郑永卓
首钢股份公司，064400
摘 要：针对防雷接地系统的特点，提出防雷接地的措施，以确保电气设备和人员的安全。
关键词：雷电 防雷接地
雷电是一种随机现象，其发生的概率十分的小，但是随着计算机信息系统的微电子设备和大规模集成电路等弱电设备的广泛应用，使得这些系统遭受雷击的概率大大增加。信息系统遭受雷击以后，轻则毁坏系统中的数据，重则毁坏整个信息系统，使系统运行中断或毁坏。一个良好的接地是防雷系统顺利运行的重要保障。
1 接地在防雷系统中的重要性
防雷接地对电气设备、通信设备、计算机设备等的安全运行和人身安全是非常重要的，接地电阻过高以及接地体的损坏将严重威胁人身和系统设备的安全，影响系统的可靠运行，甚至会造成重大事故。经常会有一些信息系统装设了雷电防护系统以后，仍然遭受到了雷击，究其原因，除了信息系统的雷电防护不完善以外，还有很大一部分是因为雷电防护系统中的接地系统不合格造成的。
在我国，因接地装置腐蚀和地电阻过大而引起的雷击事故是近年来电力系统、通信系统和计算机网络的主要事故之一。由此可见，接地系统在雷电防护系统中的重要性。在防雷工程的实施过程和具体的接地问题中，要根据被保护设备的接地要求进行认真的分析研究，弄清接地的要求和诸地之间的关系，否则容易因接地的系统的不当而影响到计算机的稳定性和可靠性，从而毁坏设备，严重的还将危害到操作人员的安全。
2 接地电阻的概念
接地的主要技术指标是接地电阻的大小。接地电阻越小，则表明防雷系统的性能越好。在所有的各种新旧防雷规范中，都很强调“接地电阻”这个物理量的重要性，而且还对不同的情况规定了必需的数值限制，各地近年成立的避雷装置安全检测中心的主要工作，就是检测各防雷系统的接地电阻是否合格。
所谓的接地电阻与实验上用的接地电阻有很大的区别，是指以接地体的顶尖为一端，而另一端则是在大地的无穷远处。它是由接地体的金属电阻和整个大地电阻之和，后一部分电阻常被称为流散电阻，接地电阻实际上决定于流散电阻，因为金属接地体的电阻很小。但是在现实中，我们经常遇见冲击接地电阻这个概念，由于雷电是脉冲电流，在模拟雷电实验室称它为冲击电流。用这种电流通人大地进行测量时，发现电流(或冲击电压)增大到一定值后，电压于电流的比值不再是恒量，而是随着所加的冲击电压的增大而下降，也就是说不遵守欧姆定律，但是它更正确的反映出接地装置对雷电能量的泄放性能。为此，在很多地方经常使用冲击电阻这个概念。
3 国标中接地体的相关规定
在雷电防护系统中，主要的接地形式有直击雷接地、SPD设备的接地。国家标准中分别对各种不同类型的建筑物的接地电阻有不同的规定。
(1)独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置，每一条引下线的冲击接地电阻不宜大于100；在土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻；感应雷和信息系统的接地电阻值要求小于4Ω。
(2)防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环行接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω，并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连，此接地装置可兼做防雷电感应之用。当两者使用共用接地体时，接地电阻应小于4Ω。
(3)埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。人工垂直接地体的长度易为2.5m；人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m(当地方受限时可适当减少；人工接地体的在土壤中的埋设深度不应小于0.5m；防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3m)。当无法达到此要求时，应加大接地体的埋设深度，并在表面加沥青防护层。
4 接地系统的设计和方式
从防雷要求上来看，接地装置的接地电阻要求越小越好，但是又必须考虑经济合理和其他因素的影响。因此，防雷规范对不同情况的建筑，规定不同的接地电阻值。在设计接地体的过程中，应尽量使用共用接地系统，防止地电位反击损害设备。接地工程本身的特点决定了周围环境对工程效果的决定性影响，脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境等诸多因素的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节、气候以及可施工面积等因素决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择。
首先，我们要知道接地体的类型为何种用地；再根据相关标准和工程经验确定此种接地体所要达到的要求，并最终确定使用哪种类型的接地体。
接地系统的设计，主要根据土壤的电阻率、可使用土地面积的大小和接地体位置周边环境状况等综合因素考虑接地体的形状、所需的有效面积和使用材料等，并根据甲方的要求和具体情况，设计出符合国家相关标准的接地系统。每一种形状的接地体，只要确定了接地体周围土壤的电阻率，就可以根据理论公式计算出接地体电阻率的大小，如果所设计接地体的电阻不符合使用要求，则需采用 以下方法对接地体进行改造：①增大接地体的接地面积；②加大接地体的埋地深度；③将接地体周围高电阻率的土壤换成电阻率较低的土壤；④加降阻剂。
5 接地材料的选择和使用
在工程设计中，为了使接地体的接地电阻达到使用要求，接地体的材料选择至关重要。为解决接地体降阻与防腐的问题，国内外不少单位与企业投入了大量的人力与物力进行相关的研究工作。目前已研究出多种降阻剂和离子接地极，其作用都在于改善局部土壤条件，达到增加接地体等效直径、减少接地体与土壤间接触电阻的日的，从而起到降低接地电阻的作用。
(1)降阻剂：降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂。化学降阻剂自发现有污染水源和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂(也称为长效型降 阻剂)。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在较先进的降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：电化学防护，致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。物理降阻剂有超过20年的工程运用历史， 经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是施工工艺都已相当成熟。有的岩土电阻率高，但是在整体岩石之间常有较好的土壤间隙层，在这样的环境中，避开整体岩石，在间隙中开挖填灌降阻剂效果很好。
(2)非金属接地体模块：非金属接地体在通信、广电等部门有广泛应用。它是由导电能力优越的非金属材料复合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型。一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定；机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、 电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，多采用批量生产。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求(如电力工作地、防雷接地)时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体是不受腐蚀的接地体，其稳定性、环境适应性、使用寿命都是现有接地材料中最好的，不需要定期改造和维护。非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是，在不同地质条件下，也需要保证足够的接地面积才可以达到良好的效果。
(3)离子接地系统：离子接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都有脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导电性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统常用的金属材料有不锈钢、铜包钢和纯铜材。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料。铜包钢是铜一钢复合材料，钢材表面覆盖铜，由套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度从 0.01～0.50mm，越厚防腐效果越好。 纯铜材料防腐性能最好，但是成本太高。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积很小，可以满足地形严重局限的工程需要。特别是，补偿类型的接地系统有加长的设计，笔者曾使用过加长至24m的接地系统， 辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。
6接地系统的检测
防雷接地系统的检测主要是对接地电阻的测量，看电阻是否符合要求。所以接地电阻的检测是避雷装置安全检测工作中最重要又比较困难的环节。检测接地电阻的工作要摆脱单纯检测的建筑物的接地电阻值，还要注意均压措施是否符合规范的要求。由于接地体属于隐蔽工程，地下部分的检测难度很大，因此，要认真查看露出地面的部分的施工工艺，并要求施工方出具隐蔽工程施工报告，确保用户使用安全。
由于防雷接地系统直接关系到电气设备和人员的安全，必须采取有效措施，加强管理和监督，做到符合设计规范及各项施工规范的要求，确保人们的生命和财产不受雷击的损害。
参考文献
《现代防雷专辑(二)》工科物理杂志。1999
《建筑物防雷的变与不变》 马宏达 建筑电气杂志 2002年第2期。
《智能建筑的接地技术》王佳 电气&智能建筑杂志2002年6月。
《雷电防护是系统工程》张力欣 电气设计与设备2002牛第4期。