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摘要：雷电会在短时间内形成巨大的过电压及电力浪涌，会对电网运行带来极大的安全威胁，并威胁人们的安全，而防雷及接地措施的应用可以有效避免这一问题。基于此，本文出于探讨防雷及接地装置对设备的安全运行，首先分析并阐述防雷与接地技术的应用原则，进而介绍防雷接地设备及相应措施，最终探讨防雷与接地对设备的安全运行措施。
关键词：防雷设备；接地保护；设备安全
前言：
防雷设备及接地保护是维护电力系统安全运行、维护建筑安全、避免安全隐患的重要措施，随着时代的发展，人们对于电力能源及电力设备的要求越来越高，用电安全也显得愈发重要，为此就有必要采取相应的防雷措施及接地保护。
1.防雷与接地技术应用原则
防雷与接地安全技术的应用，其目的就在于保障建筑、设备及人身安全，因此无论技术应用还是设备暗转，都需要以国家标准及设计规范为基础，采取必要的保护接地，并保证保护接地线。在建筑设计中，应当做好防雷设计，需要充分考察现场地理环境、地质结构、土壤成分、环境气候及雷电活动等因素，合理设计防雷装置的形式及设置。所采用的电气设备，在没有特殊要求的情况下，应当使用整体接地体，并基于等电位连接需要，连接建筑金属构件、管线及总接地防雷设施。
2.防雷接地系统对设备的影响
对于弱电系统来说，直击雷会导致雷电流反击事故，威胁人身安全，并且产生脉冲电压，导致电气设备温度异常升高，最终导致火灾甚至爆炸事故的发生。而防雷接地系统就可以有效避免这些弊端。目前，防雷设备及接地设备大多已经合并，防雷接地系统的应用对于电气设备而言有重要影响。首先，防雷接地的应用可以帮助电气设备排除多余的电流，对电气设备的运行起到保护作用；其次，防雷接地系统可在一定程度上起到延长电气设备使用寿命的作用。尽管某些情况下，雷电较弱，并不会对电气设备造成一次性的影响，但再弱的雷电也会使电气设备一定程度上处于过载情况，会对设备造成软损伤，导致设备老化的情况愈发严重，而防雷接地系统就可以避免这一现象。
3.防雷接地设备及相应措施
3.1防雷设备及措施
防雷设备一般包括浪涌保护器、浪涌保护插座、天馈浪涌保护器、信号避雷器、浪涌测试仪器与地极保护器等。防雷器主要应用于建筑主配电柜、分路配电柜及重要电气设备的前端；测量与控制装置的应用范围较为广泛，包括厂房、示警、住宅等。实际上，雷电等因素造成的过电压会影响控制系统、转换设备及传感设备，而许多电气设备对于浪涌十分敏感，基于此，在选择测量与控制装置及防雷器的过程中，需考虑系统最大电压、电流及数据传输频率等。
按照防雷产品或措施，可将其划分为三种类型，分别为接闪器、消雷器及引下线，其中接闪器是最为成熟的防雷装置，得以在建筑物及构筑物中广泛使用；消雷器近年来得到了广泛重视，是通过对接闪器材料及形状的改善来接引雷电电荷，以消弭雷云的场强，有效消雷；引下线具备屏蔽作用，可采用普通金属作为引下线。
3.2接地设备及措施
接地方式包括工作接地、保护接地、静电接地、直流接地、防雷接地等。其中，工作接地能够确保在工作状态下，电气设备及电气系统运行的可靠性与稳定性，降低人体接触电压，对故障设备及电路加以切除，并降低设备及线路的绝缘水平；保护接地的存在，能够避免设备外壳带电的情况，以保证人身安全，避免出现事故的发生；静电接地是指设备移动或与其他物体在摩擦中，会产生静电，并存储与管道、容器及其他设备上，形成高电位，影响人体安全，为此可通过静电接地，当静电产生时即将其导入地下，以避免高电位的形成；直流接地应用于直流电压较小且存在大量集成电路的计算机及微电子设备当中，可集中设备的零电位，稳定电路电位，避免外界干扰；防雷接地是指直接将雷电浪涌导入地下，以避免被保护物受到雷击浪涌或过电流的负面影响[1]。
4.防雷与接地对设备的安全运行措施
4.1保护接地
保护接地，就是将设备的外壳或金属框架，与大地相互连接，为雷电及过电压提供一条去路，以保证人身安全。一般来说，保护接地安装于低于1000V的中性点不接地，或超过1000V的电网中。低于1000V的中性点不接地电网，如果存在某设备A相绕组绝缘损坏并且与金属外壳连接的现象，存在外壳带电情况，如果没有采用保护接地措施，一旦肉体触碰，就会形成回路，在一定情况下，经过人体的电流会超过安全限制，从而发生安全事故。而如果存在接地，则肉触碰式，电流会在接触点位分成两股，分别流向人体及保护接地，两路电流经火线及其对地绝缘电阻，形成回路，人体中流经的电流极小，避免触电的可能。
基于相关设计规定与安装规程，不超过1000V的中性点接地系统，所采用的用电设备并不需要安装保护接地，其原理在于：当存在某相线路绝缘破损并接触金属外壳时，电流经过大地，回到中性点，一部分电流经过保险丝，但可能由于电流过小，而导致保险丝未能熔断，金属外壳始终带电。金属外壳对地电压Ud的值与Id在Rd电压降相同，存在，。如果采用的线制为三相四线，若U相=220V，R0≈4Ω，Rd＞4Ω，假设R0=Rd=4Ω，若金属外壳对地电压=110V，而人体安全电压低于36V，持续接触安全电压24V，则金属外壳对地电压远超过人体安全电压，因此不超过1000V的中性点接地系统用电设备无需安装保护接地。
（1） （2）
图1 （1）保护接地；（2）中性点接地不使用该保护接地
4.2接零保护
接零保护是指采用金属外壳的电气设备，或者连接金属外壳的金属架构，连接中性点接地电气系统零点，以实现对人身安全的保护。接零保护的应用范畴，一般限定在不超过1000V的中性点接地三相四线制电力网络中，目前电力照明及系统中采用了380/220V中性点接地的三相四线制，基本上都采用接零保护措施。不超过1000V的中性点接地系统中，运用保护接零时，如果存在绝缘破损线路，且接触金属外壳时，该系统会出现单相短路，在巨大的电流下熔断保险丝，电动机与电源相互脱离，以避免人体触电事故[2]。
单相家电中常见的三角插头，就是怎么更加漏电保护器及接地保护的插头，需要配备以相应的三角插座。需保证导线连接电源中线，不允许混插，以避免重点断裂，造成外壳带电，导致保险丝难以熔断，影响人体安全。如果380/220V照明系统中采用三相四线制中性点接地，并采用保护接零，当中线断裂时，可能存在触电隐患，因此通常将熔断器安装于相线而非中线。单相双线照明供电线路中在运行中，为了保证用户安全，通常会增加保险丝，以避免自行修理或接线路导致相线与中线相接而造成的安全风险。
4.3技术要求
防雷及接地保护一般的应用于建筑物或构筑物当中，其中所使用的设备设施、管线、金属框架、线缆金属铠装及其他金属框架、屋面放散管及风管等，都需要应用防雷技术，做好接地处理。如果屋面金属材料较多，则接地保护的频率为18~24m，固定间隔进行接地保护。若采用防雷电感应接地装置及电气设备之间，应当使用同一套极接地装置，将工频接地电阻限制在10Ω的范围内，至少有两处连接点，连接屋面接地干线及防雷电感应装置。
接地线可以采用圆钢材质，控制圆钢直径，直径至少8mm。如果采用扁钢接地线，则其截面积至少48mm2。可采用角钢作为地下人工垂直接地体，也可使用圆钢或钢管。如果采用圆钢，则控制其直径至少10mm，控制扁钢面积及扁钢厚度，分别为10mm2及4mm，如果采用钢管材料，择期管壁厚度至少为4.5mm[3]。
以弱电机房为例分析防雷基地的应用方法：（1）重视连接方式与技术参数，以充分发挥防雷接地的重要作用；（2）合理选择布线方式，削减系统中不同材质的接地电位差；（3）基于弱电机房所在地接地电阻及土壤环境，准确设计防雷接地系统，从外部防雷及内部防雷两方面入手[4]。
图2 防雷接地施工工艺图
建筑结构内焊接防雷钢筋：（1）需明确钢筋规格、焊接参数及密实度加以充分把控，与土木建筑工程充分结合，采用圆钢双面焊接钢筋，控制钢筋焊接长度；（2）对防雷带、防雷支架及避雷针等，采取必备防腐蚀措施，做好伸缩缝处理；（3）结合土建工程进行防雷带施工，避免防雷带对防水等工程内容造成影响，避免屋顶引下线工程；（4）控制等电位联结线缆，主干线截面最小为16mm2，直线截面最小为6mm2；（5）精准安装等电位盒，保证电位盒安装的平直与稳固，保障接线牢固与可靠，避免等电位盒被污染；（6）对接地电阻进行及时测试，并对测试结果加以记录[5]。
5结语
出于保障电力系统安全及生命财产安全的考虑，需严格遵循相应的技术应用要求及设计规范，合理利用保护接地及接零保护措施，避免电力系统在雷击浪涌及过电压的影响下出现安全问题，避免由于过电压及雷击浪涌的存在，在人体接触带电设备时发生触电事故，避免造成严重的安全事故及经济损失。
参考文献：
[1]邹敏. 关于防雷、接地和电气安全的研究[J]. 电子世界，2014（12）：486-486.
[2]宁国涛. 关于防雷、接地和电气安全的研究[J]. 经营者，2016，30（4）.
[3]唐昊. 电气设备防雷接地装置的运行维护探讨[J]. 科技风，2017（23）：129-129.
[4]本书编委会. 建筑物电子信息系统防雷技术规范[M]. 中国建筑工业出版社，2004.
[5]本社. GB50057-2010建筑物防雷设计规范[M]. 中国计划出版社，2013.
论文作者:杨维
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/27
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