對工業(yè)廠房建筑的防雷及接地設計進行分析
【摘要】一個大型的防雷接地系統(tǒng)，既要滿足國家規(guī)范對防雷接地設計的要求，又要結合實際情況，盡量的利用自然接地體或已有接地體與人工接地體相結合，并選擇合理的防雷接地材料，使該系統(tǒng)能有效的保護人員設備免受傷害，且達到長期有效運行。
【關鍵詞】雷電危害,防雷,接地設計,材料,系統(tǒng)
1雷電的形成原因與負面影響
雷電就是在大氣中放電，一般來說雷電出現的云氣象大部分是積雨云，尤其是雷雨云。對于雷雨云的成電學說仁者見仁智者見智，如今國際上普遍認同溫差起電說、感應起電說、冰晶與大水滴的破碎起電說三種學說，其分別從不同角度對雷云雨上正下負的電荷結構的形成原因進行分析，從而為人類開展深入研究打下堅實的基礎。
閃電包括地閃、云閃與特殊的球閃，在這當中地閃的破壞力最大，一次地閃的時間只有幾十微秒，指的就是把雷云雨儲藏的能量剎那間釋放至地面的閃擊點，出現的電勢差有幾萬伏，雷電流約有幾十到幾百幾千安。雷電流的熱效應可以熔化接閃點面積比較小的金屬抑或是在剎那間蒸發(fā)非金屬等的內部水分而引發(fā)爆炸灼燒。此外，雷電流還可形成沖擊破、次聲波等不良影響，它可以在放電之后的地面建構筑物之上產生局部高電勢，而雷電流的陡度與極大峰值還能產生巨大的電磁場，以形成感應電流，大感應電流與高電勢均會在一定時間內毀損到其內部設備與建構筑物，也許還會擊壞設備，讓金屬放電形成火花，更有甚者還會釀成火災。對工業(yè)廠房，特別是化工廠房，甚至會引起爆炸，造成巨大破壞和人身傷亡。
2接地保護的分類、方法
防雷最簡潔的方法是接地。大地是一個電阻極低、電容量極大的物體，擁有吸收無限電荷的能力，且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此最適合作為電氣系統(tǒng)中的參考電位體。將非正常電流通過導體泄流到大地中，以保護人及設備免受電擊危害，是防雷接地保護的目的。接地按作用分類一般分為保護性接地和功能性接地兩種。
2.1保護性接地
（1）防電擊接地為了防止電氣設備外絕緣損壞或意外產生漏電流時，使平時不帶電的外露導電部分帶電而導致電擊，將設備的外露導電部分接地，稱為防電擊接地。這種接地還可限制線路涌流或低壓線路、設備由于高壓竄入而引起的高電壓；當電氣設備故障時，還有利于過電流保護裝置動作而切斷電源。這種接地，也是狹義的“保護接地”。
�。�2）防雷擊接地將雷電流導人大地，以防止雷電流使人身受到電擊或設備受到損害為目的的接地。
（3）防靜電接地將靜電荷引導人大地，以防止由于靜電積聚對人體和設備造成危害而設置的接地。靜電感應電流瞬時極值可達很大，有擊毀線路設備的可能。在化工廠內防靜電接地多用于防止靜電對易燃易爆的油、氣儲罐、容器、反應裝置及管道等的危險所做的保護接地；也用于防止靜電敏感電子元器件遭受損傷而設。
�。�4）防電蝕接地地下埋設金屬體作為犧牲陽極或陰極，防止電纜、金屬管道等受到電蝕。
2.2功能性接地
（1）工作接地為了保證電力系統(tǒng)正常運行，防止系統(tǒng)振蕩.保證繼電保護的可靠性，在交直流電力系統(tǒng)的適當地方進行接地，交流系統(tǒng)一般為中性點，直流系統(tǒng)一般為中點。
（2）邏輯接地為了確保穩(wěn)定的參考電位，將電子設備中的某個適當金屬器件作為“邏輯地”，一般采用金屬質底板作邏輯地。
�。�3）屏蔽接地將電氣的干擾源引入大地中，抑制外來的電磁干擾對電子設備的影響，也能減少電子設備本身產生的干擾影響到其它設備。
2.3信號接地
信號接地為保證信號具有穩(wěn)定的基準電位而設置的接地，如檢測漏電流、阻抗測量電橋以及電暈放電損耗等電氣參數的接地。
3接地電阻
接地極或自然接地極的對地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻。接地電阻的數值等于接地裝置對地電壓與通過接地極流入地中電流的比值。按通過接地極流入地中工頻交流電流求得的電阻，稱為工頻接地電阻；按通過接地極流入地中沖擊電流求得的接地電阻，稱為沖擊接地電剛。接地極是指埋入地中并直接與大地接觸的各種金屬導體構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑的基礎、金屬管道和設備等。
無數事實證明接地電阻的大小直接影響接地系統(tǒng)的效果。在土壤電阻率很高的地方，要興建工業(yè)項目首先要考慮降低土壤電阻率。為了得到較低的接地電阻，通常用改變土壤濕度的方法來解決接地電阻高的問題，有濕度必然有酸堿腐蝕及細菌游離物腐蝕；為了增加土壤的導電性，還會在土壤中加入導電介質，大部分導電介質都具有化學腐蝕性；還有一些電位差導致電腐蝕產生，工廠產品融入土壤造成的酸堿腐蝕等。這就使低接地電阻與腐蝕性產生了矛盾。我們在設計時要在其中找到平衡點，選擇合適的方法降低接地電阻，選擇合適的接地材料抗腐蝕性，使接地系統(tǒng)長效穩(wěn)定運行。
降低接地電阻的方法有：降阻劑及接地模塊、換土、加大接地網的面積、深井法、爆破法、增加接地極等幾種常用方法。使用降阻劑及接地模塊和換土的方法施工費用及難度比較大，降阻效果不明顯且一定時間后容易隨著水土流失，達不到持續(xù)降阻的效果。
加大接地網的面積是最常用的方法之一，但是增加面積降阻的效果有限，面積增大一倍時，接地電阻才減少29.3%，有些廠區(qū)受面積限制，使用此方法也很難達到低接地電阻。深井法和爆破法常用于地質惡劣條件，技術難度較大，危險性較高，施工成本也較高。
接地極以占地面積小、施工難度低、降阻效果持久穩(wěn)定的特征常用于多種環(huán)境中。但是接地極與土壤接觸范圍較小泄流效果有限，每個接地極之間要保持一定距離以防止電流反擊，所以在廠區(qū)范圍內接地極也不可無限增加。因此我們要選擇合適的接地極與接地網配合使用，才能達到滿意的接地效果。因為銅的導電率較好，而且抗氧化的程度高，在普通腐蝕環(huán)境中多采用銅為接地體材料，考慮到成本因素，銅包鋼接地體更適合大面積使用。
鉛是不活潑金屬極耐腐蝕、鉛包銅即有銅的導電性又有鉛的全能防腐性，是目前接地最佳選用的材料，適合變電站，輸電線，發(fā)電產核心部分特別適合脫硫裝置等化工裝置強酸性腐蝕地區(qū)使用。
鋅的材料性能也具有陰極保護功能，鋅包鋼等含有較厚鍍鋅層的材料適合于堿性腐蝕地區(qū)使用。
4防雷接地系統(tǒng)的設計
工業(yè)廠房的防雷，應根據其不同的使用性質、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，GB50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》嚴格劃分其防雷類別，再按其防雷類別采用不同的防雷措施。工業(yè)廠房，特別在屋頂上有設備的，防雷網須根據其設備不同材質考慮防雷措施，突出屋面的放散管、風管、煙囪等物體，應根據其是否是金屬物體及其排放物是否是爆炸性危險氣體、蒸氣或粉塵確定不同的保護措施。
建筑物應設置內部防雷措施，這點在工業(yè)廠房的設計中猶不可缺，因為工業(yè)廠房較之民用建筑有更多的用電設備，其用電環(huán)境也比民用建筑復雜，因此廠房內部須作如下設計：建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統(tǒng)、進出建筑物的金屬管線應與防雷裝置做防雷等電位連接；外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統(tǒng)之間，尚應滿足間隔距離的要求。
在化工工業(yè)廠區(qū)的設計中，一般采用綜合接地系統(tǒng)。防雷接地與防靜電接地等合用一套接地系統(tǒng)，接地電阻取各系統(tǒng)最小值。并入全廠接地網中。包含：避雷針、引下線和接地體。
把各種接地并入一個接地系統(tǒng)可以使全廠成為一個暢通的大型接地網。可以有效的避免雷擊時各個系統(tǒng)接地點間產生電位差，造成雷電反擊。否則在同一廠區(qū)內，接地系統(tǒng)分開，還需按《建筑防雷設計規(guī)范》”設計防雷電反擊措施，增加接地系統(tǒng)的復雜性。建構筑物的基礎內有大量鋼筋，按《建筑防雷設計規(guī)范》，要求焊接制作成基礎接地體，基礎接地體與土壤接觸面積大導流效果好，利用基礎和柱內鋼筋做等電位連接板，將建筑物內部的需要接地的器件全部連接起來，形成一個大的良好的等電位體。在雷電來襲時，可以保護內部人員設備不受雷電反擊傷害。再利用人工接地裝置將基礎接地體和全廠接地網連接起來，這樣既可以增大接地網的接地面積，又克服了單體建構筑物接地體的局限。
在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用的情況下，在低壓電源線路引入的總配電箱處裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器，這在具體工程設計中，往往被設計者遺漏或所選電涌保護器規(guī)格不符規(guī)范要求。
5結束語
綜上所述，一個大型的防雷接地系統(tǒng)，既要滿足國家規(guī)范對防雷接地設計的要求，又要結合實際情況，盡量的利用自然接地體或已有接地體與人工接地體相結合，并選擇合理的防雷接地材料，使該系統(tǒng)能有效的保護人員設備免受傷害，且達到長期有效運行。
參考文獻：
[1]林建民，寧波.寧波防雷裝置設計與安裝[M].北京：氣象出版社，2010（4）.
[2]GB50057--2010.建筑物防雷設計規(guī)范，2011，
