fēng)管、煙囪等物體，應(yīng)根據(jù)其是否是金屬物體及其排放物是否是爆炸性危險(xiǎn)氣體、蒸氣或粉塵確定不同的保護(hù)措施。
建筑物應(yīng)設(shè)置內(nèi)部防雷措施，這點(diǎn)在工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)中猶不可缺，因?yàn)楣I(yè)廠房較之民用建筑有更多的用電設(shè)備，其用電環(huán)境也比民用建筑復(fù)雜，因此廠房?jī)?nèi)部須作如下設(shè)計(jì)：建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內(nèi)系統(tǒng)、進(jìn)出建筑物的金屬管線應(yīng)與防雷裝置做防雷等電位連接；外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內(nèi)系統(tǒng)之間，尚應(yīng)滿足間隔距離的要求。
在化工工業(yè)廠區(qū)的設(shè)計(jì)中，一般采用綜合接地系統(tǒng)。防雷接地與防靜電接地等合用一套接地系統(tǒng)，接地電阻取各系統(tǒng)最小值。并入全廠接地網(wǎng)中。包含：避雷針、引下線和接地體。
把各種接地并入一個(gè)接地系統(tǒng)可以使全廠成為一個(gè)暢通的大型接地網(wǎng)。可以有效的避免雷擊時(shí)各個(gè)系統(tǒng)接地點(diǎn)間產(chǎn)生電位差，造成雷電反擊。否則在同一廠區(qū)內(nèi)，接地系統(tǒng)分開(kāi)，還需按《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》”設(shè)計(jì)防雷電反擊措施，增加接地系統(tǒng)的復(fù)雜性。建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)內(nèi)有大量鋼筋，按《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，要求焊接制作成基礎(chǔ)接地體，基礎(chǔ)接地體與土壤接觸面積大導(dǎo)流效果好，利用基礎(chǔ)和柱內(nèi)鋼筋做等電位連接板，將建筑物內(nèi)部的需要接地的器件全部連接起來(lái)，形成一個(gè)大的良好的等電位體。在雷電來(lái)襲時(shí)，可以保護(hù)內(nèi)部人員設(shè)備不受雷電反擊傷害。再利用人工接地裝置將基礎(chǔ)接地體和全廠接地網(wǎng)連接起來(lái)，這樣既可以增大接地網(wǎng)的接地面積，又克服了單體建構(gòu)筑物接地體的局限。
在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用的情況下，在低壓電源線路引入的總配電箱處裝設(shè)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，這在具體工程設(shè)計(jì)中，往往被設(shè)計(jì)者遺漏或所選電涌保護(hù)器規(guī)格不符規(guī)范要求。
5結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，一個(gè)大型的防雷接地系統(tǒng)，既要滿足國(guó)家規(guī)范對(duì)防雷接地設(shè)計(jì)的要求，又要結(jié)合實(shí)際情況，盡量的利用自然接地體或已有接地體與人工接地體相結(jié)合，并選擇合理的防雷接地材料，使該系統(tǒng)能有效的保護(hù)人員設(shè)備免受傷害，且達(dá)到長(zhǎng)期有效運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
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