关键词：信息系统 接地电阻 接地响应 接地方式
1案例项目概况
1.1项目概况
该综合楼所在位置，南靠206国道，北邻人民医院。该综合楼接地电阻设计要求为≤1Ω，在建设初期，没有请专业防雷设计施工单位设计和施工，凭着土建师傅经验施工，最后验收时接地电阻值实测值为3.5Ω，远大于设计值1.0Ω。经过一段时间试运行，该信息机房设备常出故障。故对其综合楼进行接地网首次改造，但没请专业防雷设计和施工单位，结果改造后接地电阻值实测为2,2Ω，未达到设备接地要求。由于雷击等原因造成多次损坏后进行二次改造，本次改造由我所专业团队负责设计和施工。
1.2接地装置分析
2008年9月13日我单位组织工作人员对该综合楼东面未回填土壤进行电阻率测量，测量数据换算修正后结果为249欧姆・米。根据土壤电阻率和综合楼机房接地电阻要求≤1.0Ω设计，人工接地极围成等效半径必須≥70米。根据现场勘察，该综合楼周围可利用土地面积少、土壤电阻率高等，为达接地电阻≤1.0Ω设计要求，增加常规接地体很难降低接地电阻值，故采用深井接地法是最经济也易达预期目标。
13接地装置设计方案
为达设计要求≤1.0Ω接地电阻设计方案（图1）。
①在大楼西面绿化草地上设置2口15米接地深井，每米使用30kg长效降阻剂，中心金属接地极采用立信离子接地棒，型号：REP-LEI，长度1.25米，10节串接，共计20根。
②在大楼东面即篮球场东侧绿化带上设置2口深15米接地深井，每米米使用30kg长效降阻剂，中心金属接地极采用立信离子接地棒，型号:REP-ILEI，单节长度1.25米，10节串接，共计20根。
③设计9块∮200×1200非金属接地体，型号:REP-PEII，与深井配合相成非等长结构，扩大等勢散流面积，共计9块。
④连接导体采用95mm²铜裸线连接，分别从多方位就近与大楼原有接地系统相连接，共计124米。
⑤连接完后采用95mm²多股铜绞线引出接地线至总配电房接地端子上，测试接地电阻值合格后再回填夯实，共计36米。
图1整改方案简图
1.4接地装置降阻效果计算
①当接地模块垂直埋置时,单个模块接地电阻:
Rm单= p/(2πL)×1n[4L(L+2h)/d/(L+4h)]×M。
=249/2.4π×1n14X0.32
=27.9Ω
（式中p为埋置地土壤电阻率，L为模块长，d为为模块直径，h为模块埋置深度，M。为模块调整系数,取取0.32。）并联后总接地电阻:
Rm=Rm单/n/ŋ=27.9/9/0.8=3.88Ω(式中n为模块个数，ŋ为模块利用系数，采用0.55~0.85。)
②95mm2裸铜绞线水平接地体并添加降阻剂后接接地电阻值计算如下:
Rs=p/(2πL)X1n(L2/hd)XM1=2.78Ω
其中:L----水平接地体总长度,取取100米;
h----水平接地体埋深,取0.8米;
d----水平接地体直径或等效直径,取0.011米
M1-----降阻剂降阻系数,推荐值为0.50。
③单井电解离子接地棒工频接地电阻计算如下:
Rd单=k・p・Y・∂/H=0.75X249X0.8×0.5/(1.25×10)=5.98Ω
其中Rd----电解离子接地系统工频接地电阻;
H----电解离子接地系统长度;推荐参数为12.5m;
∂----电解离子接地系统初始离子扩散半径;推荐参数为0.5;
y----降阻剂回填料降阻率;推荐参数为0.8;
k----电解离子接地系统效率;推荐参数为0.75;
现就此公式所列参数取值范围做以说明
a、电解离子接地系统效率k值选取
设:单组电解离子接地系统所使用接地极数量为y，当单根电解离子接地体长度＜3米时，按如下取值范围选取电解离子接地系统效率k：
y≤4; k=0.85
4<y≤10; k=0.75
10y≤20; k=0.65
b、与土壤电阻率ρ有关回填剂系数值选取
ρ≤500Ω·m, V=0.8
500Ω·m<ρ≤1000Ω·m, V=0.7;
1000Ω·m<ρ≤2000Ω·m, V=0.6;
ρ>2000Ω·m, V=0.55
c、与电解离子接地体长度H有关初始扩散半径∂值选取
H≤3m, ∂=0.8;
3m〈H≤6m, ∂=0.7;
6m〈H≤12m, ∂=0.6;
12m<H, ∂=0.5;
d、电解离子接地系统并联工频接地电阻近似计算
电解离子接地系统并联工频接地电阻近似计算如下:
Rd=Rd单/n/ŋ=5.98/4/0.85=1.76Ω
Rd单----1组离子接地系统使用效果
Rd----n组离子接地系统使用后效果
n----使用离子接地系统组数
ŋ----利用系数
利用系数取值范围如下:
n≤4; =0.85
4<n≤10; =0.80;
10<n≤20; =0.75;
20<n; =0.65:
④接地模块和深井电解离子接地棒组成人工垂直接地网工频接地电阻为
Rc=1/[∑(1/Rm单+1/Rm单)×ŋ=1.26Ω
其中ŋ为利用系数
⑤水平接地体和人工垂直接地网组成复合人工接地网工频接地电阻为
Rf1=[Rc×Rs/(Rc+Rs)]×(1/ŋ)=1.08Ω
其中ŋ为利用系数
⑥人工接地装置与建筑物原有接地装置合并后工频接地电阻为
Rf总=[Rr1×R原/(Rr1+R原)]×(1/ŋ)=0.91Ω
其中ŋ为利用系数，按上述设置地网，经理论计算本人工接地网和原接地网合并后工频接地电阻值为0.91Ω，可达该综合楼设备接地电阻值≤1.0Ω要求,所以此地网设计方案可行。
2新增接地装置施工
2.1离子接地棒埋设
使用离子接地棒时，埋设应选择适合土层预先开挖深2000mm土坑(竖埋)，再在坑底部打∅500mm深13米规格深井4个，打好后将降阻剂放置其中加水拌匀，最后将串接好离子接地棒放置其中，通过压接方式与同种材料水平连接体相连接，在与异种材料连接时比如铜连钢时，采用火泥熔焊方式连接。
2.2接地模块埋设
使用接地模块时,埋设应尽量选择适合土层进行,预先开挖深1500mm土坑(竖埋)，再在坑底部开挖∅500×1200孔，将接地模块放置其中。
接地模块设垂直放置，通过火泥熔焊与水平接地体连接，焊接完成后应去除焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆焊接表面防锈处理，回填需要分层夯实，保证土壤密实和接地块与土壤接触紧密，底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤湿润，令接地材料充分吸湿。
2.3降阻剂使用
使用降阻剂时，为防腐，包裹厚度应＞30mm。接地用铜线是95mn2裸铜线，地网开挖直径尺寸应在130mm。对水平连接体，由于地面开挖高低不平，扁钢本身弯曲不直，在施工中许多部位刚刚被降阻剂盖住。这样，水平连接体实际上处在两个介质交界处，加快腐蚀程度，因此地网开挖尺寸也应加大。我们认为垂直极灌降阻剂直径以130-200mm为好，水平沟以150mX100mm为好。
地网施工完毕一个后，用 MODEL-4102型接地电阻测试仪测得接地电阻值为1.10Ω，说明地网改造未达到设计效果。分析原因有：1、由经验公式计算得到电阻值存在误差。2、由于接地体埋设土质滲有建筑垃圾土，增大接触电阻；降阻剂离子在建筑垃圾土中渗透力不强，没有达到等效增大接地体与土壤接触面的效果；周边其它接地装置对本接地装置屏蔽影响；3、因受接地网面积和周边环境影响，用MODEL-4102型接地电阻测试仪测得接地装置接地电阻值可能存在测量误差。
3接地系统优化设计
3.1接地网防雷响应
当雷电流通过引下线进入接地网泄流时，雷电电流I在波阻为Z接地线上，以速度V流过S距离所产生电感电位降LSdI/dt与引下线入地网点电位相等时，雷电流从引下线入地网点泄流到S距离时所需时间，称之为接地网防雷响应时间间T。
当建筑物顶部遭受雷击时，雷电流Ⅰ在引下线电感电位降原理、欧姆电位降原理和地网防雷响应时间定义可知，雷电流Ⅰ通过引下线进入地网泄流时,
V=IR;
VB=Va- LsabdI/dt=0;
Sab=UT
L=Z/U
R=ρ/2IIr
所以，T=R△t/Z=ρ△t/(2IIrZ)
Sab：为雷电流进入地网点至地网接地线上电感电位降形成零电位最近点距离(m)；
U：雷电流在接地线传播速度(m/us);
r：接地体同心球半径(m);
Z：波阻抗(Ω);
△t：雷电流波头时间(us)。
3.2网格式直流接地
用铜带-30×3mm在机房活动地板下，组成一定规格60×60mm网格，网格用绝缘子支撑与大地绝缘，电子设备用10mm2多股铜芯线就近与网格铜带连接，网格用50mm2多股铜芯线与接地网作多处连接，防止地电位干扰信号耦合，保证直流工作地基准电位稳定。
3.3等电位连接
用铜板汇流排-30×3×400mm在机房活动地板下做总汇流排，总汇流排用35mm2多股铜芯线与接地网强电接地点连接。局部汇流排用16mm2多股铜芯线与总汇流排连接，用6mm2多股铜芯线就近把电气设备金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、防静电接地、安全保护接地地、SPD接地端、进出机房金属管等与局部汇流排网络连接。信号电路、电源电路接地采用共地网不共母线接地方式。
参考文献
[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000版)
[2]《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》YD5098-2005
[3]《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2006
[4]李祥超、赵学余、陈广昌等,防雷工程设计与实践[J],南京信息工程大学雷电科学与技术系2008.10.05。
第一作者简介：陈文泉（1968-）男，汉族，广东省揭阳市，本科学历，工程师，从事防雷装置设计、施工指导及检测工作。
论文作者:陈文泉 陈浩坚 卢尉
论文发表刊物:《科技新时代》2018年4期
论文发表时间:2018/7/2
标签：离子论文; 电阻论文; 模块论文; 雷电论文; 电位论文; 装置论文; 系统论文; 《科技新时代》2018年4期论文;