防雷接地降阻措施关键技术与应用解析

 防雷知识    |      2025-05-29 10:37:56

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防雷接地系统是保护建筑物和电气设备免受雷击损害的重要屏障,而降阻技术直接关系到接地系统的有效性。接地电阻值过高会导致雷电流无法快速泄放入地,增加反击和跨步电压风险。实际工程中,土壤电阻率高、接地体腐蚀、施工工艺不当是导致接地电阻超标的三大主因。

土壤改良是最直接的物理降阻方法。在接地体周围施加降阻剂时,建议采用分层回填工艺:先铺设10cm厚原土,倒入降阻剂浆料(水灰比控制在1:0.8),再覆盖20cm原土并夯实。对于高电阻率砂质土,可选用膨润土类降阻剂,其离子交换容量应≥100mmol/100g;在黏土地区则推荐使用石墨基降阻剂,含碳量需>90%。施工时注意降阻剂应完全包裹接地极,形成直径不小于30cm的均匀包裹层。

垂直接地极的布置方式直接影响泄流效果。在有限场地条件下,采用直径50mm的镀铜钢棒(铜层厚度≥0.25mm)以三角形布置最为经济高效,三根接地极间距应为其长度的2倍。例如使用2.5m长接地极时,间距取5m可避免屏蔽效应。打入深度应使顶端距地面至少0.8m,既保证机械强度又避免冻土层影响。遇到岩层时,可采用机械钻孔后灌入降阻剂的方法,钻孔直径宜大于接地极直径10cm。

水平接地网的材料选择需要平衡导电性和耐腐蚀性。热镀锌扁钢(锌层厚度≥85μm)在一般土壤中使用寿命可达15年,但在酸碱度PH<4.5或>8.5的土壤中应改用铜覆钢材料。埋设深度不应小于0.6m,在冻土区需低于冻土层下限。网格尺寸建议采用5m×5m的等间距布置,对于重要设施可加密至3m×3m。所有交叉点必须采用放热焊接,接头电阻值应小于0.01Ω。

对于变电站、通信基站等大型设施,采用深井接地技术可突破表层高阻限制。施工时选用Φ150mm的井管,内置19根直径14.2mm的铜包钢绞线构成离子接地极,井深通常20-30m。关键是在不同地质层位设置泄流孔:在含水层每米开设4个Φ20mm孔,填充比例为30%的NaCl与膨润土混合物。完工后需连续三天测量接地电阻,变化率<5%才算稳定。

接地系统的防腐处理常被忽视却至关重要。在盐碱地区,接地体表面应涂覆两层导电防腐涂料,层为锌含量96%的富锌底漆,干燥后再涂环氧煤沥青面漆,总干膜厚度≥300μm。连接部位采用不锈钢夹具时,必须使用316L材质并施加导电膏,接触压力不低于25N·m。

测量接地电阻时,三极法仍是现场最可靠的方法。电压极与电流极的布置角度应保持29°夹角,这个几何关系能消除测量误差。使用4105A型接地电阻测试仪时,测试电流频率应选用55Hz以避开工频干扰。在城区无法打辅助极的情况下,可采用钳形法测量,但必须确保被测接地网与其他接地系统有连接点。

季节性因素对接地电阻影响显著。在北方地区,冻土会使接地电阻上升30-50%,因此验收测试应在土壤解冻后进行。干旱地区可在接地体周围埋设保水材料,如吸水树脂与土壤按1:9混合后回填,能使旱季电阻变化率控制在15%以内。

实际工程中常遇到特殊地质条件。在岩石地区,可采用爆破致裂法:钻Φ80mm孔至地下5m,装入低爆速炸药爆破后形成裂隙网络,再灌注石墨含量40%的降阻材料。对于城市高密度建筑区,可利用建筑基础钢筋作为自然接地体,但需测试各连接点的过渡电阻,任何两点间电阻值差不应超过0.05Ω。

日常维护中,每年雷雨季前应进行导通性测试,使用100A直流压降法能准确发现腐蚀断点。发现接地电阻上升10%以上时,首先要检查连接头是否氧化,其次开挖抽查接地体腐蚀情况。在化工区等腐蚀严重场所,建议每3年开挖检查1-2处典型节点。

降阻工程的经济性分析不可忽视。对比传统镀锌钢和铜覆钢方案时,应按30年生命周期计算总成本,包括初期投资、维护费用和停电损失。在土壤电阻率>500Ω·m的地区,虽然深井接地初期成本高20%,但使用寿命延长3倍以上,长期来看更具性价比。

施工质量把控有五个关键点:材料进场必须检查镀层厚度和导电率测试报告;焊接点要逐个进行外观检查和电阻测量;降阻剂要现场抽样检测PH值和凝固时间;隐蔽工程需留存影像资料;竣工测量必须记录当时的气象条件和土壤含水率。这些原始数据对后期故障诊断至关重要。

遇到高阻地区改造项目时,采用分布式接地系统比集中式更有效。将原有单一接地网改造为多个独立子系统,每个子系统接地电阻控制在10Ω以内,再通过均压带连接,这样既保证总体电阻达标,又能有效控制跨步电压。改造施工应先断开原有连接,测试各区域自然电阻值,再针对性加强高阻区域。

移动通信基站的防雷接地有特殊要求。天线支架接地必须采用25mm²的多股铜缆,弯曲半径大于10cm以避免应力腐蚀。馈线接地每20m做一次,接地线要"先下后上"布置,防止雨水顺导线流入设备。铁塔四脚应分别接地后再互联,实测各脚间电阻差应<0.5Ω。

数据中心接地需考虑高频特性。建议采用0.6m×0.6m的铜排网格,交叉点焊接后镀锡处理。重要设备采用独立接地支路,线径不小于35mm²,长度控制在15m以内。所有接地线应避免直角转弯,采用135°斜角过渡以减少高频阻抗。测试时需用1MHz频率的阻抗测试仪,确保雷电流波头期间的动态阻抗达标。