防雷設(shè)計中的接地問題

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摘 要 針對防雷設(shè)計中電子設(shè)備的防雷接地，從外部防雷裝置中接地體的選用、有效降低接地電阻的大小來符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求以及選擇合適的聯(lián)合接地方式等 3個方面闡述了合理接地的問題。通過對布線、屏蔽和接地方式 ，空間電磁場對通信線路的電磁感應(yīng)影響情況和降阻劑對接地電阻的影響試驗，總結(jié)出了能夠保護電子設(shè)備的安全布線和接地方式。 

關(guān)鍵詞 防雷 ；接地 ；電子設(shè)備  引言  隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計算機系統(tǒng)和其他電子信息設(shè)備已深入各行各業(yè)，但 是這些 以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的電子設(shè)備因其集成度高、工作電壓低、運算速度快 ，其耐過 電壓、過電流和抗雷電電磁脈沖的能力差 ，極易遭受雷電的危害，從而使雷 電災(zāi)害由電力和建筑這 2個傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展到幾乎所有行業(yè) ，特別是通訊系統(tǒng)、信息技術(shù)數(shù)據(jù)中心、計算機中心以及微電子生產(chǎn)企業(yè)等重要 目標(biāo) ，如果遭到雷擊 ，產(chǎn)生的危害是非常嚴(yán)重的。  為了更好地預(yù)防雷擊對 電子設(shè)備的傷害 ，必須進行防雷設(shè)計 ，而接地是防雷技術(shù) 中最重要的環(huán)節(jié) ，更要加以重視 ，以往對 電子設(shè)備接地存在一些誤區(qū)，下面將分析一下 電子設(shè) 備防雷設(shè)計時 的幾個接地問題 。  防雷接地的目的  接地的 目的是使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地釋放 ，從而保護電子設(shè)備、建筑物和人員的安全 。雷擊損壞設(shè)備可分為受雷 電直擊 、受感應(yīng)雷影響所致 2種情況 。接地是分流和釋放直擊雷和感應(yīng)雷電磁干擾能量 的最有效的手段之一 ，也是電位均衡補償系統(tǒng)基礎(chǔ)。  沒有良好的接地系統(tǒng)或者避雷設(shè)施接地不良都會成為引雷入室 的禍患 ，同時還提供了雷電電磁脈沖對電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生電感性、電容性耦合干擾的機會 。良好的接地 ，才能有效地降低引下線上的電壓 ，避免發(fā)生電位反擊。  接地系統(tǒng)包括內(nèi)部電子設(shè)備防雷接地系統(tǒng)和外部防雷接地系統(tǒng) 2部分，內(nèi)部防雷接地 主要包括接地方式選擇、雷電過壓保護和內(nèi)部屏蔽距離等，外部防雷接地系統(tǒng)主要存在接地體的選用與降低接地電阻的大小等問題 。  接地問題  電子設(shè)備合適的接地方式  一些人認(rèn) 為為 了保護 電子設(shè)備免遭雷擊損壞 ，設(shè)備的接地應(yīng)該采用單獨的“通信地”，需要和建筑物防雷接地分開。這種理解是錯誤的。  在同一個機房電子設(shè)備中，可能有多種接地極 ，如避雷接地極、電源中性點接地極、電氣和電子設(shè)備的保護接地極以及電子設(shè)備 系統(tǒng)屏蔽接地極等 ，它們可分為強電保護接地極和弱 電抗干擾接地極。如果電子設(shè)備機房設(shè)置 2個分開的地 網(wǎng)，其實 2個地網(wǎng)之間是有一定關(guān)系且互相作用的，而不是徹底分開的，雷電流通過避雷強電接地地 網(wǎng)泄人大地時可造成接地點附近的地電位大幅度升高，隨著地電位的上升抬高了本身的電位，這樣雷擊發(fā)生時不同的接地體之間產(chǎn)生電位反擊。地電位反擊很可能導(dǎo)致電子設(shè)備的一些接 口引入過大的雷擊過 電壓和過電流 ，即使接 口部分有合理設(shè)計的防雷電路，電子設(shè)備也不能 有效 地 防止這種 情況 下 的設(shè) 備 遭受 雷擊損壞。  另外，線路屏蔽也必須 良好接地 ，對傳輸線路采取屏蔽措施，是 降低感應(yīng)雷擊破壞的有效方法。例如 ：計算機房應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)應(yīng)與機房內(nèi)環(huán)形接地母線均勻多點相連。機房 內(nèi)的 電力 電纜(線)、通信 電纜(線)宜盡量采用屏蔽電纜。架空電力線由終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽 電纜，進入機房前應(yīng)水平直埋長度 50 m以上 ，埋地深度應(yīng)大于0．8 m，屏蔽層 2端接地 ，非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平直埋 50 m以上 ，鐵管 2端接地，這樣才能最大限度地減少感應(yīng)雷擊侵入的渠道 ，保證等電位連接。  通過模擬不同的布線、屏蔽和接地方式 ，空間電磁場對通信線路的電磁感應(yīng)影響情況試驗，對計算機通信 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在 內(nèi)的布線和接地方式得 出如下結(jié)論 ：  通信電纜以及地線的布放應(yīng)盡量集中在設(shè)備機房的中部。通信電纜線槽以及地線線槽的布放應(yīng)盡量避免緊靠設(shè)備機房立柱或橫梁并沿設(shè)備機房立柱或橫梁布線較長的距離，通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能位于距離變電所立柱或橫梁較遠(yuǎn)的位置。高頻電纜在進入機房前其金屬屏蔽外皮，至少有 2處與避雷設(shè)備引下線連接。接地方式應(yīng)采用聯(lián)合接地方式 ，電子設(shè)備 的強 電保護接地和弱 電抗干擾接地接地必須和建筑物的防雷接地共用一個地網(wǎng)，交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等 4種接地應(yīng)共用一組接地裝置，有無線發(fā)射電子設(shè)備的，要求機房地網(wǎng)、天線地網(wǎng)和配電地網(wǎng)等連接成一個統(tǒng)一的地網(wǎng)。  如何選用接地體  接地體的選擇上應(yīng)該按照不 同的環(huán)境條件選用相應(yīng)的接地體接地體包括人工接地 體和 自然接地體。人工接地體有 2種基本形式：垂直接地體和水平接地體 ；垂直接地體常采用鍍鋅圓鋼、鍍鋅鋼管、鍍鋅角鋼或不等邊角鋼等 ，水平接地體多采用鍍鋅圓鋼、鍍鋅扁鋼，焊接處應(yīng)涂防腐漆，一般情況下垂直接地體用截面為 l50 mln×50 mln×4 mln，長度為2 500 mln的鍍鋅角鋼；水平接地體用截面為40 mln×4 mln的鍍鋅扁鋼。  在土壤電阻較低的地區(qū)，多采用垂直接地體形式，為了減少相鄰接地體的屏蔽效應(yīng)，垂直接地體間的距離及水平接地體間的距離一 般為 5 m，埋置深度不小于 0．6 m；另外，為防止直擊雷，降低跨步電壓 ，人工接地體應(yīng)距離建筑物 出人口和人行橫道的有效長度(從接地體到引下線的連接點)應(yīng)不小于3 m。  在土壤電阻較高的地區(qū)，根據(jù)電阻率的高低應(yīng)采用 4—6根 40—100 m長的射線(按射線狀埋設(shè)的接地體 ，以下同)，對于近處 60 m以內(nèi)有土壤電阻率較低地帶 ，可采用外引接地再加幾根射線 。  接地電阻  良好的接地效果是防雷成功 的重要保證之一 ，雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流。要想達(dá)到良好的防雷效果，接地電阻必須越小越好，而接地電阻的大小 ，是接地效果好壞的表征 。根據(jù)gb／t 2887— 2000《電子計算機場地通用規(guī)范》規(guī)定，防雷保護地的接地 電阻不應(yīng)大于 1o q，所 以設(shè)計時必須保證接  地電阻阻值滿足國標(biāo)要求 。  接地電阻包含接地體與接 閃器之間的連線 電阻、接地體本身的電阻、接地體與土壤的接觸 電阻、當(dāng)電流流人土壤后 ，土壤的電阻等 4部分。所 以接地電阻的大小取決于 4個方面，解決的辦法如下 ：① 接地體與接閃器之間的連接線宜短而直，材料為多股銅線 ；② 接地體之間所有 焊接點 ，除澆注在混凝土 中的以外 ，均應(yīng)進行防腐處理。接地體之間焊接時，焊接長度要求對扁鋼為寬邊的2倍，對圓鋼為其直徑的10倍 ；③ 接地體與土壤的接觸 電阻的大小與接地體的形狀 、接地體與土壤接觸的松緊程度直接有關(guān) 。要求接地體與土壤 的接觸要緊密 ，同時面積要足夠大 ，在腐蝕性較強的土壤 中應(yīng)采用鍍鋅等防腐措施或加大截 面，并將焊接處涂上 防銹漆 ；④ 當(dāng)電流流入土壤后 ，接地電阻與土壤的電阻率有關(guān) ，有關(guān)人工接地體接地 電阻阻值簡易計算式如表1所示。  由表 1可以看出接地電阻與 自然土壤 電阻 率p成正 比，與接地體的總長度成反 比。土壤的電阻率與土壤結(jié)構(gòu)(如黑土、粘土和沙土等)、土質(zhì)的緊密度 、濕度 、溫度以及土壤中含有可溶性的電解質(zhì)有關(guān) ，范圍從幾q．m(如 陶黏土10 q．m)到幾十萬q．m (如花崗巖 200 000 q．m)，一般土壤電阻率都在 102 ～10 q．m，而降阻劑 已經(jīng)能做到10。q．m，所 以要達(dá)到接地 電阻要求 ，降低接地電阻，必須采用接地降阻劑來改善土壤的電阻率 ．d，改善導(dǎo)電性能，增大接地體的有效半徑，從而增大接地體的流散面積 ，減小接觸電阻。  將降阻劑敷在接地電極和 自然土壤之間就猶如增大了接地電極 的直徑一樣 ，從而使接地電阻減小 ，在降阻劑澆灌的時候是半流體狀態(tài)，使它與周圍的土壤接觸緊密 ，減少 了接觸 電阻。同時需要在降阻劑的材料甄選 和施工 、工藝 等多方面采取措施 。  接地裝置 如 圖 1所 示，其中接地圍框為6 mm x 6 m，單根射線采用 10 mill的圓鋼。長度為33 m，埋深0．6 m，土壤為強風(fēng)化土壤層，土壤電阻率為792 q．m。  分別對接地構(gòu)件全部包覆降阻劑 、圍框及 1／3射線包覆降阻劑、圍框及 2／3射線包覆 降阻劑和全部不包覆降阻劑等多種情況下的接地 電阻進行了測量 ，測量結(jié)果如表 2所示 。    從試驗結(jié)果可以看出：① 全部不包覆降阻劑的時候 ，接地電阻為 16 q，所 以這時是不滿足不 大于10 q的國標(biāo)要求 ；② 在全部接地構(gòu)件包覆 降阻劑后 ，接地 電阻值從 16 q下降到 1．8 q，降低 80％以上，說明降阻劑可起到顯著降阻作用，滿足國標(biāo)要求 ；③ 當(dāng)圍框及 1／3射線包覆 降阻劑 時，接地 電阻從 16 q下降到4 q，繼續(xù)施加降阻劑時，下降速率己趨于平緩 ，說明后端 2／3射線長度包覆降阻劑所起到的降阻效果較小。  結(jié)束語  分析 了電子設(shè) 備在防雷接地技術(shù)上 的接地方式、接地體選用、接地電阻和降阻劑選擇等一些問題，驗證了降阻劑包覆接地構(gòu)件對接地電阻的影響 ，合理接地應(yīng)采用聯(lián)合接地方式、低阻、高效 、抗腐蝕的接地模塊、高效低毒低腐蝕性降阻劑和合理 的材料、工藝流程 、施工方法 。  總之，要做好電子設(shè)備的防雷工作，一定要從實際出發(fā)，堅持經(jīng)濟性 、合理性和靈活性 ，因地制宜 ，避免不必要的浪費。防雷是一項系統(tǒng)工程 ，只有充分重視起來，預(yù)防好所有可能引入雷電的途徑，才能真正起到防護雷電，保障人員和設(shè)備安全的作用。