建筑物防雷接地裝置電阻值檢測研究

魏琳琳

摘要：雷電是天空中瞬態(tài)強電磁輻射的天氣現(xiàn)象，伴隨閃電將其蘊藏的能量在瞬間釋放，產(chǎn)生強大的雷電流，其熱效應(yīng)，電磁效應(yīng)等對高達建筑物，電力設(shè)施，極端及電子設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞，為人類生活帶來巨大的影響。防雷設(shè)計是建筑物電氣設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，工程質(zhì)量直接影響建筑物中電氣設(shè)備的適用安全，對建筑物防雷接地裝置進行檢測很有必要，建筑物防雷檢測中接地電阻測量是重要的內(nèi)容，本文對接地電阻測量方法及測量儀器原理介紹，分析檢測結(jié)果，提出減少檢測偏差的措施。

關(guān)鍵詞：建筑物;防雷接地裝置;電阻值檢測

中圖分類號：TP393

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0250-02

收稿日期：2019-11-02

雷電是自然現(xiàn)象，雷擊時有強大的電流通過，會危害到建筑電氣設(shè)備正常工作。建筑物防雷工程實施非常必要。防雷接地裝置是有效防雷減災(zāi)的技術(shù)，防雷接地裝置重要性要求必須進行接地電阻準(zhǔn)確測量，排除測量中出現(xiàn)的誤差，為檢測單位提供科學(xué)的測量數(shù)據(jù)。接地電阻值是建筑物防雷施工中的重要測量參數(shù)，傳統(tǒng)接地電阻測試是人工測讀，不能體現(xiàn)接地電阻值的連續(xù)變化，一些要經(jīng)常測量的場所對電阻自動采集需求突出，接地電阻自動監(jiān)測系統(tǒng)能對多點接地電阻數(shù)據(jù)進行采集，可用于氣象系統(tǒng)觀測業(yè)務(wù)需要。檢測物種接地電阻是防雷檢測的重要環(huán)節(jié)，一些重要場所需要監(jiān)測接地電阻長時間，由于受到人員等因素影響，在工作中具有很大困難。目前測量接地電阻儀器設(shè)備可以準(zhǔn)確地測量接地裝置電阻值，但儀器設(shè)備存在一些缺點，不能實現(xiàn)對多地點的接地電阻進行長期有效監(jiān)測，需要測量人員現(xiàn)場測量。自動電阻檢測儀可以實現(xiàn)對多層土壤電阻率的即時測量，實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的結(jié)果顯示，綜合統(tǒng)計，信息發(fā)布等操作。

1 雷電對建筑物的危害

隨著科技的進步，大氣電學(xué)作為新興學(xué)科飛速發(fā)展，地球是帶電球體，空氣中含有大量帶電自立，雷電產(chǎn)生是大地表層局部小規(guī)模放電現(xiàn)象。雷電是發(fā)生于天空中的具有破壞性的天氣現(xiàn)象，受地表熱輻射的影響，導(dǎo)致溫度升高，密度降低，上升中的空氣中水蒸氣熱能轉(zhuǎn)為勢能，溫度降低冷卻凝結(jié)成水滴，水滴與冰晶離子摩擦帶電荷，云層發(fā)展成大云團，云團內(nèi)不同極性的電荷密度增大到強度穿擊空氣，云團空隙變?yōu)閷?dǎo)電性，通道，正負(fù)電荷通過導(dǎo)電通道中和發(fā)生放電[1]。

云層中正負(fù)電荷放電產(chǎn)生閃電，閃電溫度是太陽表面溫度的3-5倍，放電中釋放大量熱能，使空氣體積迅速膨脹爆炸。帶電荷云層靠近大地突出于地面的建筑物感應(yīng)到反電荷，電荷電場增大引起云層對地放電，雷電形成導(dǎo)電通道沿途釋放高熱量，瞬間的電磁場，對建筑物與人身造成傷害。

雷電是云雨中不同符號電荷中心放電過程，根據(jù)雷電形式分為云閃與地閃。根據(jù)雷電對建筑物造成損害的方式分為直擊雷，球形雷，感應(yīng)雷。雷電對超高層智能建筑破壞作用是由電流引起，危害形式主要有閃電直接擊在建筑物上散發(fā)熱能效應(yīng)，瞬間高溫引起建筑物燃燒，可燃物燃燒引起火災(zāi)，危害建筑物與人員設(shè)備安全。雷電襲擊中架空輸電線路時，雷電中蘊含的能力侵入室內(nèi)，造成設(shè)備損壞。雷電擊中建筑物時，通過防雷裝置將雷電流導(dǎo)入大地，產(chǎn)生幾百千伏的高電動勢，使能量沿金屬管線傳播破壞電氣設(shè)備。

隨著我國城市化進程加快，投資建設(shè)智能化高層辦公樓興起，超高層智能化辦公建設(shè)成為某個地區(qū)最高點，智能辦公類內(nèi)配備大量計算機等電子設(shè)備，設(shè)備對工程運行環(huán)境要求高，易受到雷電磁感應(yīng)影響，傳統(tǒng)避雷裝置通過建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋壁壘引下線導(dǎo)入大地，導(dǎo)入中雷電流在傳輸空間附近產(chǎn)生強大交變電磁場，通過在空間相鄰電源上感應(yīng)雷電流造成破壞，傳統(tǒng)直擊雷防護系統(tǒng)不能保護超高層建筑內(nèi)電氣設(shè)備的安全。開展超高層辦公類雷電災(zāi)害防護是研究工作的重點內(nèi)容。采用有效的雷電防護技術(shù)，使其最大限度減輕雷擊造成的災(zāi)害，對提高超高建筑物雷電防護意義重大。

2 接地裝置簡介

接地的目的主要是滿足電氣設(shè)備工作性能需要，保障工作人員與設(shè)備安全，電子設(shè)備要穩(wěn)定工作，必須有可靠的工作回路，需要有良好的接地保障。電氣設(shè)備正常工作必須減少雜訊干擾，通過合理的接地實現(xiàn)。科學(xué)的接地可以保障電子設(shè)備系，統(tǒng)正常，是防雷系統(tǒng)工程中的重要環(huán)節(jié)，合理的接地目的是疏導(dǎo)雷擊產(chǎn)生的能量，屏蔽各種電磁信號干擾，消除干擾產(chǎn)生的影響等[2]。

由于功能不同的接地裝置分為安全接地與工作接地。安全接地是電氣設(shè)備正常運行中不帶電的金屬外殼，建筑物帶有鋼筋梁柱，建筑物內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)等接地，設(shè)備的金屬外殼工作中不帶電，接地的作用是防止異常下電氣設(shè)備絕緣損壞導(dǎo)致人員觸電，主要作用是保護設(shè)備人身安全。安全接地具有消除電磁干擾的作用。電力設(shè)備的正常工作需要的接地為工作接地，通過對電力系統(tǒng)某點接地，如中性點接地，使電氣設(shè)備可靠運行。工作接地可以直接接地，或經(jīng)特殊裝置接地。三相負(fù)荷出現(xiàn)不對稱時，零序電流通過工作接地流過，通信系統(tǒng)防靜電接地，防干擾接地也是工作接地。

防雷接地主要是為防止雷擊造成電位抬高造成損害的接地，直擊雷防護裝置受雷擊時，雷電流通過引下線進人大地，使得引下線電壓驟升，地電位升高現(xiàn)象可能危及人身設(shè)備安全，防雷接地裝置電阻是衡量接地裝置質(zhì)量的重要參數(shù)，是電流流人大地流向另一接地體的電阻，包括接地線與接地體本身的電阻，與大地的電阻接的觸電阻，及接地之間大地電阻。接地電阻分為沖擊接地電阻與工頻接地電阻。

重復(fù)接地是供電系統(tǒng)中將中性點直接接地，在三相四線制中性點接地線路中，零干線每隔一段距離需要接地，如接地大于50m，接地處零線需要重復(fù)接地。如對接地種類細分，可以列出更多的接地，實際運行中將其合并為一，形成統(tǒng)一的接地為共用接地。

3 接地電阻測量原理

3.1 聯(lián)合接地

聯(lián)合接地是目前應(yīng)用最廣泛的經(jīng)濟的接地技術(shù)，其主要優(yōu)點是減低了接地電阻值，減少接地裝置可能出現(xiàn)的電位差，城市建筑物智能化高，電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)合接地在實際工程中應(yīng)用實用。聯(lián)合接地是低阻抗的籠型網(wǎng)絡(luò)，可以降低內(nèi)部空間電子干擾強度，滿足不同設(shè)備EMI要求，減少項目費用投入[3]。

采用聯(lián)合接地系統(tǒng)接地電阻值對系統(tǒng)內(nèi)部過電壓安全防護不會產(chǎn)生很大影響，但接地要滿足降低雜訊干擾等要求，接地電阻增大會產(chǎn)生很多問題，大電流流人大地時，接地系統(tǒng)暫態(tài)高電位增大，使附近發(fā)生接觸電壓傷害事故。大量雷電流無法快速泄入大地，進人電子系統(tǒng)可能引起嚴(yán)重的電磁干擾。野外孤立建筑物如地質(zhì)條件較差，難獲得第接地電阻可放寬要求，聯(lián)合接地系統(tǒng)電阻值應(yīng)根據(jù)環(huán)境等因素分析，符合技術(shù)經(jīng)濟性原則。某些特殊場合如危險場所獨立避雷針，可采用獨立接地。獨立接地運行一段時間后，由于設(shè)備變動，可能破壞獨立地網(wǎng)要求安全距離，建立完整接地系統(tǒng)資料檔案十分重要。

不同種類的設(shè)備，由于工作性質(zhì)不同，對接地裝置接地電阻有不同要求。如接地裝置具有較高的接地電阻值，將降低防雷性能，科學(xué)合理的接地電阻值標(biāo)準(zhǔn)十分重要。

接地工程測量包括土壤電阻率與接地電阻測量，評價接地裝置質(zhì)量主要看其結(jié)構(gòu)形式是否合理，接地電阻值必須通過儀表測量得出，目前常用的測量方法有很多需要改進的地方。現(xiàn).有研究水平下，排除可能干擾測量結(jié)果的因素，要避免雨后測量，測量接地電阻時斷開接地母線測試斷接卡，導(dǎo)線避免在測量時相互纏繞。

3.2 接地電阻測量方法

接地電阻測量方法理論簡單，但要想得到精確的接地電阻值比較困難，測量方式及對測量儀器的適用都會影響測量精度。測得裝置接地電阻值原理是使用電流裝置將電流注入大地，設(shè)置電流輔助極，將電流收集返流回電源，用于測量的電流輔助電極有接地電阻。要想得到準(zhǔn)確的接地電阻，需要測量準(zhǔn)確的電壓值，電流輔助極接地裝置距離直接影響電位點位置，零電位點與土壤分布及地形地貌等因素有關(guān)[4]。

接地電阻測量方法有電壓電流測算法，比率計法，電橋法等，測量接線對測準(zhǔn)接地電阻值非常重要，常用的接線方法有三極法，三角形法，三極法普遍用于測量體積不大的接地裝置，大型接地網(wǎng)系統(tǒng)電阻測量方法通常采用三角形法。采用三角形法測量接地網(wǎng)接地電阻簡單，但多數(shù)情況下簡化與實際情況相差較大，存在一定誤差。四極法用于測量大型接地網(wǎng)，在三極法基礎(chǔ)上增加輔助接地極形成。

接地電阻自動監(jiān)測系統(tǒng)將接地極數(shù)數(shù)目增至五個，可同時測得不同地點勿讓電阻率值，每個觀測站安裝接地電阻檢測儀，負(fù)責(zé)監(jiān)測不同接地裝置的接地電阻。每臺檢測儀有固定的站點號，PC機通過遍歷串口號可以完成對檢測儀站點的控制。系統(tǒng)的安裝分為基礎(chǔ)建設(shè)與儀器調(diào)試。首先選定測試場地，進行測試布線等工作，選擇儀器安裝位置，如在室外安裝必須安裝戶外機箱，達到遮陽壁溫的等作用，如在室內(nèi)安裝需要為測試線人室內(nèi)通道，選擇無線傳輸方式系統(tǒng)需要安排網(wǎng)絡(luò)接入。

3.3 接地電阻測量偏離對策

實際測量中，不能避免接地電阻測量值的誤差，天氣，檢測技術(shù)方法等都會對最終準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。為有效降低測量值的誤差，應(yīng)采取有效措施進行改進。在進行接地電阻測量時應(yīng)選擇天氣情況較好的時間，不要出現(xiàn)土壤凍結(jié)現(xiàn)象。進行接地電阻測量前，需檢測測量儀器，在使用期限內(nèi)使用保證測量值的準(zhǔn)確性。檢測時結(jié)合檢測對象需求選擇合適的儀器，注意檢查接地回路是否安全可靠。

接地電阻測量時使用的儀器保持高低電壓供電路距離，減少相互干擾，進行地網(wǎng)檢測時，帶電因素會影響測量結(jié)果，要查處原因解決。檢測方法選擇要對被測對象接地電阻有了解，多方位測試。工作人員操作中會對電阻值測量結(jié)果產(chǎn)生影響，要保證檢測儀器三極對應(yīng)在一條直線上。

進行接地電阻測量的儀器主要有數(shù)字式，鉗形式與手搖式，三種測量儀采用歐姆定律原理，要結(jié)合實際情況選擇儀器需，選擇適宜的儀表測量。數(shù)字式接地電阻測量儀是引用先進的集成電路制成，主要采用DC/AC變換技術(shù)合成的新接地電阻測量儀，可以將直流電變?yōu)榻涣麟姷皖l恒流，經(jīng)過輔助接地后成為具體的回路。手搖式接地測量儀是傳統(tǒng)的測量儀。

鉗形地阻測量儀工作原理是測量儀鉗口內(nèi)存在獨立線圈，用于產(chǎn)生交流電壓，測試回路電流，鉗住地面后，可以了解回路電阻。必須有供電流流過的閉合回路，根據(jù)歐姆定律計算阻值，鉗形地阻測量出非需要的準(zhǔn)確電阻，在單點接地系統(tǒng)中和埋設(shè)相關(guān)設(shè)備。

參考文獻：

[1]趙良.沖擊接地電阻值與工頻接地電阻值的關(guān)系[J].電世界，201 3，54（12）：46-47.

[2]戴惠忠.建筑物防雷接地裝置電阻值檢測探析[J].科學(xué)之友，2012（7）：25-26.

[3]周國軍，黃玲霞，周維才，等.淺論防雷接地電阻值的檢測[J].貴州氣象，2010，34（S2）：190-193.

[4]陳奇，耿奇峰.建筑物接地阻值與等電位連接[J].內(nèi)蒙古氣象，2010（2）：55-56.

[通聯(lián)編輯：光文玲]