防雷设计中的接地问题

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摘 要 针对防雷设计中电子设备的防雷接地，从外部防雷装置中接地体的选用、有效降低接地电阻的大小来符合国家标准要求以及选择合适的联合接地方式等 3个方面阐述了合理接地的问题。通过对布线、屏蔽和接地方式 ，空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况和降阻剂对接地电阻的影响试验，总结出了能够保护电子设备的安全布线和接地方式。 

关键词 防雷 ；接地 ；电子设备  引言  随着电子技术的发展，计算机系统和其他电子信息设备已深入各行各业，但 是这些 以微电子技术为基础的电子设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快 ，其耐过 电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力差 ，极易遭受雷电的危害，从而使雷 电灾害由电力和建筑这 2个传统领域扩展到几乎所有行业 ，特别是通讯系统、信息技术数据中心、计算机中心以及微电子生产企业等重要 目标 ，如果遭到雷击 ，产生的危害是非常严重的。  为了更好地预防雷击对 电子设备的伤害 ，必须进行防雷设计 ，而接地是防雷技术 中最重要的环节 ，更要加以重视 ，以往对 电子设备接地存在一些误区，下面将分析一下 电子设 备防雷设计时 的几个接地问题 。  防雷接地的目的  接地的 目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地释放 ，从而保护电子设备、建筑物和人员的安全 。雷击损坏设备可分为受雷 电直击 、受感应雷影响所致 2种情况 。接地是分流和释放直击雷和感应雷电磁干扰能量 的最有效的手段之一 ，也是电位均衡补偿系统基础。  没有良好的接地系统或者避雷设施接地不良都会成为引雷入室 的祸患 ，同时还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会 。良好的接地 ，才能有效地降低引下线上的电压 ，避免发生电位反击。  接地系统包括内部电子设备防雷接地系统和外部防雷接地系统 2部分，内部防雷接地 主要包括接地方式选择、雷电过压保护和内部屏蔽距离等，外部防雷接地系统主要存在接地体的选用与降低接地电阻的大小等问题 。  接地问题  电子设备合适的接地方式  一些人认 为为 了保护 电子设备免遭雷击损坏 ，设备的接地应该采用单独的“通信地”，需要和建筑物防雷接地分开。这种理解是错误的。  在同一个机房电子设备中，可能有多种接地极 ，如避雷接地极、电源中性点接地极、电气和电子设备的保护接地极以及电子设备 系统屏蔽接地极等 ，它们可分为强电保护接地极和弱 电抗干扰接地极。如果电子设备机房设置 2个分开的地 网，其实 2个地网之间是有一定关系且互相作用的，而不是彻底分开的，雷电流通过避雷强电接地地 网泄人大地时可造成接地点附近的地电位大幅度升高，随着地电位的上升抬高了本身的电位，这样雷击发生时不同的接地体之间产生电位反击。地电位反击很可能导致电子设备的一些接 口引入过大的雷击过 电压和过电流 ，即使接 口部分有合理设计的防雷电路，电子设备也不能 有效 地 防止这种 情况 下 的设 备 遭受 雷击损坏。  另外，线路屏蔽也必须 良好接地 ，对传输线路采取屏蔽措施，是 降低感应雷击破坏的有效方法。例如 ：计算机房应敷设金属屏蔽网，屏蔽网应与机房内环形接地母线均匀多点相连。机房 内的 电力 电缆(线)、通信 电缆(线)宜尽量采用屏蔽电缆。架空电力线由终端杆引下后应更换为屏蔽 电缆，进入机房前应水平直埋长度 50 m以上 ，埋地深度应大于0．8 m，屏蔽层 2端接地 ，非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋 50 m以上 ，铁管 2端接地，这样才能最大限度地减少感应雷击侵入的渠道 ，保证等电位连接。  通过模拟不同的布线、屏蔽和接地方式 ，空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况试验，对计算机通信 网络系统在 内的布线和接地方式得 出如下结论 ：  通信电缆以及地线的布放应尽量集中在设备机房的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠设备机房立柱或横梁并沿设备机房立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离变电所立柱或横梁较远的位置。高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮，至少有 2处与避雷设备引下线连接。接地方式应采用联合接地方式 ，电子设备 的强 电保护接地和弱 电抗干扰接地接地必须和建筑物的防雷接地共用一个地网，交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等 4种接地应共用一组接地装置，有无线发射电子设备的，要求机房地网、天线地网和配电地网等连接成一个统一的地网。  如何选用接地体  接地体的选择上应该按照不 同的环境条件选用相应的接地体接地体包括人工接地 体和 自然接地体。人工接地体有 2种基本形式：垂直接地体和水平接地体 ；垂直接地体常采用镀锌圆钢、镀锌钢管、镀锌角钢或不等边角钢等 ，水平接地体多采用镀锌圆钢、镀锌扁钢，焊接处应涂防腐漆，一般情况下垂直接地体用截面为 l50 mln×50 mln×4 mln，长度为2 500 mln的镀锌角钢；水平接地体用截面为40 mln×4 mln的镀锌扁钢。  在土壤电阻较低的地区，多采用垂直接地体形式，为了减少相邻接地体的屏蔽效应，垂直接地体间的距离及水平接地体间的距离一 般为 5 m，埋置深度不小于 0．6 m；另外，为防止直击雷，降低跨步电压 ，人工接地体应距离建筑物 出人口和人行横道的有效长度(从接地体到引下线的连接点)应不小于3 m。  在土壤电阻较高的地区，根据电阻率的高低应采用 4—6根 40—100 m长的射线(按射线状埋设的接地体 ，以下同)，对于近处 60 m以内有土壤电阻率较低地带 ，可采用外引接地再加几根射线 。  接地电阻  良好的接地效果是防雷成功 的重要保证之一 ，雷电的破坏作用主要是雷电流引起的，雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流。要想达到良好的防雷效果，接地电阻必须越小越好，而接地电阻的大小 ，是接地效果好坏的表征 。根据gb／t 2887— 2000《电子计算机场地通用规范》规定，防雷保护地的接地 电阻不应大于 1o q，所 以设计时必须保证接  地电阻阻值满足国标要求 。  接地电阻包含接地体与接 闪器之间的连线 电阻、接地体本身的电阻、接地体与土壤的接触 电阻、当电流流人土壤后 ，土壤的电阻等 4部分。所 以接地电阻的大小取决于 4个方面，解决的办法如下 ：① 接地体与接闪器之间的连接线宜短而直，材料为多股铜线 ；② 接地体之间所有 焊接点 ，除浇注在混凝土 中的以外 ，均应进行防腐处理。接地体之间焊接时，焊接长度要求对扁钢为宽边的2倍，对圆钢为其直径的10倍 ；③ 接地体与土壤的接触 电阻的大小与接地体的形状 、接地体与土壤接触的松紧程度直接有关 。要求接地体与土壤 的接触要紧密 ，同时面积要足够大 ，在腐蚀性较强的土壤 中应采用镀锌等防腐措施或加大截 面，并将焊接处涂上 防锈漆 ；④ 当电流流入土壤后 ，接地电阻与土壤的电阻率有关 ，有关人工接地体接地 电阻阻值简易计算式如表1所示。  由表 1可以看出接地电阻与 自然土壤 电阻 率p成正 比，与接地体的总长度成反 比。土壤的电阻率与土壤结构(如黑土、粘土和沙土等)、土质的紧密度 、湿度 、温度以及土壤中含有可溶性的电解质有关 ，范围从几q．m(如 陶黏土10 q．m)到几十万q．m (如花岗岩 200 000 q．m)，一般土壤电阻率都在 102 ～10 q．m，而降阻剂 已经能做到10。q．m，所 以要达到接地 电阻要求 ，降低接地电阻，必须采用接地降阻剂来改善土壤的电阻率 ．d，改善导电性能，增大接地体的有效半径，从而增大接地体的流散面积 ，减小接触电阻。  将降阻剂敷在接地电极和 自然土壤之间就犹如增大了接地电极 的直径一样 ，从而使接地电阻减小 ，在降阻剂浇灌的时候是半流体状态，使它与周围的土壤接触紧密 ，减少 了接触 电阻。同时需要在降阻剂的材料甄选 和施工 、工艺 等多方面采取措施 。  接地装置 如 图 1所 示，其中接地围框为6 mm x 6 m，单根射线采用 10 mill的圆钢。长度为33 m，埋深0．6 m，土壤为强风化土壤层，土壤电阻率为792 q．m。  分别对接地构件全部包覆降阻剂 、围框及 1／3射线包覆降阻剂、围框及 2／3射线包覆 降阻剂和全部不包覆降阻剂等多种情况下的接地 电阻进行了测量 ，测量结果如表 2所示 。    从试验结果可以看出：① 全部不包覆降阻剂的时候 ，接地电阻为 16 q，所 以这时是不满足不 大于10 q的国标要求 ；② 在全部接地构件包覆 降阻剂后 ，接地 电阻值从 16 q下降到 1．8 q，降低 80％以上，说明降阻剂可起到显著降阻作用，满足国标要求 ；③ 当围框及 1／3射线包覆 降阻剂 时，接地 电阻从 16 q下降到4 q，继续施加降阻剂时，下降速率己趋于平缓 ，说明后端 2／3射线长度包覆降阻剂所起到的降阻效果较小。  结束语  分析 了电子设 备在防雷接地技术上 的接地方式、接地体选用、接地电阻和降阻剂选择等一些问题，验证了降阻剂包覆接地构件对接地电阻的影响 ，合理接地应采用联合接地方式、低阻、高效 、抗腐蚀的接地模块、高效低毒低腐蚀性降阻剂和合理 的材料、工艺流程 、施工方法 。  总之，要做好电子设备的防雷工作，一定要从实际出发，坚持经济性 、合理性和灵活性 ，因地制宜 ，避免不必要的浪费。防雷是一项系统工程 ，只有充分重视起来，预防好所有可能引入雷电的途径，才能真正起到防护雷电，保障人员和设备安全的作用。