闻 垚

（中国联合网络通信有限公司兰州市分公司，甘肃 兰州 730000）

1 防雷概述

1.1 防雷工程简述

在防雷工程中，分为外部防雷和内部防雷。其中外部防雷主要是防直击雷，内部防雷主要是防感应雷[1]。由于两者性质有别、入侵路径各异、造成损失程度也不同，两者的防护措施各有特点。直击雷主要采取外部防护，由接闪器（避雷针、避雷带、避雷网或避雷线）、均压装置、引下线（网）、接地体等组成法拉第笼式避雷网，将雷电泻入大地。雷电感应主要是电器设备的电源线、信号线、天馈线等由于遭受雷击电磁脉冲入侵，而事先未采取相应的等电位、屏蔽、电涌保护等措施，造成电子元器件损坏，进而破坏整个电器设备、网络设备、信息系统，带来重大损失。

这两部分相辅相成，缺一不可。防直击雷是防感应雷的基础，防感应雷又是对防直击雷的补充。

1.2 接地的概念

接地是接地体和接地线的总称，不论是直击雷防护还是雷电的静电感应、电磁感应和雷电波入侵的防护技术，最终都是把雷电流送入大地，防止雷电能量对被保护物体产生破坏作用。

防雷接地是为了消除过电压危险影响而设的接地，通常是由接闪器（避雷针）、引下线（避雷线）和接地体组成的接地系统。防雷接地只是在雷电冲击的作用下才会有电流流过，流过防雷接地系统的雷电流峰值成百上千安培，电压能达到十亿伏，尽管持续时间很短，其破坏力却极大，造成的经济损失不可估量。

2 等电位联接

考虑到独立接地系统所存在的实际困难，现已趋向防雷、安全、工作三种接地连接在一起的接地方式，称为联合接地，目的是消除他们之间的电位差，消除反击现象[2]。这种接地方式就很好的解决了等电位连接的问题。

但是并不是说所有的防雷接地都要采用联合接地，采用联合接地有时会发生干扰现象。目前的解决办法是把防干扰的逻辑地单独设置，与避雷接地隔离起来，在两个接地之间设置一个低电压避雷器或火花塞，当闪电击中避雷装置入地时，两者瞬时接通，短时间内达到等电位的连接。

3 接地体

3.1 接地电阻概述

在防雷工程的设计中，接地体电阻越小，其散流就越快，被雷击保持高电位时间就越短，当然防雷效果也就越好。但是，实际生产的接地体电阻到底能需要做到多小呢？

这里首先解释一个概念问题，有的初学者认为，既然防雷接地体要越小越好，那么干脆在工程中直接将引下线埋入地下，这时没有接地体，那么接地电阻就为零了吗？

接地体的作用是散流，那么如果不连接接地体，引下线的入地段就会起散流的作用，它在此时就充当了接地体，这段导体作为金属线的一部分也是有内阻的。也就是说，只要引下线埋入地下，接地体就已经存在。所以为了加强的散流效果，人们就将这段导体换成散流效果更好的金属，即常说的接地体。人们只能想办法将它的阻值降底，而不可能让其为零。

3.2 接地体的散流及影响其大小的因素

大地具有一定的电阻率，一旦有电流经经过，大地的近端和远端之间就会产生电位差。泄入大地的电流总是从一点进入，向远端扩散。那就是说，电流从引入点开始向大地做半球状散开，扩散的电流随着与接地体的距离增大，电流强度逐渐减小。理论上，距离接地体无限远处电位降低至零。根据实际经验可知，距离接地体25 m 开外的位置，由于半球面已足够大，电流强度已趋于零，电位差极小，在工程中，可将该处作为零电位点。

从人们一开始研究防雷，金属就是人们首选的接地体材料[3]。根据公式R=ρl/S可知，金属的阻值取决于3 个因素：金属本身的电阻率ρ和它本身的长度l 以及面积S。目前，在大多数情况下都被选用镀锌钢做接地体。

实际上，接地电阻中，接地体的内阻较小，在工程计算中可忽略不计，而起重要作用的是大地的散流电阻，所以减小接地电阻还要从降低土壤电阻率上下功夫。

4 降低土壤电阻率

4.1 降阻常用方法介绍

第一，置换土壤（换土）。最快捷也是最普遍采用的方法，俗称换土。原理是用较低电阻率的土壤（粘土、黑土及砂质粘土等）直接置换原来的土壤，使其电阻率快速降低，其缺点是随着时间的增长，土壤容易劣化。

第二，埋深接地极。当地下较深处的土壤电阻率较低或地下深处有水时，可采取此方法来降低土壤电阻率。这种方法对砂质土壤最有效果，其施工方法简单，但其缺点是深度有一定的限制，不可能不计成本挖的太深。

第三，利用自然接地体。建筑物中的钢筋骨架、金属结构件与接地极有效连接，形成法拉第笼式避雷网，不但能将直击雷有效泄入大地，还能起引流、分流、均压的作用，从而保护楼内各类电子设备。

第四，使用降阻剂。一般在接地工程完成后，还未达到接地电阻时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂，降低其与周围土地之间的接触电阻，可在一定程度上继续降低接地电阻，从而达到工程要求。降阻剂敷设至小规模集中接地或小型接地网周围时，其降阻效果尤为显著。

第五，水下接地网。利用水工建筑物或其他与水接触的混凝土内的金属体作为自然接地体，利用焊接连通或在有适宜水源的地方直接敷设水下接地网，由于水的电阻率比大地电阻率小的多，可以取得比较明显的减小接地电阻的效果，缺点是造价相对较大，并且随着时间延续，接地体会出现锈蚀。

第六，延长水平接地体。结合工程实际运用，一般接地体的最大长度应小于等于其的有效长度的两倍。因为当水平接地体长度越大，电感的影响随之也越大，从而使冲击系数增大。当接地体达到一定长度后，再增加其长度，冲击接地电阻也不会下降。

第七，增加垂直接地体。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸相近时，接地网由原本的平面二维地网接地变为三维立体接地系统，电容显著增大，从而使接地电阻有较大幅度的降低。

4.2 特殊地质条件下的降阻方法

4.2.1 外引接地法

外引接地法也就是扩大原有接地网的面积，在已建接地网附近，找一处土壤电阻率较低的地方，再新建一接地网，将两接地网相连，从而达到降低接地电阻的目的。这种方法也可以用于建设住宅区楼与楼之间的辅助地网。

处在不同土壤电阻率的两地网连接后的接地电阻R 按公式（1）、公式（2）、公式（3）计算，两地网如图1 所示。

图1 不同土壤电阻率的两地网

其中ρ1为原地网电阻率（Ω·m）；ρ2为新地网电阻率（Ω·m）；S为两地网面积之和（m2）；A1为原地网面积（m2）；A2为新地网面积（m2）；R1为原地网接地电阻（Ω）；R2为新地网接地电阻（Ω）；K为屏蔽系数。

由式（1）和式（2）得，新地网接地电阻和其对应土壤电阻率成正比，并且其面积对降低接地电阻有很大影响，结论是在原地网附近选一处电阻率较低的区域，同时新地网面积尽量做大。反之，无论土壤电阻率或新地网面积哪一个不满足要求，都会减弱总体接地电阻的降低效果，从而失去实施外引接地工程的意义。

4.2.2 爆破制裂压力灌浆法

如果所需降低地阻区域为坚硬土壤时，可通过爆破，在土壤裂缝中安插接地体，再将降阻剂压入裂隙中，从而整体改变一定范围内的土壤导电性能，以达到工程要求的条件。

采用本方法降低接地电阻，其原理是通过爆破，形成的裂缝可与土壤中原有的裂隙交叉形成新的裂缝网，在裂缝中安装接地体，然后向裂缝中灌注降阻剂，从而形成一个低电阻率通道，形成树枝效应，相当于扩展了接地体的尺寸，有利于电流通过裂隙中的降阻剂散流到外部土壤。

5 结论

在防雷工程中，接地作为最重要的组成部分之一，越来越受到人们关注。尽管目前在等电位连接、接地体、降阻方面还存在一些难以解决的问题，但为了防雷工程的不断优化，防雷接地研究仍然要继续做下去。这就需要充分发挥研究人员及工程人员的聪明才智，从材料选择，设计方法，施工工艺上下功夫，针对不同地区、不同土壤条件采用不同的方法，达到最佳的效果，尽最大可能的减少因雷电袭击所造成的财产的损失。