防雷接地基礎知識教材

　　防雷接地基礎知識教材

　　引下線說明

　　連接接閃器與接地裝置的金屬導體稱為引下線。

　　雷擊時引下線上有很大的雷電流流過，會對附近接地的設備、金屬管道、電源線等產生反擊或旁側閃擊。為了減少和避免這種反擊，現代建築利用建築物的柱筋作避雷引下線，經過實踐證明這種方法不但可行，而且比專門引下線有更多的優點，因為柱鋼筋與木梁、樓板的鋼筋，都是連接在一起的和接地網絡形成一個整體的"法拉第"籠，均處於等電位狀態。雷電流會很快被分散掉，可以避免發擊和旁側閃擊的現象發生。

　　關於引下線，"規範"作如下規定：《GB50057-94》引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸不小於下列數值：

　　圓鋼直徑為 8mm;扁鋼截麵為 48mm2;扁鋼厚度為 4mm。

　　裝在煙囪上的引下線其尺寸不小於：圓鋼直徑φ12mm;扁鋼厚度為4mm，截麵積為100 mm2。

　　所有引下線要鍍鋅或塗漆，在腐蝕性較強場所，還應加大截麵積或采取其他防腐措施。

　　引下線的固定支撐點間隔不得大於1.5-2m，引下線的敷設應保持一定的鬆緊度，不能拉的太緊，以免熱脹冷縮而拉斷。

　　為了減少引下線的電感量，引下線應沿最短接地路徑敷設。對於建築藝術要求較高的建築物，引下線可采用暗敷設，但截麵要加大。 由於建築物的造型不同，不能做直線引下時，應注意彎曲開口處兩點間的直線距離不得等於或小於彎曲部分線段的實際長度的0.1倍，一般彎曲處不用銳角盡量避免用直角。

　　引下線應裝在人員不易碰到的隱蔽地點，以防接觸電壓的危害。

　　距地麵2M以內的引下線，應有良好的保護，用瓷管或耐陽光的塑料管套住，避免人或動物觸碰。

　　為便於檢查避雷設施連接導體的導電情況和接地體的散流電阻，要在每根引下線上做斷接卡子，斷接卡子"規範"規定距地麵最高為1.8m。暗裝引下線也應在相應的地方做斷接卡子接線盒。(利用混凝土柱鋼筋做引下線時，不必做斷接卡子，但必須引出測量線端子外露牆麵)斷接卡子必須鍍鋅，並保護接觸麵嚴密，接觸麵不得小於10 mm2卡接母絲直徑必須大於8 mm，卡接母絲上應套有彈簧墊圈。

　　接地裝置

　　從避雷的角度講把接閃器通過引下線與大地作良好的電氣連接的裝置稱之為接地裝置。接地裝置的作用是把由接閃器和網絡屏蔽引來的雷電流因快地放瀉到大地中去，以保護人員、設備和建築物的安全。

　　理想的接地裝置(包括從接閃器到地麵的引線)是沒有電阻的，假如這樣的裝置存在那麼雷擊的時候不論雷電流有多大，接地裝置上任何一點對大地的電壓都為零。這樣的避雷係統對人來講是絕對安全的。但實際上，這樣的接地裝置是不存在的，所以引出很多接地的技術問題。 跨步電壓及防止措施當雷擊時雷電流從接地裝置向大地逸散，地麵各點之間就有電壓存在，當人站在接地裝置的地麵上，由於兩隻腳所站的地方不同，電位也就不同，在兩隻腳之間就有電壓，這兩腳之間的電壓叫做跨步電壓。跨步電壓越大流過人體的電流就越大，對人的生命就越危險。所以設計接地裝置時要給予重視。跨步電壓對赤腳的人尤其危險，因為人的腳直接與地麵接觸，接觸良好流過人體的電流就大危險自然就大。在工程上規定以0.8m作為跨步的距離，為減少跨步電壓，工程上多把建築物的避雷接地裝置做成圍繞建築物的一個閉合周圈，這樣在周圈內的電位梯度大大下降，跨步電壓就可以降低，如果接地周圈與地下金屬導管連結或接成金屬圈效果更好。

　　接觸電壓及防止措施

　　當雷電流經過引下線和接地裝置時，由於引下線本身和接地裝置都有電阻和電抗，因而會產生電壓降，這種電壓降有時高達幾萬伏，甚至幾拾萬伏，這時有人或牲畜接觸引下線就會發生觸電02manbetx.com 。我們稱人們因接觸引下線或帶電情況相似的其他金屬物所受到的電壓為接觸電壓。(也就是人的手與腳之間的電壓)除引下線可能發生接觸電壓外，那些與避雷裝置連通，或雖然不連通而絕緣距離不夠會受到反擊的金屬物體，也會出現這種現象。如牲畜棚安裝的避雷裝置與牲畜飲水用的自來水管連通或絕緣距離不夠時雷擊都會造成危險。

　　關於人能承受雷電造成的跨步電壓和接觸電壓是多少伏，允許流過的電流是多少安，至今還沒有得到明確的數據，但是經大量試驗可肯定，由於雷電的作用時間非常短，且具有脈衝、高頻的特性，人體對高頻、脈衝的電壓和電流耐受能力要比工頻大得多。根據各國發生的人身衝擊觸電02manbetx.com 03manbetx ，認為相當於雷電流持續時間的危險電流約為100A，如取人體的衝擊電阻值為300-500W，人腳對地的脈衝接觸電阻為600W，人體能承受的跨步電壓為90-110KV之間。而大牲畜由於四蹄著地，電流易經過心髒，所以對雷電流比人更敏感，例如：牛收到96KV的跨步電壓;74KV的接觸電壓，呼吸失常、心髒活動機能損傷、產生不可逆過程，有死亡的危險。

　　為了保證避雷裝置對人和牲畜的安全，應使其接地電阻不大於"規範"規定的數值，這樣可在雷電流放電時使接觸電壓減少，而且還能減少對建築物內部或上麵的金屬構件受反擊的危險。應將引下線和接地裝置安裝在人們不易接觸到的地方，為了防止接觸電壓危及人畜，盡可能將引下線覆蓋上絕緣物或把它隔離起來。

　　接地裝置的構成

　　接地裝置是由接地線和接地體兩部分構成的。

　　接地線：是指從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導體。分：接地幹線(也稱母線)和接地分支線

　　接地體：是指埋入土壤中或混凝土基礎中作散流用的導體。有人工接地體和自然接地體兩種，有些自然接地體埋入地中或水中，能 夠很好地起到降低接地電阻，均衡電位的作用，且能節約鋼材，能提高電氣本身運行的可靠性，還有一種是接地網性能較好。現03manbetx 如下：

　　可利用下列接地線與接地體連接：

　　接地網：是把需要接地的各係統，統一接到一個地網上或者把各係統原來的接地網通過地下或者地上用金屬連接起來，使它們之間成為電氣相通的統一接地網。接地網又分共用接地網和獨立接地網兩類。但最終獨立接地網會被共用接地網所取代。

　　接地線

　　製作接地線，在地下不得用裸鋁導體、蛇皮管(金屬軟管)、管道保溫層的金屬外皮或金屬網以及電纜金屬護層，因為這些材質的強度差又易腐蝕，作接地線很不可靠，故不能用作接地線。接地線應與水平接地體的截麵相同。

　　種類、規格及單位 地 上 地 下

　　室內 室外 交流電回路 直流電回路

　　圓鋼直徑(mm) 6 8 10 12

　　扁鋼 截麵(mm)2厚度(mm) 603 1004 1004 1006

　　角鋼厚度(mm)鋼管管壁厚度(mm) 22.5 2.52.5 43.5 64.5

　　接地母線：也稱接地連接線，即從引下線斷線卡或換線處至接地體和連接垂直接地體之間的連接線。

　　接地母線一般使用-40mm×4mm的鍍鋅扁鋼。

　　接地母線之間的連接應采用搭接焊接。《見建築電氣安裝工程實用技術手冊下冊第七篇建築防雷及接地裝置安裝》。

　　人工接地體

　　人工接地體分鋼材製品和銅板製品。在鋼材製品中又分垂直安裝接地體和水平安裝接地體兩種。現分類介紹如下：

　　一、 垂直接地體：長度不小於2.5m的L50×50的角鋼、DN50鋼管或φ20的圓鋼，圓鋼、鋼管的端部加工成斜口或鍛造成錐形;角鋼的一端應鋸成尖頭形狀，尖點應保持在角鋼的角脊線上並使兩斜邊對稱。

　　見圖：

　　接地體的安裝：在接地極溝內放在溝的中心線上，垂直打入地下，頂部距地麵不小於0.6m，間距不小於兩根接地體長度之和(即不小於5m)，當受地方限製時，可適當減少一些距離，但不小於接地體的本身長度。接地體與地麵保持垂直，防止接地體與土壤間產生縫隙，增加接觸電阻影響散流效果。附設在腐蝕性較強的場所或土壤電阻率大於100Ω.m潮濕土壤中的接地裝置，應適當加大截麵或熱鍍鋅。

　　二、 水平接地體：水平接地體多用於環繞建築物四周的聯合接地，常用-40mm×4mm鍍鋅扁鋼，最小截麵不應小於100mm2,厚度不應小於4mm。當接地體溝挖好後應垂直敷設在地溝內(不應平放)，垂直放置時，散流電阻較小。頂部埋設深度距地麵不應小於0.6m，水平接地體多根平行附設時水平間距不小於5m。

　　沿建築物外麵四周附設成閉合環狀的水平接地體，可埋設在建築物散水及灰土基礎以外的基礎槽邊。不要把水平地體直接埋在建築物基礎坑的土壤裏，因為接地體受土壤的腐蝕早晚會損壞的，被建築物壓在下邊，日後也無法維修。

　　三、 銅板接地體：

　　銅板接地體一般使用900mm×900mm×1.5mm的銅板，銅板與接地線的連接有四種形式：

　　1. 在接地銅板上打孔，用單股φ1.3-2.5銅線將銅接地線(絞線)綁紮在銅板上，在銅絞線的兩側用氣焊焊接。

　　2. 在接地銅板上打孔，將銅接地絞線分開拉直、搪錫後分四處用單股φ1.3-2.5銅線綁紮在銅板上，用錫逐根與銅板焊好。

　　3. 在接線端部，銅端子與銅接地板的接觸麵處搪錫，用φ5-6的銅鉚釘將端子與銅板鉚緊，在接線端子周圍進行錫焊。銅端子規格為-30×1.5L=750mm。

　　4. 使用-25×1.5的扁鋼板進行銅焊固定連接。

　　過去討論接地的時候，總是把討論的焦點放在要求接地電阻小於多少歐姆上。長期以來，人們有一個錯覺，認為接地電阻越小避雷效果就越好，被保護的對象就安全。當然電阻越小散流越快，雷擊的高電位保留時間越短，危險性越小，其跨步電壓、接觸電壓產生的機遇也就越小。但是，近十幾年來的實踐證明，與其說接地電阻值重要，不如說接地裝置的結構更合理、重要。 現在的城市，在一座建築物內有許多不同性質的電氣設備，需要多種接地裝置，如避雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計算機係統接地(也叫直流接地，在數字邏輯係統中叫邏輯接地)等，這麽多係統的接地到底采用哪重好呢?現一一解釋如下：根據實踐證明，共用接地是應用最為廣泛的接地方式。

　　一、 獨立接地：

　　如上麵所談到的需要接地的部分，都分別獨立地建立自己的接地係統，這種接地方式稱為獨立接地。它的好處是各係統之間不會造成互相幹擾，這對通信係統尤其重要。但網絡容易被雷擊壞，故除有防爆炸要求的危險環境必須要采用獨立的避雷方式外，一般不主張采用獨立接地的方式。這種獨立接地在六、七十年代以前采用比較多，現在多被共用接地所取代。

　　二、 共用接地：

　　也叫統一接地。它是把需要接地的各個係統統一接到一個接地裝置上，或者把各係統原來的接地裝置通過地下或者地上用金屬導體連接起來，使它們之間成為暢通的電氣接地統一地網，這樣的接地方式為共用接地。共用接地是目前應用最廣泛的接地方式。

　　三、 一點接地：

　　把各係統的接地線接到接地母線同一點或同一金屬平麵上，這樣的方法叫:一點接地"法。一點接地法能解

　　決各係統接地線的等電位問題，所以能夠降低各係統之間的幹擾程度，尤其是50HZ工頻信號對係統的幹擾基

　　本上得以消除，所以一點接地法在工程上得到廣泛應用。

　　一點接地消除了公共阻抗耦合和低頻接地環路引起的幹擾。能很好地工作於1MHZ及以上的額頻率，當整個係統的尺寸較小時(最大尺寸小於l /20，l為幹擾信號的波長)可以應用到10MHZ。

　　四、 多點接地：

　　各係統的接地線采用多點短連線的接地方式，稱作多點接地。

　　當信號或電磁幹擾的頻率相當高或采用快速邏輯時，電容耦合效應將會產生某種幹擾耦合，這時引線長度成為主要矛盾，必須采用多點接地使串聯阻抗減至最小，並將駐波減至最小。多點接地方式應用於高頻電路(f>10MHZ)。

　　在二三十年以前，幹擾被稱為無線電頻率幹擾，因為絕大多數的噪音和幹擾信號出自無線電頻率。現今電子計算機、數字技術和邏輯電路不斷擴大應用領域，現在的幹擾被稱為電磁幹擾。電磁幹擾包括導電性電磁幹擾，其幹擾能量通過導線或電纜從一電路傳送到另一電路。減少導電性電磁幹擾是通過電路的合理設計，采用濾波器和電路的合理接地來實現的;輻射性電磁幹擾其能量是通過空氣中的電磁場傳送的。在設計外殼和箱體時，通過選用合理的屏蔽材料，構造技術和設備布置以及采用合理的接地技術等等來減少輻射性電磁幹擾。其中處理好接地工程是防電磁幹擾最重要的技術措施。 低頻率幹擾絕大部分是通過線路互相耦合而來的，即前麵所提到的共阻抗耦合。當兩個電路電流流經同一個公共阻抗時一個電路上的電流在這個阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路，這就是共阻抗耦合。

　　如果一個公用的接地網在不同的地方分別接上連線。由於共阻抗耦合關係，各連線之間將有Vg1和Vgz的電壓，各連線的接地點電壓不會一樣。Vg1和Vgz就是幹擾電壓，經放大後就可能直接影響通信或控製信號。 多點接地的優點允許存在許多接地環路，這時同時使用低頻率的電路是有害的，如有上述情況時，可考慮采用混合接地的方法。

　　五、 混合接地：

　　所謂混合接地是在一部設備內的各電路板以最短的導線與機殼連接，或者信號電路相關的幾部設備，以最短的導線與同一個金屬體連接接地，然後多台設備分別用金屬線接到地網的同一點上。像這樣的接地方式稱為混合接地。

　　混合接地在工程上最簡單的辦法，是在交流電源送進房屋的總開關處，把零線重複接地(或把零線接到房屋的結構主鋼筋上)，然後在電源的零線處引出一條PE線連接所有應該接地的點。

　　六、 環形接地多用於地網，就是把接地體沿建築物周圍圍成一個閉合環。這樣的接地網可以使到界麵以內的電場分布比較均勻，減少跨步電壓對人的危害，也減少室內在受雷擊時，由於地麵電位梯度大而產生對設備高壓反擊的危險。

　　七、 基礎接地體：

　　利用建築物基礎內的鋼筋，按"規範"要求連接製作的接地體稱為基礎接地體。有的人認為，在基礎內的鋼筋，被混凝土包住不可能與大地導通起到接地體的作用。事實上幹燥的混凝土是很好的絕緣體，而含有水份的混凝土與含水份的土壤接觸時，毛細管將水份吸收到混凝土裏使混凝土保持較高的含水量，從而降低了混凝土的電阻率，與大地通若一體。

　　接地電阻

　　接地裝置的接地電阻是包括接地體的對地電阻和接地線電阻的總和。接地電阻的數值等於接地裝置對地電壓與通過接地體流入地中電流的比值。

　　接地體的對地電阻又稱為流散電阻它的數值比接地線的電阻大得多，所以接地電阻一般可認為等於流散電阻，大地的流散電阻是非線性電阻。

　　根據通過接地體流入地中的電流性質不同，又可將接地電阻分為工頻接地電阻(流入地中的電流為工頻電流時，求得的接地電阻)與衝擊接地電阻(流入地中的電流為雷電流時，求得的接地電阻)兩種。一般用R~表示工頻接地電阻;Ri表示衝擊接地電阻。

　　換算係數A為二者的比值：

　　A= Ri A的值與土壤成分的電阻率r有關，r大時相應A曲線就高。

　　不同的情況選用不同的A，A從《建築物防雷設計規範》GB50057-94給出的曲線上可查。從這些曲線可看出A值恒大於1，即Ri值恒小於R~。如用搖表測阻儀測出R~值除以A就可得到Ri值。

　　現就有關01manbetx 對部分電氣設備接地電阻的規定數值列入下表：部分電氣裝置要求的接地電阻值

　　電氣裝置名稱 接地的電氣裝置特點 接地電阻

　　1KV以下中性點直接接地和不接地的係統 與總容量在100KVA以上的發電機或變壓器相聯的接地裝置。 R ≤ 4

　　同上裝置的重複接地。 R ≤10

　　與總容量在100KVA及以下的發電機或變壓器相聯的接地裝置。 R ≤10

　　同上裝置的重複接地。 R ≤30

　　低壓架空電力線路 低壓線路水泥杆、金屬杆。 R ≤30

　　零線重複接地。 R ≤10

　　低壓進戶絕緣子鐵腳。 R ≤30

　　建築物防雷裝置 第一類防雷建築物(防直擊雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第一類防雷建築物(防感應雷) R ≤10

　　第二類防雷建築物(防直擊雷、感應雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第三類防雷建築物(防直擊雷) R ≤30 煙囪、水塔接地 R ≤30

　　電氣裝置名稱 接地的電氣裝置特點 接地電阻

　　1KV以下中性點直接接地和不接地的係統 與總容量在100KVA以上的發電機或變壓器相聯的接地裝置。 R ≤ 4

　　同上裝置的重複接地。 R ≤10

　　與總容量在100KVA及以下的發電機或變壓器相聯的接地裝置。 R ≤10

　　同上裝置的重複接地。 R ≤30

　　低壓架空電力線路 低壓線路水泥杆、金屬杆。 R ≤30

　　零線重複接地。 R ≤10

　　低壓進戶絕緣子鐵腳。 R ≤30

　　建築物防雷裝置 第一類防雷建築物(防直擊雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第一類防雷建築物(防感應雷) R ≤10

　　第二類防雷建築物(防直擊雷、感應雷及雷電波侵入) R ≤10

　　第三類防雷建築物(防直擊雷) R ≤30

　　煙囪、水塔接地 R ≤30

　　接零與其他有關接地的概念

　　以上介紹了與防雷工程有關的各種接地，現把接零與有關接地的概念介紹如下：

　　一、 接零：

　　發電機、配電變壓器的中性點叫做零點，由中性點引出的線叫做零線。用電設備的金屬外殼接到零線上稱為接零。

　　二、 工作接地：

　　供電係統變壓器的中性點直接接地為工作接地，工作接地可以保證電器設備可靠地運行，降低人體接觸電壓。

　　三、 保護接地：

　　所有電器設備在正常工作情況下，不帶電的金屬部分作良好的接地為保護接地，保護接地主要保護人員的工作安全。

　　四、 重複接地：

　　將零線上的多點與大地多次作金屬性連接稱重複接地。

　　當中性點直接接地係統中發生碰殼或接地短路時，可以降低對地電壓;當零線發生斷裂時，可以使故障的危害程度減輕。

　　五、 靜電接地：

　　設備移動或物體在管道中移動，因摩擦產生靜電，它聚集在管道、容器和儲罐或加工設備上，形成很高的電位對人身安全及對設備和建築物都危險。作了靜電接地，靜電一旦產生就導入地中以消除其聚集的可能。油罐車後尾及轎車後尾拖一根接觸地麵的導電橡膠即屬於靜電接地。

　　六、 直流工作接地(也稱邏輯接地、信號接地)：

　　計算機及一切微電子設備大部分采用中、大規模集成電路，具有同一"電位"參考點，將所有設備的"零"電位點接於同一接地裝置上，這樣它可以穩定電路的電位，防止外來幹擾這種接地稱為直流工作接地。

　　七、 計算機房需設的接地：計算機房的接地問題是個很複雜的問題，目前它應設有四種接地：

　　1、直流邏輯接地：見上麵介紹;

　　2、屏蔽接地：主機房屏蔽應有良好的接地;

　　3、防雷接地：采用建築物的防雷工程接地;

　　4、交流工作接地：為保護接零係統，地極與屏蔽接地可以共用。