防雷接地工程技術(shù)設(shè)計方案

1、 防雷接地工程技術(shù)方案 第一部分 雷電概述及破壞性雷電是由天空中云層間的相互高速運動、劇烈磨擦，使高端云層和低端云層帶上相反電荷。此時，低端云層在其下面的大地上也感應(yīng)出大量的異種電荷，形成一個極大的電容，當(dāng)其場強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生對地放電，這就是雷電現(xiàn)象。 在氣象學(xué)中，常用雷暴日數(shù)、年平均雷暴日數(shù)、年平均地面落雷密度，來表征某個地方雷電活動的 頻繁程度和強(qiáng)度。此外，也使用年雷閃頻數(shù)來評價雷電活動,它是指1000平方公里范圍內(nèi)一年共發(fā)生雷閃擊的次數(shù)。 我國一般按年平均雷暴日數(shù)將雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)（<20天）、多雷區(qū)（2040天）、高雷區(qū)（4080天）、強(qiáng)雷區(qū)（>80

2、天）。我國的雷電活動，夏季最活躍，冬季最少。全球分布是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。a. 雷電的破壞性雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達(dá)到一定程度（25 30kV/cm）時，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。 通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。直擊雷是帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，地面某些范圍由于散流電阻大，出現(xiàn)局部高電壓，或在直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓、而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷。 1）直擊雷破壞：當(dāng)雷電直接擊在建筑物上，強(qiáng)大的雷電流使

3、建（構(gòu)）筑物水份受熱汽化膨脹，從而產(chǎn)生很大的機(jī)械力，導(dǎo)致建筑物燃燒或爆炸。另外，當(dāng)雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時 ，這時對地電位升高，有可能向臨近的物體跳擊，稱為雷電“反擊”，從而造成火災(zāi)或人身傷亡。 2）感應(yīng)雷破壞：感應(yīng)雷破壞也稱為二次破壞。它分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷兩種。由于雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍物體放電，感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線上就會對設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞性。 附圖：某煙廠配電柜及設(shè)備被雷擊損壞圖 3）靜電感應(yīng)雷：帶有大量負(fù)電荷的雷云所產(chǎn)生的電場將會在金屬導(dǎo)線上感應(yīng)出被電場束縛的正 

4、電荷。當(dāng)雷云對地放電或云間放電時，云層中的負(fù)電荷在一瞬間消失了（嚴(yán)格說是大大減弱），那么在線 路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛，在電勢能的作用下，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊。 4）電磁感應(yīng)雷：雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上。由于避雷針的存在，建筑物上落雷機(jī)會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機(jī)會和程度一般來說是增加了，對用電設(shè)備造成極大危害。因此，避雷針引下線通體要有良好的導(dǎo)電性，接地體一定要處于低阻抗?fàn)顟B(tài)。5）雷電波引入的破壞：當(dāng)雷電接近架空管線時，高壓沖擊波會沿架空

5、管線侵入室內(nèi)，造成高電流引入，這樣可能引起設(shè)備損壞或人身傷亡事故。附圖：傳導(dǎo)雷進(jìn)入室內(nèi)附圖：傳導(dǎo)雷對設(shè)備的損壞6）開關(guān)過電壓:供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負(fù)載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達(dá)到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。由此產(chǎn)生的雷電及過電壓對電子設(shè)備的破壞主要有以下幾個方面：a、過高的過電壓擊穿半導(dǎo)體，造成永久性損壞；b、較低而更為頻繁的過電壓雖在元器件的耐壓范圍之內(nèi)，亦使器件的工作壽命大大縮短；c、電能轉(zhuǎn)化為熱能，毀壞觸點、導(dǎo)線及印刷電路板，甚至造成火災(zāi)；2008年超過12722多件案例損壞原因的分析：雷擊3168%(

6、雷擊及操作過電壓)盜竊701%火災(zāi)488%水災(zāi)622%不小心誤操作2267%其它2676%風(fēng)暴078%2雷電防護(hù)原理雷電防護(hù)系統(tǒng)由三部分組成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防護(hù)，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。過渡防護(hù)，由合理的設(shè)置防雷器、屏蔽、接地、布線組成，可減少入侵引入的感應(yīng)雷電流。內(nèi)部防護(hù)，由均壓等電位連接和過電壓保護(hù)組成，可均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。概括地說，當(dāng)今電子設(shè)備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護(hù)五種方法。（1）分流利用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上

7、。（2）屏蔽控制室內(nèi)所有的電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在控制室建設(shè)中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使其形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應(yīng)）干擾控制室內(nèi)設(shè)備。（3）等電位連接將控制室內(nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼等金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接，以均衡電位。（4）接地 在控制室電源系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作、保護(hù)控制室設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統(tǒng)。（5）過電壓保護(hù)在電源線上安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)器(防雷器)，利用其非線性效應(yīng)，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護(hù)設(shè)備不被過電壓破壞。主要

8、的保護(hù)器件為氧化鋅壓敏電阻、二極或三極放電管、快速鉗位二極管等，根據(jù)需要進(jìn)行組合，構(gòu)成完整的防雷保護(hù)器。LPZ3 區(qū)LPZ2 區(qū)LPZ1 區(qū)LPZ0B 區(qū)第二級第三級避雷針電源線路LPZ0A區(qū)第一級附圖：雷電防護(hù)原理 第二部分 設(shè)計依據(jù)a. 設(shè)計依據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-94 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范 GB50543-2004建筑物防雷防雷裝置保護(hù)、級別的選擇 IEC61024-1-1民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范范              &

9、#160;     JGJ/T16-92   雷電電磁脈沖的防護(hù)護(hù)                     IECI312    2方案設(shè)計原則本方案根據(jù)機(jī)房所處的地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)律等的基礎(chǔ)上，因地制宜地采取防雷措施，防止或減少雷擊所發(fā)生的財產(chǎn)損失，以安全可靠、技術(shù)先進(jìn)

10、、經(jīng)濟(jì)合理為原則，設(shè)計本方案，以達(dá)到對機(jī)房弱電系統(tǒng)的防雷保護(hù)。第三部分 雷電防護(hù)措施一方案設(shè)計范圍室外機(jī)柜接地地網(wǎng)的制作。二方案設(shè)計目標(biāo)保護(hù)機(jī)柜內(nèi)的電源系統(tǒng)免遭感應(yīng)雷損壞，保障設(shè)備的安全和工作的有序進(jìn)行。三機(jī)柜接地系統(tǒng)防雷設(shè)計1.接地地網(wǎng)制作地網(wǎng)是提供雷電泄放的重要通道，一個良好的接地地網(wǎng)是非常重要的，它是防雷的基礎(chǔ)。良好的接地和合理的接地方式能夠充分發(fā)揮防雷器件的作用，接地電阻越大，越不利于過壓過流的消散，因此接地電阻應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況來看，機(jī)柜在室外，且周圍地面為水泥路面，對于接地施工來講難度較大。如采用非金屬接地模塊或作傳統(tǒng)接地，不僅對路面的破壞性很大而且降阻效果

11、不十分理想。具體解決方案一：采用聯(lián)合接地：要求地阻4。接地方式：垂直/水平接地體，采用離子棒。（純銅）聯(lián)接方式：采用銅包鋼火熔焊接。地 網(wǎng)：沿機(jī)柜外對稱敷設(shè)，地網(wǎng)與室外機(jī)柜地線相連。依據(jù)以上要求，設(shè)計接地如下，選用型號為LKX高導(dǎo)活性離子接地單元以及型號為HX-AA17銅包鋼，接地體采用高導(dǎo)活性離子填充劑填充，型號為LKX-JZJ，接地體及填充劑具體數(shù)量計算過程如下： （1）接地體數(shù)量計算1）單根垂直接地極加降阻劑后的接地電阻計算公式Pld1R1土壤電阻率.M單根垂直接地體長度m降阻劑充填后的直徑m 單根垂直接地極接地電阻3202.50.1585.599084392）多根垂直接地極并聯(lián)后的接地

12、電阻計算公式R1NRc單根垂直接地極接地電阻利用系數(shù)垂直接地體根數(shù)垂直接地極并聯(lián)后電阻85.599084391243.5666285163）水平接地體使用降阻劑后的接地電阻計算公式PLhd2或bARs土壤電阻率.M水平接地體的長度m水平接地體埋設(shè)深度m降阻劑充填后的直徑m/等效直徑 系數(shù)水平接地體的電阻32016510.0977452814.18059256系數(shù)A參考DL/T621-1997交流電氣裝置的接地附錄A(第16頁）4）水平接地體填充降阻劑后等效直徑d2計算公式JzkdJzgdd2降阻劑填充寬度m降阻劑填充高度m截面等效直徑m0.150.050.0977452825）垂直接地體與水平

13、接地體并聯(lián)后的接地電阻公式RcRsn水平連接線R垂直接地極并聯(lián)后電阻水平接地體的電阻利用系數(shù)（見下表）復(fù)合網(wǎng)總接地電阻3.5666285164924641171（2）垂直接地體填充劑填充數(shù)量計算公式1）單根垂直接地體填充降阻劑的體積計算公式 d1dlv1降阻劑充填后的直徑m垂直接地體直徑m單根垂直接地體長度m單根體積差m30.150.0532.50.0386435882）全部垂直接地體外填充降阻劑數(shù)量計算公式gc=Vc*g1NVcg1gc垂直接地體根數(shù)垂直接地體外總體積m31立方米填充數(shù)量kg/m3垂直接地體所需要降阻劑數(shù)量kg240.9274461835774.41

14、749353）水平接地體外填充降阻劑數(shù)量計算公式gs=g1*VsJzkdJzgdLVsg1gs降阻劑填充寬度m降阻劑填充高度m水平接地體的長度m水平接地體填充降阻劑總體積m31立方米填充數(shù)量kg/m3水平接地體所需要降阻劑數(shù)量kg0.150.051651.23758351033.31254）降阻劑總數(shù)量計算公式gcgsg垂直接地體所需要降阻劑數(shù)量kg水平接地體所需要降阻劑數(shù)量kg降阻劑總量kg774.41749351033.31251807.729994設(shè)計結(jié)論：采用2套LKX-JDJ型離子接地單元在機(jī)柜外對稱埋設(shè)；接地體周邊采用離子填充劑回填。離子填充劑數(shù)量為4袋。接地裝置的使用壽命計算由于

15、接地體外都填充高導(dǎo)活性離子填充劑進(jìn)行防腐處理，該填充劑對鋼接地體的平均年腐蝕率為0.0035mm/a，接地裝置的水平接地體使用40×4mm的扁鋼，100年僅腐蝕去0.35mm，即扁鋼腐蝕后截面積為144mm2。取保守值，接地裝置的使用壽命可達(dá)30年以上。長效離子接地極特點近幾年的工程實踐及多行業(yè)的應(yīng)用表明，長效離子接地技術(shù)真正適合于高土壤電阻率地區(qū)應(yīng)用，從降阻原理看屬于降低土壤電阻率技術(shù)，克服 了降阻劑的眾多缺點，阻值長效穩(wěn)定。長效離子接地技術(shù)，已經(jīng)可以解決降低巖土電阻率不持久的技術(shù)難題，施工后的接地電阻值可穩(wěn)定在30年以上。該技術(shù)具有如下先進(jìn)特點：1以離子接地極為單位的單元接地技術(shù)

16、。每套接地極降阻效果好，在同等土壤條件下是同樣尺寸接地極電阻的1/10。2離子接地極采用（3米長度）銅合金管作為垂直接地極，內(nèi)、外分別填充離子礦物結(jié)構(gòu)，形成高效、持續(xù)離子擴(kuò)散機(jī)制，改善電阻區(qū)域巖土的物理化學(xué)特征，提高巖土離子交換的程度，使得電阻區(qū)域離子濃度始終維持在一個相對穩(wěn)定的水平，破壞巖土中金屬電化學(xué)腐蝕機(jī)制，有效地防止了金屬接地體的腐蝕。3雙層離子礦物結(jié)構(gòu)具有良好的容水性、持水性、給水性特點，能綜合改善電阻區(qū)域巖土水理特征，使含水量長期、穩(wěn)定地保持在一定的水平，接地電阻也長期、穩(wěn)定地保持在低阻值狀態(tài)。4離子接地系統(tǒng)中，雙層離子礦物結(jié)構(gòu)可進(jìn)行維護(hù)，定期補充流失掉的離子,廠家可后續(xù)服務(wù)。高導(dǎo)

17、活性離子填充劑特點1.高導(dǎo)活性離子填充劑本身具有極低的電阻率，并能夠滲透到周邊土壤中，形成樹根狀結(jié)構(gòu)，其主要用途是改善接地體周邊的土壤電阻率，進(jìn)而降低接地電阻。2.接地電阻的影響因素中最重要的是土壤電阻率，并且接地電阻的絕大部分集中在環(huán)繞接地體周圍很小一部分的土壤中，外置高導(dǎo)活性離子填充劑取代了環(huán)繞接地體周圍很小的這部分土壤，降低了接地電阻。同時由于其具有強(qiáng)滲透性，在填充劑外部形成樹根狀結(jié)構(gòu)，等效于增加了接地體與土壤的接觸面積，同樣具有大幅度降低接地電阻的作用。3.填充劑的材料配比是高導(dǎo)活性離子接地單元的核心技術(shù)之一。其目標(biāo)是使得填充劑整體性能具有高導(dǎo)電性和強(qiáng)滲透性，同時填充劑還能在接地體安裝

18、后適度產(chǎn)生膨脹，使土壤、外填充劑和金屬接地體間緊密接觸，一方面減少了接觸電阻，另一方面外填充劑和金屬接地體間的緊密接觸隔絕了空氣，避免了其對金屬的腐蝕，與金屬接地體的鈍化處理共同作用，有效地防止了接地體的腐蝕，大幅度延長了接地體的使用壽命。此外，填充劑還具有吸水、保水的功能，使水分含量長期、穩(wěn)定地保持在一定的水平，接地電阻也長期、穩(wěn)定地保持在低阻值狀態(tài)。長效離子接地單元與地網(wǎng)的連接技術(shù)熱熔焊接技術(shù)離子接地單元通過銅管接地極上的銅纜與地網(wǎng)鍍鋅扁鋼采用快速熱熔焊接工藝連接。快速熱熔焊接工藝特別為工地惡劣環(huán)境使用而設(shè)計，能有效避免銅鐵腐蝕，高效迅速。熱熔焊接是放熱熔接的一種，它利用化學(xué)反應(yīng)（放熱反應(yīng)

19、）時產(chǎn)生超高熱來完成熔接的一種方法。 熱熔焊接化學(xué)反應(yīng)速度非常快，僅幾秒就可以完成焊接，產(chǎn)生熱量極高可以有效的傳導(dǎo)至熔接部位，使其熔為一體，形成分子結(jié)合。它無須其他任何熱能，若用于接地線路金屬導(dǎo)體的連接是最好的方法。使用熱熔焊接須使用特制的模具為工具，它是用耐高溫的石墨經(jīng)過精心設(shè)計而成。一個熔模有幾部分組成，它包括摸穴、注入孔熔接劑等組成。模穴的形狀、尺寸熔化金屬的流向等，均經(jīng)過嚴(yán)密的設(shè)計制造而成接的接頭不僅外觀精美而且能保證質(zhì)量。熱熔焊接接頭形式為下圖：接地單元安裝施工方法1、長效離子接地單元的安裝施工方法與傳統(tǒng)接地網(wǎng)的接地體施工有很大不同。離子接地單元安裝可通過機(jī)具鉆孔或人工開挖的方式，形

20、成符合安裝要求的孔坑，然后將接地極植入其中，注入外層填充劑，蓋好維護(hù)帽，回填土、夯實即可。2、施工步驟：(1) 可通過機(jī)具鉆孔或人工開挖的方式指定位置上打出約4米深的150mm極坑； (2) 將接地單元所配的填充料用水充分?jǐn)嚢铻楹隣?，注入孔?nèi)；(3) 將金屬接地極下端封住小孔的封帶去除后垂直放入地上孔中。(4) 注意將接地極連接導(dǎo)線引出至合適位置，將其余填充料注入接地極周圍的空隙中，將細(xì)土回填直至與地面相平，回填土?xí)r應(yīng)適量灑水，分層夯實。(5) 各接地單元引出線與扁鋼連接使用火熔焊接；(6) 扁鋼與扁鋼電氣焊接，工藝要求符合規(guī)程要求；(7) 離子接地單元示意圖垂直接地體之間間隔為6-12m，水

21、平接地體用35m2的銅包鋼絞線，水平接地體與垂直接地體須焊接牢固。接地體安裝完成后，逐層回填泥土，在接地體周圍不得填入磚石、焦渣、垃圾之類的雜物，并保證接地體阻值不大于4。方案二：電鑄銅包鋼接地棒作接地體制作地網(wǎng)，接地阻值小于4。鑄銅接地棒、接地扁鋼是用特殊的電鑄技術(shù)將99.9%的純銅均勻覆蓋到低碳鋼芯上，具有銅層厚（0.25mm）、粘合度好、不剝離（可軋制螺紋）等特點。它的優(yōu)點是抗拉強(qiáng)度大（高達(dá)60N/ mm2），耐腐蝕性強(qiáng)（可保證使用壽命在10年以上），有恒定的低電阻及良好的可塑性，既有與銅相同的導(dǎo)電性能又兼有鋼材特性。 鑄銅接地棒配有高強(qiáng)度特種鋼材制成的驅(qū)動頭和鉆頭，施工時可以輕易地將棒打入地下，深度可達(dá)30 m以上，減少了施工時很多麻煩，降低安裝成本。 由本公司接地材料構(gòu)成的免維護(hù)接地裝置，可減少很多為檢查、維修、更換傳統(tǒng)接地裝置而付出的人力、物力、財力。產(chǎn)品示意圖：序號項 目名稱型 號品牌數(shù)量單位單價（元）金額（元）備 注一接地系統(tǒng)1離子接地極LKX-JDJLKX4套12000480003銅包鋼絞線HX35CHX30米185404熱熔焊劑HXRJHX2瓶1202405熱熔模具（含夾）HXMJHX1個5005006