高土壤電阻率冶煉廠的防雷接地設計和施工

林榮權

（龍巖市福源電力設備有限公司，福建 龍巖 364000）

防雷接地是設備安全和人員安全的重要保證，如果接地系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了問題勢必將會對整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成重大影響。特別是建設在高土壤電阻率的冶煉廠，當設備被雷擊時防雷裝置不能及時泄流，勢必會對整個冶煉廠運行帶來極大的安全隱患。所以在這樣高土壤電阻率區(qū)域建廠必須采用有效的措施把接地電阻值降低到設計要求之內(nèi)，確保整個冶煉廠的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)可靠安全運行。

1 防雷和接地的作用

防雷接地是通過接地裝置把電流引入大地，通過大地把電流散流到大地四周。散流到大地遇到的電阻與接地裝置本身的阻值之和稱為接地電阻。但是接地裝置本身的阻值很小，可以忽略不計。當雷擊時接地電阻越小，當雷擊時流過人體的電流就越小，人員就更安全。當接地電阻值大時得流過人體的電流就變大從而危害到生產(chǎn)人員的人身安全。同樣雷擊會造成的電位差會造成相鄰導體產(chǎn)生電火花，電涌會造成電源及信號線路發(fā)生擊穿現(xiàn)象，造成線路短路。并侵入用電設備造成用電設備損壞。尤其是對低壓電氣系統(tǒng)和電子信息系統(tǒng)危害更大。對于冶煉廠的DCS、PLC系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)以及220kV和120kV高壓線路都會造成不穩(wěn)定，從而影響到人身和設備安全。

2 高土壤電阻效率區(qū)域的接地電阻設計和施工

2.1 換土回填，利用設備基樁增設人工接地極

粗碎車間原防雷接地設計，是利用粗碎車間的基礎內(nèi)鋼筋作為接地極，以混凝土桿作為自然接地。粗碎車間基礎出地面后，實測4處接地電阻值都達不到設計要求。因為緊貼著山坡周邊測得的土壤電阻率，分別為2800Ω·m、3300Ω·m、3650Ω·m、3800Ω·m。因區(qū)域性無法做放射形接地極來降低接地電阻值。根據(jù)車間設備分布采用以下措施：（1）在對建筑基礎回填時選用優(yōu)質(zhì)含金屬成份量大、土壤電阻率低的螞蟻包土，先對螞蟻土包進行攪碎，去除土壤中的小石塊等，控制適當?shù)乃直ＷC回填土壤的質(zhì)量，分層30CM用機械夯實，夯實密實度需達到90%以上再經(jīng)行下一層回填。這樣才能使接地體與土壤緊密接觸，從而能達到減少土壤電阻系數(shù)的效果。（2）利用粗碎車間外24個拉緊裝置的深坑基礎樁，作為外增設的人工接地裝置。每個基礎樁深達15米利用其內(nèi)的每鋼筋焊做成鋼筋接地網(wǎng)，其焊接倍數(shù)為鋼筋直徑的6倍。再用40*40*4的鍍鋅扁鋼從底部連接，焊接時其焊接長度是扁鋼寬度的2倍，且不少于3面焊接。在對鋼筋和扁鋼連接時應在需要焊接的兩側(cè)焊接外，還需用扁鋼做成的鋼帶對其焊接。

2.2 深井人工接地極接地降低接地電阻。

深井接地極是指首先通過深井鉆孔，然后將設計深度等長的垂直接地極置入孔中，采用低電阻率材料填充空隙，最后達到高效降低接地電阻值的一種垂直接地體。根據(jù)生產(chǎn)指揮中心建筑特點，在建筑物周邊分別打上4口80～90m左右的深井。每口深井深度標準為出水后再打深10m，接地極選用耐腐的不銹鋼管，口徑為80mm×8mm，方便于在管內(nèi)和井壁灌入自制的降阻材料。管與管的連接用倒角焊接，再用40×4mm的不銹鋼扁鋼，環(huán)鋼管按管徑倍數(shù)焊接，保證形成一個整體。在鋼管的底部1～2m處，鉆上不少20個直徑為5mm的小孔。回填材料用黑木炭壓成粉與處理好后螞蟻包土，按1：2的比例混合攪拌均勻，從管內(nèi)和井壁灌入分層夯實，根據(jù)完成后的深井電阻值分別為15.3Ω、12.1Ω、15.6Ω、10.9Ω。把它們4口接地深井并聯(lián)后，再與地面的水平接地網(wǎng)并聯(lián)后電阻值達到設計要求之下。

2.3 使用降阻材料降低接地電阻

生產(chǎn)指揮中心的中心控制室是冶煉廠生產(chǎn)的指揮中樞，擔負著全廠生產(chǎn)調(diào)度的重要任務，里面安裝了有線、無線通信設備、DCS、PLC系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等控制系統(tǒng)，人員也較為集中。如果電阻值達不到設計要求，遭受雷擊時就會造成設備損壞，系統(tǒng)癱瘓使生產(chǎn)無法順利進行，現(xiàn)場的控制設備也不能按正常的工藝要求運行，也對人身安全帶來極不安全的隱患。所以對防雷接地提出更高的要求，利用室外土質(zhì)較好的位置，在排水溝施工時先對水溝超挖2.5m，溝底夯實后再用處理好后的螞蟻包土夯實后用木模，每間隔5m處隔出直徑200～250mm深不少于2m的圓孔。用一根長于圓孔深度大約20～30cm直徑不小于15mm的銅棒固定在圓孔中間，然后用攪拌好的降阻材料倒入圓孔，待降阻材料硬化后用螞蟻包土分層夯實。其他的接地極也按這樣方法完成。在這條防雷帶的頭部、中部、尾部用40×40×4mm的鍍鋅角鋼，制作不小于4個平方的支架，支架下面焊接5根直徑不小于35mm，長度不小于1m，壁厚不小于3.5mm的鍍鋅鋼管。在鍍鋅鋼管鉆上20個以上，不小于5mm的小孔，并豎直的焊接在支架下方。5根管腳按降阻材料相同的施工方法施工。在各個接地極之間，使用直徑不小于50mm銅線用放熱焊接的方式連接。放熱焊時應保證接頭光滑，被連接導體完全在接頭之內(nèi)，接頭與被連接導體完全熔合且沒有貫穿孔，確保和個連接有良好的電氣連接。再用處理后的螞蟻包土夯實回填。實測電阻值在設計要求范圍之內(nèi)。

2.4 增設人工接地極擴充接地網(wǎng)的面積

電積車間位于整個生產(chǎn)線土質(zhì)最好的區(qū)域，在電積車間的4個方向點測得土壤電阻率在1500～2000Ω·m，但電積車間屬于防雷一類建筑。對防雷的接地阻值要求比較高。

接地裝置與土壤的接觸越緊密散流電阻越小，根據(jù)電阻公式R=PL/S可知，擴大接地裝置與土壤的接地面積同樣可以降低電阻值，在500Ω·m＜P≥2000Ω·m采用水平敷設接地裝置［3］，擴大接地體與土壤接地面積。在施工中距離車間建筑外3m，先用機械設備挖出深1m的溝，再用機械就地夯實后每間隔5m垂直打下一根50×50×5mm而且長度不少2.5m的鍍鋅角。每隔2個垂直接地極，更換使用50×5mm而且長度不少2.5m的鍍鋅鋼管，并且在鋼管底部鉆上不少20個5mm小孔，垂直打入土壤中。

3 結(jié) 語

隨著“一帶一路”的推進，有更多中資企業(yè)走出，在土壤高電阻率的區(qū)域建冶煉廠這一因素制約了冶煉廠防雷泄流能力。根據(jù)不同的防雷要求，通過采取不同有效的方法，來改善冶煉廠的防雷能力，讓人身安全更有保證。讓冶煉廠的設備運行更安全。