防雷接地技术

接地技术与检测方法目录第一章基础知识第一节大地的导电特性第二节土壤电阻率第三节人工改善土壤电阻率的方法第二章工频接地电阻第一节工频接地电阻的基本概念第二节自然接地体的接地电阻第三章冲击接地电阻第一节冲击接地电阻的物理意义第二节冲击接地电阻与工频接地电阻的换算第四章高层建筑的防雷保护接地第一节雷电流的效应第二节外部的保护第三节内部的保护第四节高层建筑物接地的特点和要求第五章接地检测方法第一节接地电阻的测量第二节测量的方法及接线第一章基础知识第一节大地的导电特性接地电流在地中的分布状况，除了与电流的频率有关外，还和大地的导电特性有关，要解决接地问题，就要了解和掌握大地的导电特性、电学性质和电气参数，从而选择合理正确的接地方式。

大地导电归结起来无非是两种导电方式，一种是电子导电，地下如有导体或半导体，比如金属矿物质等，就会形成电子导电，但大地导电主要是离子导电，即土壤中的各种无机盐类或酸、碱离解成的金属离子导电。

而各类无机盐或酸、碱又必须在有水的情况下才能离解成导电的离子，换句话说，干燥的土壤或纯净的水是不导电或导电能力很差的。

所以土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量。

土壤电阻率是土壤中所含导电离子浓度A的倒数1/A和单位体积土壤含水量B的倒数1/B的函数，即ρ=f（1/A）·f（1/B）也就是说，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，ρ就越小；反之就越大。

如沙河中，河底的ρ值很大，就是因为河底由于流水的冲刷，导电离子浓度较小所致。

土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，ρ值就越小；反之就越大。

这就是接地体的接地电阻随土壤干湿度变化的原因。

为什么雨后不宜开展防雷检测？请举例说说水的导电性能。

第二节土壤电阻率土壤电阻率就是土壤阻碍电流通过的能力。

物理知识告诉我们金属的电阻率很小，而橡胶陶瓷等电阻率很大。

而土壤的电阻率与其性质、结构和含水量有关。

土壤电阻率是接地工程的一个常用参数，直接影响接地装置接地电阻的大小、地网地面电位分布、跨步电压和设备接触电压。

因而，了解和掌握土壤电阻率的特点，尤其是准确测出土壤电阻率，电阻率的分布和变化情况，对接地工程来说是非常重要的。

土壤和水的电阻率参考值地的电阻率（Ω·m）和组对介电系数第三节人工改善土壤电阻率的方法接地电阻的值主要由接地电极的尺寸和土壤的电阻率决定。

来降低接地电阻要做认真的技术经济分析，从而找出最经济合理的办法来，而改善土壤电阻率就是其中行之有效的方法。

降低接地电极附近土壤的电阻率，在一定程度上相当于加大了接地电极的尺寸，所以可以起到降低接地电阻的作用。

大型接地网，要采用外延、扩网、立体地网和改善土壤电阻率等综合措施来降低接地电阻。

对于小型接地网和输电线路的杆塔的接地处理，改善土壤电阻率是行之有效的方法之一。

常用的人工改善接地电极土壤电阻率的方法有换土法、降阻剂法，它们主要是在接地体周围施加降阻剂。

降阻剂的机理：1．增大接地体的有效截面。

2．消除接触电阻。

3．随着降阻剂的渗透，改善接地体周围的土壤电阻率，因为增加土壤中的导电离子的浓度。

4．降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能。

通用的降阻剂有木炭、石墨、导电水泥和膨润土等。

选用降阻剂主要考虑其降阻性、防雷性、稳定性、长效性和污染问题。

第二章工频接地电阻第一节工频接地电阻的基本概念在电力系统中，为了工作和安全的需要，常需将电力系统及电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。

按其作用，可以分为工作接地、保护接地、防雷保护接地和防静电接地。

工作接地：也叫系统接地，在电力系统中，为运行需要所设的接地（如中性点直接接地或经其他装置接地等）。

保护接地：也叫安全接地，电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。

防雷保护接地：为雷电保护装置，如避雷针、避雷线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地。

防静电接地：为防止静电对易燃、易爆，如易燃油、天然气贮罐和管道的危险作用而设的接地。

接地极：埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。

兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建（构）筑物的基础、金属管道和设备，称为自然接地极。

接地线：电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。

接地装置：接地线和接地极的总和。

接地网：由垂直和水平接地体组成的供发电厂、变电所所使用的兼有泄流和均压作用的网格状接地装置。

集中接地装置：为加强对雷电流的散流作用，降低地面电位梯度而敷设的附加接地装置，一般由3~5根垂直接地极组成，在土壤电阻率较高的地区，则敷设3~5根放射形水平接地极。

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（输入50Hz频率的交流），工频就是电力系统称的工作频率。

地中有工频电流流散时，工频电流在地中的分布与直流电的分布在原则上是有区别的，但是，由于地的电阻率较大，所在在计算接地体附近的电流时，由于感应电动势引起的电压降与电阻压降比较起来可以略去不计，故工频的接地计算可以用直流的接地计算来代替。

（检测表使用的是直流电池，为什么能测工频接地电阻？）由于接地体的电导率远远大于地的电导率，在接地计算时，可视接地体表面为等位面，接地体自身的压降可以略去不计。

但是，对于测量一个大型接地网的接地电阻，特别是地网之间有较长的接地连接带时，由于接地体自身电压降的存在，从不同的地点引入电流而测量出的接地电阻是不相同的。

此外，接地电阻还包括了接触电阻的存在，施工后的接地网在最初几年间接地电阻有下降趋势，这是因为接地体周围的土壤逐渐密实并且与接地体的表面接触得更为紧密的缘故。

接地体的表面与周围土壤之间的电阻叫接触电阻，接触电阻的数值等于这两个介质在交换面上的接触电位差与流入地中的电流的比值。

接触电阻的大小与施工方法有关，特别是与回填土的密实程度和松紧度有关。

第二节自然接地体的接地电阻在接地工程中，充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物，以及上、下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻、节约钢材以及达到均衡接地电位的有效措施。

为了充分利用自然接地体，现将其要点列举如下：（1）除开可燃液体、可燃或爆炸性气体的金属管道外，混凝土结构物中的钢筋骨架，金属结构物，上、下水金属管道均可作为自然接地体使用。

利用埋入地下或水是混凝土的钢筋骨架或金属结构物接地，主要是起减小接地电阻的作用；利用地上或水上混凝土的钢筋或金属结构物接地，主要是起引流、分流、均压以及代替专门敷设的接地带的作用。

（2）潮湿和干燥状态的混凝土，其电阻率的差别极大，两者之比可达1:100以上。

受水或潮湿土壤浸渍的混凝土，由于毛细管作用而吸收水分，水工建筑物混凝土水的渗透深度通常在0.1~1.0m范围内。

因此，一般建筑物混凝土保护的钢筋都可以起到散流的作用，其电阻率十分接近于水或土壤的电阻率。

混凝土电阻率当雷电流通过时，还有可能在钢筋接头的绑扎处引起点焊现象。

对于工频电流，经过实际测量证明：利用一般绑扎连接的钢筋基础作为接地体，也能达到较好的效果。

但对于重要的场所，例如高层建筑物上的避雷针，利用钢筋作为接地引下线，利用钢筋作为设备接地的连接干线，利用钢筋连接外引接地体等处，宜于选择一些主筋采用电焊连接。

（4）钢筋流过大电流，因发热而温度升高，能使水泥和钢筋的结合力显著减小。

钢筋温度达到350~400℃时，结合力将全部破坏，并使混凝土保护层产生横向和纵向裂纹。

因此，钢筋的温度不应大于100℃。

大电流流过预应力的钢筋时，温度每增高10℃，预应力会降低24.5Mpa左右，但钢筋冷却后，预应力随即恢复。

通常预应力钢筋不允许电焊，只能采用铁丝绑扎连接，接触电阻可能较大。

因此，利用预应力钢筋混凝土构件接地时，除进行强度和变形验算外，在施工中要注意将钢筋接头以及钢筋与接地螺母等绑扎牢靠，以便消除接触电阻。

（5）为避免雷电流流过混凝土时产生火花放电而将混凝土击碎，应验算钢筋与混凝土接触面的电流密度。

雷电流流过混凝土时，无累积的破坏效应。

（6）钢筋混凝土结构有伸缩缝或沉陷缝时，为了将两处的切断的钢筋连成通路，应用40mm×4mm的扁钢弯成U型与两处钢筋头焊接，并涂以沥青防锈。

（7）钢筋混凝土结构物基础的周围，凡因防渗、防漏处理而使用沥青隔离，或因结构需要，其基础并非直接与土壤接触，而是填充砂石，且无其他并联的分流电路时，不宜用作以减小接地电阻为目的的接地体来使用，以免电流强行流过时将混凝土击穿。

（8）在自然接地体的范围内，一般不宜敷设以减小接地电阻为目的的人工接地体，应将人工接地体放在自然接地体的范围之外，或沿四周敷设，用以增加整个接地面积。

上述两接地体的连接处，如有条件时，可设置接地测量井，以便能够分开进行单独的测量。

（9）凡因自然接地体能够将接地电位转移到远方，或引入零电位，且有危险时，在接地范围的边缘附近，应采取绝缘隔离措施。

第三章冲击接地电阻第一节 冲击接地电阻的物理意义冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地体呈现的电阻叫冲击接地电阻。

冲击接地电阻与工频接地电阻不同，其主要原因是冲击电流的幅值可能很大，会引起土壤放电，而且冲击电流的等效频率又比工频高得多。

冲击接地电阻与工频接地电阻不同的主要因素是：强大的冲击电流流入土壤后会形成很强的电场，使土壤发生强烈的局部放电现象。

一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有8.5kV/cm 左右，在ρ=100Ω·m 时使土壤放电的电流密度为J= ———— =0.85（A/cm 2） 冲击电流通过接地体散流的情况比较复杂，归纳起来它具有下列特性：1．由于冲击电流相当于高频电流的清形，因此，除接地体的电阻和电导外，接地体的电感和电容均对冲击阻抗发生作用。

其作用的大小，决定于接地体的形状、冲击电流的波形幅值以及地的电气参数ρ和εr 。

2．当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电现象，其结果相当于接地体的直径加大了一些。

3．冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，不像直流电那样可以穿透无限深处的地层，也不像工频电流那样可以穿透地的有限深度，而是在距地面不太深的范围内流动。

4．地的两个电性能参数ρ和εr ，特别是地电阻率在高频的情况下，并非像工频那样可以近似为常数，而是在很大程度的向减小的方向变化。

5．接地体周围的电场强度达到某一数值时，电压和电流不再是线性关系，而是表现为非线性。

第二节 冲击接地电阻与工频接地电阻的换算1．接地装置冲击接地电阻与工频接地电阻的换算应按下式确定：R ～＝AR i式中：R ～──接地装置各支线的长度取值小于或等于接地体的有效长度l e 或者有支线大于l e 而取其等于l e 时的工频接地电阻（Ω）； A ──换算系数，其数值宜按附图3.1确定； R i ──所要求的接地装置冲击接地电阻（Ω）。