水泥廠防雷接地系統探討

熊清華 黃賢飛

湖南省建筑材料研究設計院有限公司（410011）

0 前言

工廠低壓供配電系統的接地保護基本上都是采用TN-S 中性點接地方式，但如果實施措施不當，將給工廠造成極大的安全隱患。在水泥生產線的運行過程中，設備跳停一般都會引起連鎖反應，設備越重要，其跳停事故的危害就越大；因接地和防雷措施不當而引起信號干擾或過電壓，進而損壞設備的事例也時有耳聞。湖南古丈南方水泥有限公司2500 t/d 熟料新型干法水泥生產線就因打雷而出現過高溫風機跳停的事故；廣西平桂飛碟水泥廠的計算機系統也因遭受雷擊而出現過部分DCS 模塊燒壞的事故，損失比較大。因此，在水泥廠設計工作中必須妥善處理好防雷接地問題。

文章結合現行規范和湖北駿王水泥有限公司2500 t/d 熟料水泥生產線建設工程實例，就水泥廠防雷接地系統設計中的幾個問題進行探討。

1 防雷系統

1.1 系統設計

在滿足相關規范的前提下，設計中首先考慮利用屋面金屬欄桿作為避雷帶； 當屋面無金屬欄桿時，則在屋面設置鍍鋅圓鋼避雷帶。全廠只需要在窯尾煙囪頂部出口位置安裝一個10 m 高的避雷針（防雷做法可參照圖1），并利用2 根柱內主筋（φ＞16）作為防雷引下線。引下線沿建筑物四周均勻布置，平均距離不大于20 m。所利用的主筋在連接處搭接、綁扎或焊接，構成良好的電氣通路。在每根引下線距室外地坪0.5 m 處，預埋一塊與柱內主筋相焊接、用于接地電阻檢測的100mm×100mm×8mm 銅板。對于圓庫、筒倉類建筑，需敷設專門的人工避雷引下線，這也是《規范》的要求。這是因為，沿圓庫、筒倉庫壁圓周布置的縱向受力鋼筋的外形相同或相似，在混凝土分層澆筑施工后，無法再找到原已施焊的鋼筋繼續施焊，未施焊的鋼筋在混凝土震搗過程中極易錯位，如果利用錯位、未連續施焊的鋼筋做引下線，將無法保證良好的導電性。

圖1 窯尾防雷平面圖

1.2 避雷針的保護范圍

避雷針在屋頂平面上的保護半徑，應按下列公式計算（參照《工業與民用配電設計手冊》第三版公式13-9，p798）：

式中：Rx 為避雷針在屋頂平面上的保護半徑，m；hr為滾球半徑，查規范得三類防雷建筑物的滾球半徑為60 m；hx為被保護物的高度，m；h為避雷針的高度，m。

如圖1 所示，避雷針是安裝在窯尾煙囪頂部出口處，這個出口處的高度是102 m，所以的hx取值是102 m（避雷針所安裝位置的高度），那么

這個計算結果顯示避雷針的高度取10 m 完全能夠滿足102 m 屋頂平面的保護范圍。因此保護范圍類似于一個傘狀，圖中的77.8 m 平面也是完全處在保護范圍內的。

2 接地系統

2.1 系統設計

如圖2 所示，所有建筑物、構筑物均利用基礎樁基、基礎梁內的鋼筋網作為接地裝置，同時在有變壓器中性點工作接地要求的地方設置了一組人工接地裝置。各建筑物、構筑物的接地裝置通過40 mm×4 mm 鍍鋅扁鋼埋地或沿空中電纜橋架連成一個完整的接地網，要求接地電阻≤1 Ω；如達不到要求，則需要增加人工接地極。各饋電或電動機回路的五芯或四芯電纜中的PE 線均應與柜內垂直PE保護線分別做良好的電氣連接，同時將電纜中的PE 線的另一端引至用電設備，并與用電設備正常不帶電的金屬外殼做良好的電氣連接； 車間內的穿線鋼管、金屬外殼，電纜橋架中的接地扁鋼，電纜支架預埋件及電纜溝中的接地扁鋼，應與PE 保護線做良好電氣連接，并兼做接地線。

圖2 電氣室接地平面圖

2.2 人工接地極接地電阻計算

人工接地極分為垂直接地極和水平接地極兩部分。水平接地極（接地網）的接地電阻可利用下列公式確定（參照《工業與民用配電設計手冊》第四版公式14.6-2，p1419）：

式中：Rn 為任意形狀邊緣閉合接地網的接地電阻，Ω；Re 為等值（等面積、等水平接地極總長度）方形接地網的接地電阻，Ω；S為接地網的總面積，本工程取值為100 m2；d為水平接地值的直徑或等效直徑，m； 角鋼的等效直徑d=0.84 b，b為角鋼的邊長，本工程d的取值為0.042；h為水平接地極的埋深，本工程取值為0.8 m；L0 為接地網的外邊緣線總長度，本工程取值為80 m；L為水平接地極的總長度，本工程取值為65 m；p為土壤電阻率，本工程取值為60 Ω·m。

將以上數值代入公式：

通過計算，本工程窯尾電氣室的水平部分的人工接地極接地電阻為1.91 Ω，而工作接地電阻的要求是≤4 Ω，這里還未包含垂直部分的人工接地極，說明已經達到規范的要求了；但本設計是全廠共用接地系統，要求接地電阻≤1 Ω，而全廠需要打人工接地極的地方共有7 處，加上還有建筑物基礎作為自然接地極，滿足電氣規范中接地電阻≤1 Ω 的要求肯定是沒問題的。

3 結語

防雷接地系統對確保水泥廠電氣設備正常運行具有十分重要的作用，但是此系統也最容易被忽視，出了問題也很難查找原因，所以在設計、施工階段，一定要嚴格把關。在今后的設計工作中，要積極應用各種防雷接地新技術，為水泥廠的安全穩定生產提供支持和保障。