对防雷设计中接地问题的探究

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  [摘 要]通过在防雷接地技术方面运用通信设备和电子设备来进行防雷的设计,在符合国家要求的条件下,为了能够使接地电阻的大小降低,选用何种外部的防雷装置的接地体系和联合接地方式的最佳选择这三个方面来对防雷设计系统中的接地问题进行阐述。想要进行合理接地要注意以下几点:布线的方式、屏蔽的方式、接地的方式、接地电阻与降阻剂间的影响和磁场对通信线路的影响等等。
  [关键词]防雷设计 接地
  中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)10-0072-01
  由于具有高集成度、低电压工作、快速度运算、较差的耐过电压、电流,性能较低的抗雷电强脉冲的电子设备,其基础是微电子技术。根据其多重的特点使得各行各业都受到建筑和雷电灾害电子的影响,尤其是拥有数据中心、计算机中心和程控机房的通信系统以及生产微电子的企业等。而在遭受雷电后将会产生数十万安的电流或巨大的电压,这种强大的电流和电压会使得人员和设备都受到危害,造成人员的伤亡和设备财产的损失。所以为了降低雷电对我们人员和设备的危害,那么就必须进行防雷设计,而接地是现行最为有效的防雷方法。所以,本文就来谈谈如何运用接地手段来有效的进行雷电的预防。
  1、运用接地技术防雷的目的
  通过接地的技术我们是为了能够降低雷电对人类产生的危害,而接地的方法又为什么能够防雷呢?接地能够将雷电流以低电阻的形式来向大地进行释放,从而对人员和设备进行保护。雷电直击和受感应雷是累计损害设备的两种情况。为了能够将感应雷、直击雷和电磁干扰进行释放和分流,就需要通过应用接地技术。雷电会被引入室内的主要原因是接地系统或避雷系统的不完善,雷电还会因此造成电器或电子设备的毁坏。所以说,做好接地工作,是有效降低雷电危害的有效方法之一。
  接地系统包括两个部分,一个是内部的相关电子防雷系统;一个是外部的防雷接地系统。选择接地的不同方式、保护雷电过压和内部屏蔽所能够达到的距离是内部防雷主要的作用;选用何种接地体与接地电压的降低则是外部防雷接地系统所要解决的问题。
  2、防雷设计汇总的接地问题
  2.1 电子设备与接地方式
  有的人对电子设备的防雷措施有一种错误的观点,他们认为为了保护电子设备不被雷电破坏,需要采用“通信地”这种单独的接地方式,与建筑物的防雷接地分开进行。
  在种类繁多的机房电子设备的接地极中,有避雷接地极、电子设备系统屏蔽接地极、为保护电气设备的接地极和保护电子设备的接地极等等,这些设备中有抗弱电干扰的接地极和强点保护的接地极。在同一电子设备机房中,即便将两个地网分开,他们之间也是有相互联系和作用的,并不是完全分开互不相干的两个系统。强电接地是将雷电泄入大地的一种方式来降低雷电对人身和设备的伤害,但是这样会大幅度的升高接地点周围的地电位,从而使得本身的电位升高,所以说在雷电发生时,就会因由于不同接地位所提高的电位而使得接地体间发生电位反击的现象。雷电反击现象的发生会造成电子设备借口通过过高的雷击电压或电流,所以针对此现象就要在电子设备的借口处设计合理的防雷电路,保证电子设备不受雷电的破坏。
  使用线路屏蔽的方法来对雷电进行防范是有效防范雷电最为有效的方法之一,但这需要保证线路屏蔽系统接地良好,以将传输线路屏蔽的方法保护设备不受破坏。如:通过应用金属屏蔽网的方法来对计算机机房进行保护。机房中还应在电力电线和通信电线中应用屏蔽电缆。为了最大限度的降低雷电侵入的可能,确保等电位的连接就应将屏蔽电缆应用到架空电力线引下后的线路中,以达到水平直埋长度50米以上,深度达到0.8米以上,有两段屏蔽层接地,非屏蔽的线路也要在镀锌铁管中保证50米的水平直埋和两处接地的要求,来确保设备的安全。
  在将布线、接地方式和屏蔽不断进行模拟中,对通信线路的限次感应与空间电磁场间的影响情况进行实验,能够对布线和接地方式得到以下结论:
  在机房的中部来布放通信电缆和地线。不要将通信电缆的线槽和地线线槽与设备机房立柱或横梁间的距离太过靠近。要保证进入机房前的高频电缆最少两处和避雷设备相连。用联合接地的方式来对设备进行保护,即交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地与防雷接地这四种接地方式以同一组接地装置来进行,机房、天线、配电地网也要保证他们是连成一个网。
  2.2 接地体的选用
  在对环境进行分析后,根据不同的环境来采用不同的接地体。接地体分为人工接地体和自然接地体两种。人工接地体有垂直和水平两种基本形式的接地体。垂直接地体由不等边角钢、肚子钢管或镀锌圆钢等钢管形成;水平接地体则采用焊接处应涂防腐漆等形式来形成。
  垂直接地的形式多应用于土壤电阻较低的地方,用以降低相邻接地体之间的屏蔽效应。对直击雷的防范通过对跨步电压的降低达到的,人工接地体要保证与建筑物出口或入口以及人行横道有效长度不小于3米。对于土壤电阻较高的地区,通过采用外引接地的形式来确保电阻率保持一定的范围。
  2.3 防雷设计中的接地电阻
  接地效果的好坏是防雷是否成功的关键,雷电电流是引起雷电破坏的最重要原因,而什么是雷电流呢?雷电流有较大的幅值和较高的冲击波电流。降低电阻是防雷的最根本的方法,在应用接地技术来预防雷电灾害时,最重要的则是控制接地电阻的大小。
  土壤电阻、接触电阻、接地体本身的电阻和接闪器与接地体间连线电阻是接地电阻的四个部分。所以要降低接地电阻就要从这四方面来下手。
  (1)接地体与接闪器:要降低接地电阻的大小,对于接地体与接闪器来说使其之间的连接线越短,接地电阻就会越小,材料以多股铜线为最佳。
  (2)接地体间的焊接点:为了能够保证接地线路的正常,对于焊接点来说,一定要在浇注混凝土的基础上通过防腐处理来对焊接点进行保护。焊接的长度也是有特定要求的,若为扁钢,则焊接长度要为扁钢宽边长度的2倍;若为圆钢,焊接长度就要为圆钢直径的10倍了。
  (3)接地电阻还与接地体形状和与土壤接触的松紧程度有着很大的关系。接地体与土壤接触的紧密程度,面积大小,都是影响其防雷效果的重要原因。
  (4)而在电流流入土壤以后,土壤的电阻率也会影响其接地电阻的大小。其影响电阻大小的主要因素能够从R=0.3ρ公式中能够看出土壤的电阻率与接地电阻成正比。
  能够通过使用降阻剂的方法来降低接地电阻,在降阻剂处于半流体状态时来进行浇灌,这样就能够减少土壤与接地体间的接触,从而使接地电阻降低。
  通过对防雷接地的接地方式、接地电阻、选择何种接地体和降阻剂进行深入的分析,我们能够得出,降阻剂对于降低接地电阻大小的重要作用,接地的方式应采用联合接地的形式等结论。
  雷电对人类的灾害我们大家都很清楚,但由于人类现在对雷电的机理认识还不够完善,所以还没有研究出完全能够防止雷电危害产生的方法。这就需要我们通过应用新的科学技术方法来更进一步的对防范雷电进行研究。接地技术作为当前最为有效的防雷技术,也需要在不断的创新过程中来防护雷电,保护人身财产的安全。
  参考文献
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