熊清華 黃賢飛

湖南省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司（410011）

0 前言

工廠低壓供配電系統(tǒng)的接地保護(hù)基本上都是采用TN-S 中性點(diǎn)接地方式，但如果實(shí)施措施不當(dāng)，將給工廠造成極大的安全隱患。在水泥生產(chǎn)線的運(yùn)行過程中，設(shè)備跳停一般都會(huì)引起連鎖反應(yīng)，設(shè)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(dāng)而引起信號(hào)干擾或過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備的事例也時(shí)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(chǎn)線就因打雷而出現(xiàn)過高溫風(fēng)機(jī)跳停的事故；廣西平桂飛碟水泥廠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也因遭受雷擊而出現(xiàn)過部分DCS 模塊燒壞的事故，損失比較大。因此，在水泥廠設(shè)計(jì)工作中必須妥善處理好防雷接地問題。

文章結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范和湖北駿王水泥有限公司2500 t/d 熟料水泥生產(chǎn)線建設(shè)工程實(shí)例，就水泥廠防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

1 防雷系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在滿足相關(guān)規(guī)范的前提下，設(shè)計(jì)中首先考慮利用屋面金屬欄桿作為避雷帶； 當(dāng)屋面無金屬欄桿時(shí)，則在屋面設(shè)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(gè)10 m 高的避雷針（防雷做法可參照?qǐng)D1），并利用2 根柱內(nèi)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(gòu)成良好的電氣通路。在每根引下線距室外地坪0.5 m 處，預(yù)埋一塊與柱內(nèi)主筋相焊接、用于接地電阻檢測(cè)的100mm×100mm×8mm 銅板。對(duì)于圓庫、筒倉類建筑，需敷設(shè)專門的人工避雷引下線，這也是《規(guī)范》的要求。這是因?yàn)?，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(xù)施焊，未施焊的鋼筋在混凝土震搗過程中極易錯(cuò)位，如果利用錯(cuò)位、未連續(xù)施焊的鋼筋做引下線，將無法保證良好的導(dǎo)電性。

圖1 窯尾防雷平面圖

1.2 避雷針的保護(hù)范圍

避雷針在屋頂平面上的保護(hù)半徑，應(yīng)按下列公式計(jì)算（參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版公式13-9，p798）：

式中：Rx 為避雷針在屋頂平面上的保護(hù)半徑，m；hr為滾球半徑，查規(guī)范得三類防雷建筑物的滾球半徑為60 m；hx為被保護(hù)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(gè)出口處的高度是102 m，所以的hx取值是102 m（避雷針?biāo)惭b位置的高度），那么

這個(gè)計(jì)算結(jié)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(hù)范圍。因此保護(hù)范圍類似于一個(gè)傘狀，圖中的77.8 m 平面也是完全處在保護(hù)范圍內(nèi)的。

2 接地系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖2 所示，所有建筑物、構(gòu)筑物均利用基礎(chǔ)樁基、基礎(chǔ)梁內(nèi)的鋼筋網(wǎng)作為接地裝置，同時(shí)在有變壓器中性點(diǎn)工作接地要求的地方設(shè)置了一組人工接地裝置。各建筑物、構(gòu)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(gè)完整的接地網(wǎng)，要求接地電阻≤1 Ω；如達(dá)不到要求，則需要增加人工接地極。各饋電或電動(dòng)機(jī)回路的五芯或四芯電纜中的PE 線均應(yīng)與柜內(nèi)垂直PE保護(hù)線分別做良好的電氣連接，同時(shí)將電纜中的PE 線的另一端引至用電設(shè)備，并與用電設(shè)備正常不帶電的金屬外殼做良好的電氣連接； 車間內(nèi)的穿線鋼管、金屬外殼，電纜橋架中的接地扁鋼，電纜支架預(yù)埋件及電纜溝中的接地扁鋼，應(yīng)與PE 保護(hù)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(jì)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(wǎng)）的接地電阻可利用下列公式確定（參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版公式14.6-2，p1419）：

式中：Rn 為任意形狀邊緣閉合接地網(wǎng)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(wǎng)的接地電阻，Ω；S為接地網(wǎng)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(wǎng)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(shù)值代入公式：

通過計(jì)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(jīng)達(dá)到規(guī)范的要求了；但本設(shè)計(jì)是全廠共用接地系統(tǒng)，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(chǔ)作為自然接地極，滿足電氣規(guī)范中接地電阻≤1 Ω 的要求肯定是沒問題的。

3 結(jié)語

防雷接地系統(tǒng)對(duì)確保水泥廠電氣設(shè)備正常運(yùn)行具有十分重要的作用，但是此系統(tǒng)也最容易被忽視，出了問題也很難查找原因，所以在設(shè)計(jì)、施工階段，一定要嚴(yán)格把關(guān)。在今后的設(shè)計(jì)工作中，要積極應(yīng)用各種防雷接地新技術(shù)，為水泥廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供支持和保障。