转帖]关于防雷接地问题的探讨中国科学院电工研究所 马宏达

摘 要：本文讨论了配电网接地制式与建筑物电气设备的电磁兼容问题；接地网的电阻值及接地网的结构在防雷中的作用；外部防雷和内部防雷两个子系统的放电过程；指出了接地技术中的宣传误导。

关键词：建筑物防雷雷电电磁脉冲防护 LEMP 防雷接地 电子(逻辑)接地

1、供电系统接地方式与室内电磁兼容的关系

配电网接地系统的制式关系到电网的运行安全和建筑物的供电安全[1、2]。西方国家特别重视供电质量，对电源频率和电压质量都有严格的要求；他们对智能建筑物内的电磁兼容问题也很重视，重要建筑物广泛采用屏蔽电缆的供电方式。现在我国智能建筑物的设计已经注意到这一点。现在大城市中的配电变压器已经采用小电阻接地方式，电源线已经广泛采用TN-S和TN-C-S系统，俗称三相五线制；在室内注意按综合布线的规范敷设电气线路。

如果把三相电源系统的火线比做上水管道，则N线有如下水管道，它输送的电流有闪光灯和闸流管等电气设备产生的杂波，还有电源系统故障时产生的过电流等。这样电源自成闭合系统，PE线只是起到接地固定电位的作用，平时并无电流流过。如果把N线与PE线合并，这些杂波电流和过电流就会在地线中产生浮动电压，使电子设备遭受损坏和不能正常工作。所以，N线必须绝缘敷设，PE线必须独立敷设，这正是三相五线制供电系统建立的意义。检查N线与PE线是否绝缘良好的办法是测量PE线内的电流，正常情况下PE线内不应该有电流。我们在故宫防雷工程中测量某宫殿的防雷接地时，发现接地电阻表摇摆不定，从而发现N线与PE线有搭接的故障。PE线的作用就是，平时作为电子地(逻辑接地)和设备的保安接地，在雷击时兼做防雷接地。

三相四线制的PEN线也有保安接地的作用，但是它不能做电子接地，因为它平时将有杂散电流通过，不能保证电子设备的稳定运行。例如：1993年在北京西便门立交桥东北侧曾有一片平房(商店)发生火灾，原因是有一辆高架货车把电线挂断，发生单相电弧接地事故，而该商店的电气开关未能立即开断，这片平房顶棚内的电线因过电流而熔化并引发火灾。我国农村地区要特别警惕这种架空线配电建筑物的安全问题。IEC防雷标准和我国现行建筑物防雷标准选用SPD的U1ma时，只考虑220／380V电网中性点接地方式，而没有考虑其上一级10kV电网的中性点的接地制式。以至常选用440V、470V的U1ma，这样做是不妥当的。我国多数配电网是采用中性点绝缘或经消弧线圈接地的方式，这些电网发生单相接地故障可能运行几个小时，此时相电压变为线电压，使SPD烧毁。我国水利电力部和机械工业部根据本国情况考虑荷电率制定的避雷器国家标准GBll02-2000，对220V级MOV规定U1ma=600V，相问MOV的U1ma =1200V。这样做既能减少SPD烧毁，又能有效地防雷才是合理的。

建筑物雷害事故统计表明：80～90％的事故是由电气线路引入的，直接雷击的事故并不多。在山区和农村中建筑物的供电用架空线直接引入不是好办法；建议参考文献[3]，改用铁管穿线屏蔽敷设(见图1)：进线杆前连接一段长度大干15m的架空伸长地线兼做避雷线(见图2)，此段线路的作用是增加屏蔽铁管前主线路的电感，使1#SPD(氧化锌避雷器)便于启动，在进线杆前再连接2#SPD，进线杆的铁脚和铁管的上端联合接地。

图1 建筑物架空线引入时的防雷措施

图2 在电杆上做架空伸长地线及避雷线的示意图

2、取决接地电阻大小的要素

经验表明，接地体的电阻主要决定于它与地的接触电阻。我们在打接地棒后立即测量其接地电阻值时测得某一数值；只要抓住接地棒的上端摇一摇，再测时其接地电阻值将增加。这是因为接地棒与其附近的土壤脱离的缘故。在钻孔埋接地体的时候，灌水和填土后其接地电阻值将有一变化时期。开始其接地电阻值小，后来变大(土壤与接地体脱离)，长时期后又变小(因土壤压实)。用碳棒和碳质模块做接地体时其接地电阻值并不如计算那样理想，但是如果在它们的周围涂以LRCP降阻剂则可较理想地达到预期的接地电阻值。这些都说明接地体与地的接触电阻是决定接地电阻的重要因素。

接地网的接地电阻与接地网的面积S的开方成反比，在接地网内再补充打接地棒和接地桩，对于降低接地电阻的作用不大。因为接地网的周边接地棒对其中心有屏蔽作用。而且，电子地的稳定不是单*降低接地电阻值所能解决的，重要的是要想法降低接地网的电感和使接地联线中没有电流(此时，接地线的电感电压降占重要地位)。解决的办法是用星形接法连接仪器设备；如果还有困难，接地联线用绝缘线，把接地线用铁管套起来，屏蔽铁管的两端与其附近PE线相连。其道理是使接地线的电压不能耦合到电子回路中去。内部防雷的系统中要避免采用开关型和间隙型过电压保护器，这些间隙在放电时电压急剧截断将引发电路中分布电容和电感的震荡过程，使电子设备遭到损坏。

3、接地网的结构及其防雷性能的分析

在雷击建筑物时，在钢筋混凝土的结构钢筋内将有震荡电流产生。这些震荡电流将感应室内电气线路产生二次电流。这些二次电流将造成电气设备的损坏。采用SPD限制作用在电气设备上的电压是内部防雷的任务，接地网的等电位连接措施使这二次电流回路中的电流不会很大，用8/20μs电流波形检验。

防雷导体流经的雷电流是一次电流，它是排出建筑物的外部放电过程。内部防雷子系统与外部防雷子系统之间虽有电路上的联系，但是各自自成系统，要分别计算不能够混淆，否则将发生严重的计算错误。采用电缆段进线和穿铁管屏蔽进线的防雷方法，是防止雷电流经SPD向电源系统反灌的重要措施。

建筑物的基础接地和其周围的埋地接地网是安全散流和整体电位浮动的保证条件。如果防雷接地体是独立的或是室外的一条接地带，则不能保证建筑物的屏蔽条件。对此北京电力科学院的科学家曾经做过屏蔽理论推算和实验检验[4、5]。文[5]探讨了高电压试验室的接地，它的道理可以运用在建筑物防雷中，它说明了减少接地网电感的道理和穿线铁管是屏蔽的有效措施。

笔者在某通讯站测量其天线阵地和机房的接地电阻，两座机房接地用的是室外接地带，天线阵地用的是接地网。测量结果发现：机房和天线接地网的联合接地电阻值比单独的天线接地网的接地电阻值还要大，大出的部分是接地带所形成的连线电阻。所以机房的接地一定要做成围绕机房的周圈式的接地网，不能用机房外的接地带来代替。

埋地接地网CBN与设备连接网EBN的作用和要求不同，参看图3。

图3 公用连接网CBN与设备连接网EBN的原理示意图

笔者个人的看法是：

(1)公用连接网CBN的作用是安全散流和保证等电位。它必须采用周圈式接地带，其外围可敷设一些接地棒。埋地是散流的重要条件，在土壤电阻率比较低的地方打接地棒对降低接地电阻有效；但是在土壤电阻率比较高、没有地下水的山地，打接地棒很难，对降低接地电阻的作用也不明显。

(2)埋地接地网是保证建筑物在雷击时整体地电位浮动(屏蔽作用)的必要条件，如果接地体或接地带敷设在建筑物之外，它不能起到屏蔽的作用。接地网比独立接地体和接地带有更大的电容，在雷电先导形成和向地面发展的过程中，接地网上将感应产生大量的感应电荷，这些电荷与雷电先导电荷的符号相反，在主放电过程中它们复合，在接地导体中放出能量(变为热能)，这样产生的雷击电压将比独立避雷针小，有利于整体的防雷效果。

(3)设备连接网EBN的作用是保证等电位的条件，它本身要有一定的低电感的要求，这与安装的电子设备情况有关，也与设备接地线的连接方法(S星形或M网形)有关。

(4)EBN接地连线的电感是造成干扰和危险地电位浮动的根源。所以使电子地稳定的关键条件是使接地连线中的电流为零。要达到这一点就是要从地网CBN的中心部位在电梯井中引上接地线，并与各层楼板的等电位连接板和PE线相连接，要求严格的房间应敷设单独的等电位接地板(如用铁板拉网)。

(5)建筑物内的等电位状态也不像静电学等电位那样理想，大楼内还有杂散电流在钢筋中分布。在大楼内各种电气线路都要受到杂散电流的电磁耦合作用。杂散电流在接地网上的电压降(主要是电感分量)就是接地系统不同点的暂态电位差。这个电位差很难直接测量。实际上，更有实际意义的是所谓的开环电压和闭环电流如图4所示。

图4 开环电压和闭环电流示意图

图4中，Uab为接地网A、B两点间的电位差。电子仪器外壳对EBN的地、或仪器外壳对电源的电位差即是开环电压。假如仪器的外壳在控制室内接地，则仪器电缆外皮(屏蔽层)中流过的电流称为闭环电流。它是决定电子仪器受到共模干扰大小的一个量。开环电压决定了仪器受到的过电压的大小，而闭环电流则决定了共模干扰的大小。

(6)人们只有明确了内部防雷和外部防雷两个子系统中电磁震荡的过程及其特性才能提出有效的抗干扰的办法，原则上是合理地运用隔离与连接的措施，消除不希望的电磁耦合，其中用铁管穿线屏蔽电气线路外，把冗余的电气线路的两端全部短路并接地，这两项措施经常是很重要的。

4、接地电阻测量的困惑

现在城市中建筑物的密度很大，地下管网很多，钢筋混凝土建筑物的接地网接地电阻的测量实际上很难测准。因为接地电阻测量的拉线距离必须大于接地网直径的4～5倍，这一点很难做到。实际上接地电阻的测量是在接地网的网眼中进行的，这与接地电阻的定义是不一致的，其测量的结果是不可信的，(其总的趋势是测量结果偏小，有时甚至成为负值)。现在广泛采用的高频接地电阻测量仪和脉冲接地电阻测量仪所测接地电阻与工频接地电阻不同，它没有标准定义的接地电阻的意义，但是它对接地线断线的检测有参考意义，笔者曾经专门讨论过这个问题[6]

5、防止华而不实的炒作行为

(1)我不赞成用铜材做接地体，接地体的尺寸是由机械强度和腐蚀因素决定的，不是由热稳定条件决定的。铜是一种战略物资，我们不应把它大量地埋在地下。西方国家现在都已改用钢管做接地体了，我们却宣传用铜作接地体。这无非要提高防雷装置的造价，增加用户的成本，给施工方带来利益。

(2)不要听信某些防雷公司的宣传，在接地网的当中打接地桩，那样做是无效的。电子地的稳定问题不仅在于接地电阻值的大小，关键在于要使接地线上没有电流。类似“打接地桩”的宣传是一种误导。

(3)还要注意接地措施导致的环境污染问题和对附近钢铁构筑物的腐蚀效应问题。

接地电阻怎样降低？

改变土壤电阻率一般是采用一些人工降阻的方法，比如换土，加降阻剂。

而接地极的多少，材料的不同，地网形式不同只是改变接地电阻的一种方式方法。

改变接地效果，一般我们就是从这两方面来解决，一是降低土壤电阻率，二是使用良好的接地材料和施工工艺。

传统的接地材料是无法影响土壤电阻率的。

现在有一种离子接地体，它能达到这两种效果，它是靠管内的填充料向土壤四周的扩散而来改变土壤电阻率的。

降低接地电阻的方法有哪些

在众多信号防雷器施工过当中，大部分需要做防雷地网，最近不少客户来电咨询我们的工程师，怎样才能更好的降低接地的电阻，而且接地电阻的大小也直接影响信号防雷器装置的性能优劣。

那么目前最有效的降低接地电阻的方法有以下几种：1、深埋接地极：当地下深处的土壤电阻率较低或有水时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。

这种方法对含砂土壤效果明显。

据有关资料记载，在3 m深处的土壤电阻系数100% ,4 m深处为75% ,5 m深处为60% ,6. 5 m深处为50%。

这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地困难更大。

2、对土坡进行化学处理： 在接地体周围土壤中加食盐、木炭、电石渣、石灰等化学物，提高土壤导电性。

例如土壤中加人食盐时，砂质土电阻率可减少1/3~1/2，砂土可减少3/5~3/4。

这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但会降低接地性能的稳定性，加速接地体腐蚀，减少接地体的使用年限。

3、使用接地电阻降阻剂：一般在接地要求较高的设备接地时采用这种方法。

在接地体周围敷设降阻剂后，可增大接地极外形尺寸，降低与周围大地介质之间的接触电阻，可在一定程度上降低接地极的接地电阻。

降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时，降阻效果较为显著。

这是目前采用的一种较新和积极推广的方法。

4、更换土壤：这种方法是用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0. 5 m以内和接地体的1/3处。

但这种置换方法对人力和工时耗费都很大。

5、伸长水平接地体： 如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。

但在设计、施工时，必须考虑到连接地极于线的自身电阻所带来的影响，因此外引长度不宜超过100 m。

结合工程实际情况经过分析，结果表明：当水平接地体长度增大时，电感的影响随之增大，从而使冲击系数增大，当接地体达到一定长度时，即便再增加其长度，冲击接地电阻也不再下降，一般来说接地体的最大长度应不大于接地体的有效长度的2倍。

6、污水引入： 为降低接地体周围土壤的电阻率，在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。

接地体采用钢管，在钢管上每隔20 cm钻一个5 mm的小孔，使水渗人土壤中增加接地体周围含水量，以增强导电性及降低接地电阻。

7、采取深井接地：有条件时还可以采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打人井孔内，并向钢管和井内灌注泥浆或者灌注降阻剂等。

...

减小接地电阻有哪些措施？

接地电阻中流散电阻大小与土壤电阻有直接关系。

土壤电阻率越小，流散电阻也就越小，接地电阻就越小。

所以遇到电阻率较高的土壤，如砂质、岩石以及长期冰冻的土壤，装设人工接地体时，要达到设计要求的接地电阻值，往往要采取措施，常用的方法如下：（1）对土壤进行混合或浸渍处理：在接地体周围土壤中适当混人一些木炭粉、炭黑等以提高土壤的导电率；或用降阻剂浸渍接地体周围的土壤，对降低接地电阻也有明显效果。

浇灌食盐水虽能降低接地电阻值，但对接地体有较强的腐浊作用。

（2）改换接地体周围部分土壤：将接地体周围换成电阻率较低的土壤，如粘土、木炭粉土等。

（3）增加接地体埋设深度：当碰到地表面岩石或高电阻率土壤不太厚，而下部就是低电阻率土壤时，可将接地体采用钻孔深埋或开挖深埋至低电阻率的土壤中。

外引式接地：当接地处土壤电阻率很大而在距接地处不太远的地方有导电良好的土壤或有不冰冻的河流、湖泊时，可将接地体引至该低电阻率地带，然后按规定做好接地（防雷接地不用此法，防雷接地要直接接地，接地线要越短越好）。

降低接地电阻的方法

在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置接地电阻宜采用下列方法：一、采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度，有效长度应符合本规范附三的规定。

二、接地体埋于较深的低电阻率土壤中。

三、采用降阻剂。

四、换土。

引自国标，希望能够帮助你。

【如何降低接地电阻值】作业帮

测量方法：1、准备仪表 1台，仪表箱1个，辅助接地棒4根，测试线 4条，简易测试线 2条，1.5V电池 6节。

2、拿出ES3010E接地电阻土壤电阻率测试仪。

3、这次使用的是四线精密测试接地电阻（以下接下均参照此图）默认接地棒之间的距离为5米。

4、打接地棒电流极红色。

5、打接地棒电压极黄色。

6、将绿色与黑色同时钳到设备的接地引下线上。

7、分别把对应颜色插入到仪表接口上。

8、旋转开关到接地电阻档RE档，此档就是测量接地电阻的。

9、按TEST红色键开始测试。

10、得出接地电阻来，3.28欧，此时的接地情况良好，检收合格即可完成测量。

扩展资料：1、接地电阻就是用来衡量接地状态是否良好的一个重要参数，是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻，以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。

2、接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，也反映了接地网的规模。

接地电阻的概念只适用于小型接地网；随着接地网占地面积的加大以及土壤电阻率的降低，接地阻抗中感性分量的作用越来越大，大型地网应采用接地阻抗设计。

参考资料：百度百科-接地电阻

一般接地电阻要求多少啊？

标准接地电阻规范要求：1、独立的防雷保护接地电阻应小于等于10欧；2、独立的安全保护接地电阻应小于等于4欧；3、独立的交流工作接地电阻应小于等于4欧；4、独立的直流工作接地电阻应小于等于4欧；5、防静电接地电阻一般要求小于等于100欧6、共用接地体（联合接地）应不大于接地电阻1欧。

1）电源容量100kVA以上的变压器或发电动机的工作接地，R=4Ω。

(2)电源容量小于等于100kVA的变压器或发电动机的工作接地，R=10Ω。

(3) 100kVA以及以下低压配电系统的零线重复接地，R=10Ω；当重复接地有3处以上时，接地，R=10Ω。

(4)电气设备不带电金属部分的保护接地，R=4Ω；引入线装有25A以下熔断器的设备保护接地，R=10Ω。

(5)低压线路杆塔的接地或低压进户线绝缘子脚的接地，R=30Q。

(6)变配电所母线上FZ型阀型避雷器的接地，RΩ。

(7)线路出线端FS型阀型避雷器的接地、管型避雷器的接地、独立避雷针接地（个别可取 R=30Ω）、工业电子设备（包括X 光机）的保护接地，均为R=10Ω。

(8)烟囱的防雷保护接地，R=30Ω拓展资料：很多家用电器尤其是大电器像冰箱，洗衣机，空调等使用的电源线都是三芯的。

实际上使用一般市电的电器只要有零线和火线两根就可以正常工作了。

多出来的这根线就是地线，也就是说这些电器必须要接地。

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。

同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的电流就会经保护地线到大地，从而起到人身安全保护作用。

接地电阻就是用来衡量接地状态是否良好的一个重要参数，是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻，以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。

接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，也反映了接地网的规模。

接地电阻的概念只适用于小型接地网；随着接地网占地面积的加大以及土壤电阻率的降低，接地阻抗中感性分量的作用越来越大，大型地网应采用接地阻抗设计。

对于高压和超高压变电所来说，应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”，同时建议规程采用接触电压和跨步电压作为安全判据；还应选用轻便、准确的异频测量系统获得接地阻抗的正确结果，以保障人身、设备的安全，利于电力系统的安全运行。

参考资料：百度百科 接地电阻

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