淺談鋼鐵廠車間防雷接地系統

摘 要：本文簡單介紹了鋼鐵廠車間的外部防雷和內部防雷裝置，二者共同組成一個綜合防雷接地系統。

關鍵詞：等電位聯結；接閃器；引下線；接地裝置；電涌保護器

鋼鐵廠的車間一般為鋼結構廠房，鋼結構廠房基礎分為鋼筋混凝土獨立基礎和鋼筋混凝土條形基礎，前者在地質情況較好的場地使用，后者則應用于地質情況較差的場地。施工時需預埋地腳螺栓，加墊片后和鋼柱相連；鋼結構廠房的圍護系統(墻體、屋頂)分為彩鋼壓型板和彩鋼夾芯板，大多采用自攻螺栓和檁條(屋面檁條或沿墻檁條)連接。由于鋼結構獨特的建筑體系，使得此類建筑和普通磚混結構、框架結構建筑物的防雷工程設計和施工有較大的差異。

一、外部防雷裝置

外部防雷裝置（常規避雷裝置)的作用主要指防止直擊雷和側擊雷襲擊。外部防雷裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置組成。

1.接閃器

接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電。除接閃桿、接閃線、接閃網、接閃帶可作為接閃器外，《建筑物防雷設計規范》(GB50057—2010)第5.2.7條給出了金屬屋面作為建筑物(第一類防雷建筑物除外)防雷接閃器的四個要求：（1）板間的連接應是持久的電氣貫通，可采用銅鋅合金焊、熔焊、卷邊壓接、縫接、螺釘或螺栓連接；（2）金屬板下方無易燃物品時，鉛板厚度不應小于2mm；不銹鋼、熱鍍鋅鋼和鈦和銅板的厚度不應小于0.5mm，鋁板的厚度不應小于0.65mm，鋅板的厚度不應小于0.7mm;（3）金屬板下方有易燃物品時，不銹鋼、熱鍍鋅鋼和鈦板的厚度不應小于4mm，銅板不應小于5mm，鋁板不應小于7mm；（4）金屬板應無絕緣被覆層。鋼結構廠房的圍護系統一般為非燃體，當利用金屬板做接閃器時，厚度不應小于0.5mm即可。鋼結構廠房的圍護系統連接方式一般為咬合或者搭接。無論是壓型鋼板還是夾芯板，其外觀都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接時的搭接長度至少要達到一個波峰或波谷，超過100mm則完全滿足規范的要求。另外，規范注釋提到“薄的油漆保護層”不算是絕緣被覆層因此可認為彩色涂層鋼板無絕緣被覆層，而鍍鋅鋼板則更是電的良好導體。綜上所述，厚度達到0.5mm的鋼結構廠房的屋面夾芯板(或壓型鋼板)可以作為接閃器。

2.引下線

對于一般的磚混結構建筑物來說，引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，宜優先采用圓鋼。但從鋼結構廠房的建筑體系的介紹可以看出，只要主鋼架、次構件、圍護系統在施工中已經作了可靠的連接，形成了持久的電氣通路，就可以按跨度將鋼柱作為引下線。這一點，《建筑物防雷設計規范》(GB50057—2010)第4.3.5及4.4.5條已經作了規定。當然，規范對各類防雷建筑物的引下線間距做了要求，不過在土建施工時，只要所有的鋼柱和接閃器、接地裝置做了可靠連接，那么它們都是引下線，實際效果超過了規范的標準。

3.接地裝置

在現行設計中，一般將基礎鋼筋作為自然接地體，用40 mm×4mm的鍍鋅扁鋼將整個車間的所有鋼柱基礎內不少于兩根主鋼筋連通，施行總等電位聯結，整個車間形成一個大的接地網。這樣進行處理，接地電阻很小，一般容易達到設計要求。在設計中應當注意，應在室外合適位置預留接地連接板，做法可以參考國家標準圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣，當接地電阻值達不到要求時，施工單位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻值。鋼結構廠房在基礎施工時需預埋地腳螺栓，加墊片后才能和鋼柱相連。這時需要注意的是，預埋的接地螺栓本身和基礎鋼筋是沒有電氣連接的。所以，土建施工時可用不小于10mm鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見國家標準圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)的l7頁。除此之外，還應該用短鋼筋和基礎鋼筋可靠焊接，并引出基礎外，供聯結接地環網，方有利于降低自然接地體的接地電阻值和實施有效的等電位聯結。這一點對于設置獨立基礎的鋼結構建筑尤其重要，可采取用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼做等電位環網，鍍鋅扁鋼過鋼柱時應和柱底腳板下側可靠焊接，這樣，鍍鋅扁鋼充當了接地極和接地線的雙重角色。除等電位接地環網沿建筑物外圍敷設一周外，在建筑物內還應該按跨度設置均壓網格，不但降低跨步電壓，保護人身安全，而且有利于工業廠房生產設備就地實施等電位聯結，縮短等電位聯結線的長度。

二、內部防雷裝置

近些年來，隨著經濟的快速發展，鋼鐵廠里自動化的程度越來越高，信息化設備在鋼鐵廠里得到了廣泛的應用，然而，隨著技術的進步，信息設備集成度不斷提高，雷電產生的雷擊電磁脈沖對電子設備的損害成逐年上升趨勢。所以，除外部防雷裝置外，還需增設其他附加的內部防雷裝置。良好的內部防雷措施能減小建筑物內的雷電流和所產生的電磁效應，并能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害和雷電電磁脈沖所造成的危害。內部防雷主要采取等電位連接設施、屏蔽設施、加裝的避雷器、電涌保護器（SPD）以及合理布線和良好接地等措施。

1.等電位連接

等電位連接的安裝，廠房內的金屬管道、軌道等長金屬物應每隔不大于30m就近與廠房的防雷裝置進行等電位連接；金屬管道的法蘭盤連接螺栓在5顆以下的，應增設跨接線。當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應跨接。對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環境下，可不跨接；連接處過渡電阻不大于0.03Ω，以及有不少于5顆螺栓連接的法蘭盤可不跨接的規定，是參考國外資料和國內的實踐經驗確定的；當建筑物內給排水系統采用金屬管道時，給水系統的水表應加跨接線，以保證水管系統的等電位連接和接地的有效性；燃氣管在進入廠房前應插入絕緣段與戶外埋地的燃氣管隔離。進入廠房后的燃氣管道應與廠房內的總等電位連接端子板相連。為防止雷電流在燃氣管道內產生電火花，在此絕緣段兩端應跨接火花放電間隙。

2.屏蔽接地

鋼鐵廠的PLC控制系統內，各電子線路的接地必須可靠，接地線的電阻和電感應盡可能小，各電子插件板底板與框架導軌、插件的地線與框架的系統地接地母線之間應牢固連接，并將整個機架底板設計成為一個完整的接地系統，再與整個車間內單獨的PLC接地系統連接起來。同時在PLC室內采用防靜電地板，操作人員的服裝和鞋子應采用不易產生靜電的材料。

3.避雷器與電涌保護器

避雷器主要用于鋼鐵廠內變電站內設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備。當沿線路傳入變電站的雷擊沖擊波超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電，將雷電經過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護設備雷電沖擊水平以下，使電氣設備收到保護。

電涌保護器主要是為鋼鐵廠內的電力設備、儀器儀表、通訊線路等提供安全防護的裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。

4.綜合布線和良好接地

綜合布線系統采用屏蔽措施時，所有屏蔽層應保持連續性，并應注意保證導線間相對位置不變。屏蔽層的配線設備（FD或BD）端應接地，用戶（終端設備）端視具體情況宜接地，兩端的接地應盡量連接至同一接地體。當接地系統中存在兩個不同的接地體時，其接地電位差應不大于1Vr.m.s（有效值）。

良好的接地是防雷中至關重要的一環。接地電阻值越小過電壓值越低。整個鋼鐵廠車間內的所有的電氣設備正常不帶電的金屬外殼及電纜保護管均應與保護接地線可靠連接。

三、結束語

鋼鐵廠的防雷裝置設計應以系統方法為指導，注重現代建筑物防雷的整體性、結構性、層次性和目的性原則，按防雷規程整體地做好各項防雷要素的配合，同時外部防雷裝置和內部防雷裝置相結合，才能發揮良好的防雷作用。

參考文獻：

[1]林維勇等.建筑物防雷設計規范(GB50057—2010)[S].北京:中國計劃

出版社，2011.

[2]陳延鏢.鋼鐵企業電力設計手冊[M].北京:冶金工業出版社，1996.