防雷工程中的接地電阻分析


前言
綜合防雷系統工程中，無論各種接閃器還是防雷電感應的SPD，能起到防雷作用的重要環節之一，就是良好接地。接地電阻越大，分流的電流越大，防雷、電氣安全和抗干擾作用就越明顯。因此在我國的有關接地的規范中都規定了一個較低的接地電阻值。
而汽車、飛機、火箭等較大的移動體，不能與大地進行固定的接地，可把車身、機體代替大地（也稱為本體地）。以飛機為例，以機身電位為基準電位的等電位連接，由于機內范圍窄小，即使在絕緣損壞的事故情況下電位差也很小，因此飛機上的電氣安全得到有效保證。如果認為接地就是與大地相連，就違反了電氣安全的基本要求。
我們在實際的工程施工中，在一定的土質、氣候情況下，認真分析接地裝置的形狀、大小、材料、規格、等電位連接和有效的降阻措施。精心設計、規范施工可以實現花費少、降阻效果好的防雷工程。

1 接地電阻的定義

接地電阻實質上是電流經地面某點流向地下某確定點之間用歐姆定律計算出來的一個物理值，定義為接地極與電位為零的遠方接地極之間的歐姆律電阻。在實際工程中，由于測定接地電阻時，打入地下的接地金屬探針與流入地表某點的距離是人為的，因此，接地電阻值是不完全確定的。在防雷接地電阻測量時，是假定雷電流在地下疏散至40米處基本為零的前提下進行的，雖然如此，地下土壤結構的不同以及電流探針與接地極的方向不同、電壓探針與電流探針之間的距離不同，接地電阻值有時有本質上的不同。

2 正確認識接地

在防雷工程設計、施工、驗收過程中，人們習慣于將接地電阻的大小作為衡量防雷工程質量的重要指標，認為接地電阻越小，散流越快，落雷物體高電位保持時間就越短，危險越小，以至于跨步電壓、接觸電壓也越小。然而，理論和實踐證明，現代建筑物中往往有許多不同性質的電氣設備，需要多個接地系統（防雷接地、設備保護接地、屏蔽接地、防靜電接地等），這些接地都應納入等電位連接范圍內形成共用接地系統，但各接地系統連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還有造成反擊的可能。

3 接地電阻值的確定

接地電阻值的確定要有依據，要講究經濟效益，其定量要求要有定量的計算公式為依據。接地電阻值與接地電流密切相關，其阻抗取決于接地電大小流和頻率，在頻率較低時電阻為阻抗的主要分量。
3.1 防雷接地電阻
防雷接地的目的使雷電流順利入地。為了減小地面電壓，特別是采用A型接地裝置時接地電阻在可能條件下不宜大于10Ω（IEC62305—3）。就等電位而言，接地裝置的形狀和尺寸更為重要，對于安裝有電子系統或高火險建筑物以及在裸露堅硬巖石地區，最好采用B型接地裝置。
3.2 電子系統接地電阻
地面電子系統的“地”基本都與大地相連接，主要是防止外界電磁干擾和消除靜電危害，取得更加穩定的信號參考點。電子系統防止干擾的接地電阻計算公式并不多見，防靜電的接地電阻可以在幾百歐姆以上；空間干擾信號恒壓源分量不受接地電阻影響；其恒流源分量數值極小，其中低頻率分量在接地電阻控制在一定數值內時不會超過電子電路誤動作閾值，高頻分量的影響與接地電阻關系不大，因為接地系統的感抗遠遠大于電阻。
3.3 工頻電源系統接地電阻
低壓配電系統接地電阻取決于電源接地電流，它應限制接地電流在設備外露導電部分產生的接觸電壓小于50V的（一般情況下）。TN系統忽略感抗時應滿足R≤50/Ia（Ia為保護器件動作的接地故障電流A）；TT、IT系統為R×Id≤50V（Id為接地電流A）。10kV小電阻接地系統為R≤（1500—250）/ Id（Id為10V的接地電流A）。




高壓變電所（35kV以上的）還有個跨步電壓問題，也是通過計算高壓線路接地時產生的跨步電壓來提出接地電阻要求的。
3.4共用接地系統接地電阻
設備接地有系統接地和電源接地故障保護兩種，在安裝有高頻電子設備的建筑物中，電源接地故障保護的電阻要求最小，故以其為主，且已有計算公式。

4 做接地系統時應注意的問題

在做接地系統的接地體時，施工管理人員一定要認真負責檢查施工的全部過程。由于接地體是隱蔽工程，一般做好后埋于地下，甚至表面還用水泥混凝土澆灌。這樣，接地體做好以后，再想去檢查就困難了。因此要求施工管理人員要熟知地線有關圖紙、設計要求、施工工藝標準。在施工中嚴把質量關，特別是材料關。接地體做好以后一定要測量和檢查，經檢查接地體達到技術要求，才能進行掩埋處理。
4.1 做地線時應盡量減少土壤的電阻系數
土壤電阻率主要受溫度和濕度的影響。溫度引起土壤電阻率變化的比率，從20℃～-15℃變化的范圍，同一土地中電阻率隨溫度快樂增加459倍，這主要因為水的電阻率會因溫度的變化而起到敏銳的變化。因此接地點的選擇應在土壤濕度較大的地方，如辦公樓的背陰面、地下水的出口等，其次再考慮溫度對它的影響。
在電阻系數較高的土壤中，如砂質、巖石、長期冰凍的土壤中，要達到所要求的接地電阻是很困難的，因此通過以下措施減少土壤的電阻系數。
4.1.1 換土的方法。這種方法是用粘土、黑土及砂質性粘土等電阻系數較低的土壤代替接地體周圍原有的電阻系數較高的土壤。
4.1.2 埋深的方法。導體深埋后，土壤電阻系數有明顯降低的效果。實驗得知：如果在3m深處土壤電阻系數為100%；則在4m為75%；在6.5m為50%；在9m處為20%。這種方法還避免土壤凍結和干涸所造成的電阻系數增大。
4.1.3 人工處理的方法。在接地體周圍的土壤中摻雜如：煤渣、木炭、爐灰、電石渣、食鹽等導電性能好的物質；另外將氯化鈣、食鹽、硫酸鐵、硫酸銅等溶液浸漬接地體周圍的土壤，也對提高土壤導電率有利。
4.1.4 增加接地體的數量和布局的方法。這是一種最簡單，最常用，也是最可靠的方法。在此不再詳細介紹。
降低接地電阻的其他措施還有埋地管道的應用、利用基礎中混凝土內筋作接地體、深井接地、接地模塊、離子接地系統、鑄銅接地棒等。
4.2 在做接地體和接地連線時應注意的問題
在做接地體和接地連線時時，一定要注意使用的材料和具體的施工工藝。
3.2.1 在一般土壤中接地體可使用鍍鋅角鋼。角鋼接地體一般為40×40×4（mm）或50×50×5（mm）的角鋼，長度為2.5m，端部削尖，以便打入土中。接地體連線一般用40×40×4（mm）扁鋼或直徑為16mm的圓鋼相連接。
4.2.2 在堅實的土壤中，接地體應使用管形接地體。管形接地體一般使用直徑2英寸（有的地方使用的直徑更大一些），長度2.5m的鍍鋅鋼管。將鋼管一端敲扁或者前端加裝管針，以便打入土中。
4.2.3 焊接接地體和接地連線時一定要焊接牢靠，防止假焊；要切記兩種不同性質的金屬不要焊在一起，以免在土中發生電化學反應，加劇接地體的銹蝕。
4.2.4 做完接地體時，一方面要做好防腐處理；另一方面先測量接地電阻，后埋土夯實。
4.3 接地電阻測量點
在做接地系統的過程中，接地電阻的測量點是一個不可忽視的問題，否則，會給以后定期測量接地體電阻的準確值帶來不便。
在選定接地電阻測量點時應注意以下問題。
4.3.1 在做接地系統時，一定要在露出地面的引出線上，在方便測量的地方，在不易被其他東西或人碰撞損壞的地方，留一個接地電阻的測量點。
4.3.2 在做這個測量點時，要把從接地體引出線分為兩部分。這兩部分的連接是活動的，可拆開，可結合的連線。在正常工作時，這兩部分用連接螺栓緊密結合一體，一定要加彈簧墊圈。在需要測量接地電阻時，將兩部分分開。這樣不但可以排除其它線路與地線連接引起的測量誤差，也可以有效的