对工业厂房建筑的防雷及接地设计进行分析
【摘要】一个大型的防雷接地系统，既要满足国家规范对防雷接地设计的要求，又要结合实际情况，尽量的利用自然接地体或已有接地体与人工接地体相结合，并选择合理的防雷接地材料，使该系统能有效的保护人员设备免受伤害，且达到长期有效运行。
【关键词】雷电危害,防雷,接地设计,材料,系统
1雷电的形成原因与负面影响
雷电就是在大气中放电，一般来说雷电出现的云气象大部分是积雨云，尤其是雷雨云。对于雷雨云的成电学说仁者见仁智者见智，如今国际上普遍认同温差起电说、感应起电说、冰晶与大水滴的破碎起电说三种学说，其分别从不同角度对雷云雨上正下负的电荷结构的形成原因进行分析，从而为人类开展深入研究打下坚实的基础。
闪电包括地闪、云闪与特殊的球闪，在这当中地闪的破坏力最大，一次地闪的时间只有几十微秒，指的就是把雷云雨储藏的能量刹那间释放至地面的闪击点，出现的电势差有几万伏，雷电流约有几十到几百几千安。雷电流的热效应可以熔化接闪点面积比较小的金属抑或是在刹那间蒸发非金属等的内部水分而引发爆炸灼烧。此外，雷电流还可形成冲击破、次声波等不良影响，它可以在放电之后的地面建构筑物之上产生局部高电势，而雷电流的陡度与极大峰值还能产生巨大的电磁场，以形成感应电流，大感应电流与高电势均会在一定时间内毁损到其内部设备与建构筑物，也许还会击坏设备，让金属放电形成火花，更有甚者还会酿成火灾。对工业厂房，特别是化工厂房，甚至会引起爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡。
2接地保护的分类、方法
防雷最简洁的方法是接地。大地是一个电阻极低、电容量极大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此最适合作为电气系统中的参考电位体。将非正常电流通过导体泄流到大地中，以保护人及设备免受电击危害，是防雷接地保护的目的。接地按作用分类一般分为保护性接地和功能性接地两种。
2.1保护性接地
（1）防电击接地为了防止电气设备外绝缘损坏或意外产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击，将设备的外露导电部分接地，称为防电击接地。这种接地还可限制线路涌流或低压线路、设备由于高压窜入而引起的高电压；当电气设备故障时，还有利于过电流保护装置动作而切断电源。这种接地，也是狭义的“保护接地”。
（2）防雷击接地将雷电流导人大地，以防止雷电流使人身受到电击或设备受到损害为目的的接地。
（3）防静电接地将静电荷引导人大地，以防止由于静电积聚对人体和设备造成危害而设置的接地。静电感应电流瞬时极值可达很大，有击毁线路设备的可能。在化工厂内防静电接地多用于防止静电对易燃易爆的油、气储罐、容器、反应装置及管道等的危险所做的保护接地；也用于防止静电敏感电子元器件遭受损伤而设。
（4）防电蚀接地地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。
2.2功能性接地
（1）工作接地为了保证电力系统正常运行，防止系统振荡.保证继电保护的可靠性，在交直流电力系统的适当地方进行接地，交流系统一般为中性点，直流系统一般为中点。
（2）逻辑接地为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的某个适当金属器件作为“逻辑地”，一般采用金属质底板作逻辑地。
（3）屏蔽接地将电气的干扰源引入大地中，抑制外来的电磁干扰对电子设备的影响，也能减少电子设备本身产生的干扰影响到其它设备。
2.3信号接地
信号接地为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，如检测漏电流、阻抗测量电桥以及电晕放电损耗等电气参数的接地。
3接地电阻
接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。按通过接地极流入地中工频交流电流求得的电阻，称为工频接地电阻；按通过接地极流入地中冲击电流求得的接地电阻，称为冲击接地电刚。接地极是指埋入地中并直接与大地接触的各种金属导体构件、金属井管、钢筋混凝土建筑的基础、金属管道和设备等。
无数事实证明接地电阻的大小直接影响接地系统的效果。在土壤电阻率很高的地方，要兴建工业项目首先要考虑降低土壤电阻率。为了得到较低的接地电阻，通常用改变土壤湿度的方法来解决接地电阻高的问题，有湿度必然有酸碱腐蚀及细菌游离物腐蚀；为了增加土壤的导电性，还会在土壤中加入导电介质，大部分导电介质都具有化学腐蚀性；还有一些电位差导致电腐蚀产生，工厂产品融入土壤造成的酸碱腐蚀等。这就使低接地电阻与腐蚀性产生了矛盾。我们在设计时要在其中找到平衡点，选择合适的方法降低接地电阻，选择合适的接地材料抗腐蚀性，使接地系统长效稳定运行。
降低接地电阻的方法有：降阻剂及接地模块、换土、加大接地网的面积、深井法、爆破法、增加接地极等几种常用方法。使用降阻剂及接地模块和换土的方法施工费用及难度比较大，降阻效果不明显且一定时间后容易随着水土流失，达不到持续降阻的效果。
加大接地网的面积是最常用的方法之一，但是增加面积降阻的效果有限，面积增大一倍时，接地电阻才减少29.3%，有些厂区受面积限制，使用此方法也很难达到低接地电阻。深井法和爆破法常用于地质恶劣条件，技术难度较大，危险性较高，施工成本也较高。
接地极以占地面积小、施工难度低、降阻效果持久稳定的特征常用于多种环境中。但是接地极与土壤接触范围较小泄流效果有限，每个接地极之间要保持一定距离以防止电流反击，所以在厂区范围内接地极也不可无限增加。因此我们要选择合适的接地极与接地网配合使用，才能达到满意的接地效果。因为铜的导电率较好，而且抗氧化的程度高，在普通腐蚀环境中多采用铜为接地体材料，考虑到成本因素，铜包钢接地体更适合大面积使用。
铅是不活泼金属极耐腐蚀、铅包铜即有铜的导电性又有铅的全能防腐性，是目前接地最佳选用的材料，适合变电站，输电线，发电产核心部分特别适合脱硫装置等化工装置强酸性腐蚀地区使用。
锌的材料性能也具有阴极保护功能，锌包钢等含有较厚镀锌层的材料适合于碱性腐蚀地区使用。
4防雷接地系统的设计
工业厂房的防雷，应根据其不同的使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》严格划分其防雷类别，再按其防雷类别采用不同的防雷措施。工业厂房，特别在屋顶上有设备的，防雷网须根据其设备不同材质考虑防雷措施，突出屋面的放散管、风管、烟囱等物体，应根据其是否是金属物体及其排放物是否是爆炸性危险气体、蒸气或粉尘确定不同的保护措施。
建筑物应设置内部防雷措施，这点在工业厂房的设计中犹不可缺，因为工业厂房较之民用建筑有更多的用电设备，其用电环境也比民用建筑复杂，因此厂房内部须作如下设计：建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统、进出建筑物的金属管线应与防雷装置做防雷等电位连接；外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间，尚应满足间隔距离的要求。
在化工工业厂区的设计中，一般采用综合接地系统。防雷接地与防静电接地等合用一套接地系统，接地电阻取各系统最小值。并入全厂接地网中。包含：避雷针、引下线和接地体。
把各种接地并入一个接地系统可以使全厂成为一个畅通的大型接地网。可以有效的避免雷击时各个系统接地点间产生电位差，造成雷电反击。否则在同一厂区内，接地系统分开，还需按《建筑防雷设计规范》”设计防雷电反击措施，增加接地系统的复杂性。建构筑物的基础内有大量钢筋，按《建筑防雷设计规范》，要求焊接制作成基础接地体，基础接地体与土壤接触面积大导流效果好，利用基础和柱内钢筋做等电位连接板，将建筑物内部的需要接地的器件全部连接起来，形成一个大的良好的等电位体。在雷电来袭时，可以保护内部人员设备不受雷电反击伤害。再利用人工接地装置将基础接地体和全厂接地网连接起来，这样既可以增大接地网的接地面积，又克服了单体建构筑物接地体的局限。
在电气接地装置与防雷接地装置共用的情况下，在低压电源线路引入的总配电箱处装设Ⅰ级试验的电涌保护器，这在具体工程设计中，往往被设计者遗漏或所选电涌保护器规格不符规范要求。
5结束语
综上所述，一个大型的防雷接地系统，既要满足国家规范对防雷接地设计的要求，又要结合实际情况，尽量的利用自然接地体或已有接地体与人工接地体相结合，并选择合理的防雷接地材料，使该系统能有效的保护人员设备免受伤害，且达到长期有效运行。
参考文献：
[1]林建民，宁波.宁波防雷装置设计与安装[M].北京：气象出版社，2010（4）.
[2]GB50057--2010.建筑物防雷设计规范，2011，
