謝亞雄 李一丁 陳小塵 魏慶
收稿日期:2023-11-17
基金項(xiàng)目:高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科技發(fā)展基金青年專項(xiàng)“基于不同區(qū)域閃電代理雷達(dá)回波研究”(SCQXKJQN202227)。
作者簡(jiǎn)介:謝亞雄(1990—),男,廣西陸川人,工程師,主要從事防雷檢測(cè)、雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、雷電災(zāi)害防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究工作。
摘 要:對(duì)于建筑物防雷接地而言,共用接地電阻、過渡電阻、SPD屬性等關(guān)鍵參數(shù)是判斷接地效果的重要參考標(biāo)準(zhǔn),但這些關(guān)鍵參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在容易混淆、引用錯(cuò)誤等情況。參考了防雷設(shè)計(jì)、電氣、工程建設(shè)等相關(guān)行業(yè)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),探討了建筑物防雷接地的核心參數(shù)標(biāo)準(zhǔn),明確了這些參數(shù)的定義、出處及適用范圍,在實(shí)際的防雷檢測(cè)中有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:建筑物防雷;建筑電氣;參數(shù)標(biāo)準(zhǔn);接地電阻
中圖分類號(hào):TU14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):2095–3305(2024)03–0-03
防雷檢測(cè)屬于多學(xué)科交叉融合的一門產(chǎn)業(yè),其現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中的核心參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)大多依據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果或其他相關(guān)行業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)制訂。對(duì)于相同的核心參數(shù),不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范之間經(jīng)常出現(xiàn)互相參考的情況,由于行業(yè)認(rèn)知有所差異,相似標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)若出現(xiàn)不統(tǒng)一,則容易對(duì)使用者造成困擾。造成這種現(xiàn)象的根本原因在于核心參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂過程中的關(guān)鍵信息丟失、因果鏈斷裂,致使在需要參照使用時(shí)無法明確參考標(biāo)準(zhǔn),故防雷檢測(cè)中的一些關(guān)鍵參數(shù)亟需追根溯源,明確其具體由來,確定其適用情形。
1 共用接地電阻標(biāo)準(zhǔn)
1.1 4 Ω標(biāo)準(zhǔn)探討
關(guān)于防雷檢測(cè)中共用接地電阻標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng),不同的規(guī)范要求不一?!督ㄖ镫娮有畔⑾到y(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范(GB
50343—2012)》(以下簡(jiǎn)稱《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》)規(guī)定,防雷接地與交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地共用一組接地裝置時(shí),接地裝置的接地電阻值必須按接入設(shè)備要求的最小值確定[1]。
而《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50057—2010)》(以下簡(jiǎn)稱《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》)要求,共用接地裝置的接地電阻應(yīng)按50 Hz電氣裝置的接地電阻確定,不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值[2]。
以上2種規(guī)范既未明確規(guī)定接地電阻取值大小,也未說明來源出處,那么在實(shí)際檢測(cè)中,究竟應(yīng)該參照什么標(biāo)準(zhǔn)不得而知。為此查閱了電氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其中,《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 51348—2020)》(原《中
華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ 16—2008)》)要求,當(dāng)配電變壓器高壓側(cè)工作于不接地系統(tǒng)時(shí),高壓與低壓電氣裝置共用的接地網(wǎng)的接地電阻不宜超過4 Ω;低壓系統(tǒng)中,配電變壓器中性點(diǎn)的接地電阻不宜超過4 Ω[3]。此處規(guī)定了高壓與低壓電氣裝置共用的接地網(wǎng)及低壓變壓器中性點(diǎn)的接地電阻標(biāo)準(zhǔn)為≤4 Ω。
此外,《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50065
—2011)》(原《交流電氣裝置的接地(DL/T 621—1997)》)
中關(guān)于高壓配電電氣裝置的接地電阻要求,工作于不接地、諧振接地和高電阻接地系統(tǒng)、向1 kV及以下低壓電氣裝置供電的高壓配電電氣裝置,其保護(hù)接地的接地電阻應(yīng)符合下式的要求,且不應(yīng)大于4 Ω:
R≤50/I
式中,R表示因季節(jié)變化的最大接地電阻(Ω);
I表示計(jì)算用的單相接地故障電流;諧振接地系統(tǒng)為故障點(diǎn)殘余電流[4]。
式中的“50”取值源于我國(guó)為了防止觸電事故而規(guī)定的交流安全電壓上限50 V,該條規(guī)定對(duì)應(yīng)于《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值。該規(guī)范還規(guī)定低電阻接地系統(tǒng)的高壓配電電氣裝置,其保護(hù)接地的接地電阻應(yīng)符合本規(guī)范公式(4.2.1-1)的要求,且不應(yīng)大于4 Ω。一般而言,在380/220 V低壓系統(tǒng)中,短路電流不超過10 A(普通家用插座為10~16 A),因此將共用接地電阻標(biāo)準(zhǔn)上限定為4 Ω實(shí)際上是有章可循的。
上述分析說明防雷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與電氣規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān),在實(shí)際檢測(cè)中,共用接地電阻參考標(biāo)準(zhǔn)上限一般采用4 Ω,但電氣規(guī)范對(duì)接地電阻標(biāo)準(zhǔn)的指定也存在例外情況,如《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB 50150—2016)》規(guī)定,對(duì)于有效接地系統(tǒng)(直接接地系統(tǒng),也稱大電流接地)而言,考慮季節(jié)變化的最大接地阻抗不應(yīng)大于0.5 Ω,當(dāng)實(shí)際阻抗不符合要求時(shí),可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地阻抗,但不得大于5 Ω,并應(yīng)結(jié)合地面電位測(cè)量對(duì)接地裝置綜合分析和采取隔離措施;而對(duì)于使用同一接地裝置的
1 kV以下電力設(shè)備,當(dāng)總?cè)萘俊?00 kVA時(shí),接地阻抗不宜大于4 Ω,當(dāng)總?cè)萘啃∮?00 kVA時(shí),則接地阻抗可大于4 Ω,但不應(yīng)大于10 Ω。
1.2 1 Ω標(biāo)準(zhǔn)探討
在實(shí)際檢測(cè)中,共用接地電阻標(biāo)準(zhǔn)除了≤4 Ω外,
還存在≤1 Ω的情況。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 51348—2020)》規(guī)定,建筑物各電氣系統(tǒng)的接地,除另有規(guī)定外,應(yīng)采用同一接地裝置,接地裝置的接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。各系統(tǒng)不能確定接地電阻值時(shí),接地電阻不應(yīng)大于1 Ω,其中并未指出采用≤1 Ω標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù),12.5.11條在之后給出了相關(guān)解釋,采用共用接地網(wǎng)的目的是達(dá)到均壓、等電位以減小各種接地設(shè)備間、不同系統(tǒng)之間的電位差。其接地電阻因采取了等電位連接措施,所以按接入設(shè)備中要求的最小值確定。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),當(dāng)各系統(tǒng)不能確定接地電阻值時(shí),提出接地電阻不應(yīng)大于1 Ω要求。但此處也并未對(duì)“實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行詳述,筆者認(rèn)為可不作深究。此外,12.9.6條規(guī)定:除另有規(guī)定外,智能化系統(tǒng)接地宜采用共用接地裝置,接地電阻不應(yīng)大于1Ω。在防雷工程設(shè)計(jì)中,如城市軌道交通系統(tǒng)電子設(shè)備的接地電阻可參照此條要求。
然而,并非所有電子信息系統(tǒng)都有接地電阻要求,
《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50689—2011)》指出,原郵電部標(biāo)準(zhǔn)交換設(shè)備允許的接地電阻值是沿用前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)資料介紹,前蘇聯(lián)對(duì)交換設(shè)備接地電阻值的規(guī)定是按照局間中繼線的要求計(jì)算出來的,計(jì)算中又有很多未定因素和人為取值。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,模擬技術(shù)的交換系統(tǒng)已經(jīng)被數(shù)字交換系統(tǒng)代替,原有局間金屬實(shí)線連接已經(jīng)被光纜代替,由接地電阻大小引起的問題已經(jīng)不突出[5]。根據(jù)ITU國(guó)際電信聯(lián)盟和各地移動(dòng)公司的統(tǒng)計(jì)分析,并不是接地電阻越小,遭受雷擊的概率就越小,雷電災(zāi)害同接地電阻值并不是必然對(duì)應(yīng)的關(guān)系。遭雷擊主要原因是電子信息系統(tǒng)等電位連接不當(dāng)和沒有采用適配的雷電過電壓保護(hù)措施。在實(shí)際的防雷工程設(shè)計(jì)施工中,各運(yùn)營(yíng)商通信局(站)一般是將原有局(站)內(nèi)建筑物地網(wǎng)和機(jī)房進(jìn)行連接,構(gòu)成環(huán)形地網(wǎng),并未考慮接地電阻值,經(jīng)防雷接地改造后的通信局(站)基本上沒有雷擊發(fā)生設(shè)備被擊壞的記錄,又由于通信局(站)聯(lián)合接地利用建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)得到的最低接地電阻值已經(jīng)能夠滿足交換設(shè)備對(duì)接地電阻的要求,且局間傳輸已經(jīng)從實(shí)線改為光纜,因此在規(guī)范中未再提及接地電阻值的要求問題,而用所有建筑物地網(wǎng)進(jìn)行環(huán)形連接方式組成的最大面積代替對(duì)接地電阻值大小的要求。
2 過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)
目前,《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》2種防雷行業(yè)的主要規(guī)范均未對(duì)“過渡電阻”詞條作出具體解釋,在實(shí)際檢測(cè)中,對(duì)于過渡電阻可以用“接地裝置的電氣完整性”這一詞條加以輔助理解,《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則(DL/T 475—2017)》(以下簡(jiǎn)稱《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》)對(duì)于“接地裝置的電氣完整性”的完整解釋,接地裝置中應(yīng)該接地的各種電氣設(shè)備之間,以及接地裝置的各部分之間的電氣連接性,即直流電阻值,也稱為電氣導(dǎo)通性[6]。而過渡電阻可視為電氣導(dǎo)通性的參考指標(biāo)之一[7]。在過渡電阻測(cè)試中,一般以測(cè)試設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與接地端子之間的過渡電阻為主,可選定一處很可能與主接地網(wǎng)連接良好的設(shè)備的接地引下線作為參考點(diǎn),再測(cè)試周圍電氣設(shè)備接地部分與參考點(diǎn)之間的直流電阻。若開始就有較多設(shè)備測(cè)試結(jié)果不理想,此時(shí)應(yīng)考慮更換參考點(diǎn)。
對(duì)于過渡電阻的參考值,不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求存在一定差異?!督拥匮b置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》5.5條規(guī)定,狀況良好的設(shè)備測(cè)試值應(yīng)在50 mΩ以下,50~
200 mΩ的設(shè)備狀況尚可,200 mΩ~1 Ω的設(shè)備狀況不佳,1 mΩ以上的設(shè)備與主接地網(wǎng)未連接;《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB 50150—2016)》規(guī)定,本條對(duì)以直流電阻值表示的電氣導(dǎo)通情況作了更加嚴(yán)格的規(guī)定,直流電阻值修訂為不宜大于0.05 Ω(原2006版要求為不應(yīng)大于0.2 Ω)[8];《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50601—2011)》規(guī)定“已安裝固定的線槽(盒)、橋架或金屬管應(yīng)與建筑物內(nèi)的等電位連接帶進(jìn)行電氣連接,連接處的過渡電阻不應(yīng)大于0.24 Ω[9]?!保ㄐ滦抻啺嬉研薷臑?.2 Ω);對(duì)于易燃易爆場(chǎng)所,《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范(GB/T 32937—2017)》規(guī)定,當(dāng)采取電氣連接、等電位連接和跨接連接時(shí),其過渡電阻不應(yīng)大于0.03 Ω[10]。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電行業(yè),《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 雷電防護(hù)(GB/T 33629—2017)》對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷檢測(cè)的過渡電阻要求為不大于0.24 Ω[11]。
由上述分析可知,不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)的要求不一,筆者認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中不應(yīng)籠統(tǒng)對(duì)待,應(yīng)具體問題具體分析,并優(yōu)先考慮一些特殊行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確指出應(yīng)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況除外)。例如,針對(duì)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所(如汽車加油站、儲(chǔ)油庫(kù)、石油化工廠區(qū)等),過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)可采用≤0.03 Ω;風(fēng)力發(fā)電行業(yè)(僅針對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)的過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)可采用≤0.24 Ω;電氣工程行業(yè)的過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)可采用≤0.05 Ω(僅針對(duì)電氣裝置安裝、電氣設(shè)備交接試驗(yàn));通用行業(yè)的防雷常規(guī)檢測(cè)和工程竣工驗(yàn)收檢測(cè),建議采用≤0.2 Ω的標(biāo)準(zhǔn);《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》對(duì)過渡電阻的最高標(biāo)準(zhǔn)為≤0.05 Ω,但該標(biāo)準(zhǔn)多用于接地裝置的過渡電阻測(cè)試,且實(shí)際檢測(cè)中易受一些客觀條件的影響(如線圈阻抗、接觸點(diǎn)銹蝕、被覆面阻隔等),故該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)較難達(dá)到,結(jié)合其中5.5條的規(guī)定,建議采用≤0.2 Ω的
標(biāo)準(zhǔn)。
3 SPD的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)
Surge Protective Device(SPD)是建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)的重要組成部分,其定義為用于限制瞬態(tài)過電壓和分泄電涌電流的器件,它至少含有一個(gè)非線性元件。但是該術(shù)語在其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并未統(tǒng)一,如電涌保護(hù)器、浪涌保護(hù)器、防雷器、避雷器等。在實(shí)際運(yùn)用中,SPD的多種術(shù)語都有廣泛出現(xiàn)。目前,術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化勢(shì)在必行,選擇或確立最恰當(dāng)?shù)男g(shù)語,可以減少多義和同義現(xiàn)象,避免信息交流過程中的歧義和誤解。對(duì)于SPD而言,究竟采用何種術(shù)語更為妥帖,以下參照標(biāo)準(zhǔn)修訂歷史進(jìn)行探討分析。
最早對(duì)防雷工程設(shè)計(jì)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和參照前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)制訂的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ 57—83)》出現(xiàn)了“避雷器和空氣間隙”;《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(2000年版)將“避雷器和空氣間隙”改為“過電壓保護(hù)器”,其主要根據(jù)IEC 1312系列標(biāo)準(zhǔn)修訂,在正文增加了第6章“防雷擊電磁脈沖”,名詞解釋增加“電涌保護(hù)器”,主編人提出采用中文術(shù)語電涌保護(hù)器的2個(gè)理由為“具有電的屬性”和“具有過電壓、過電流波的形態(tài)”;《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(2010年版)中繼續(xù)出現(xiàn)“閃電電涌(過電壓、過電流的瞬態(tài)波)”“電涌保護(hù)器”等中文術(shù)語;《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》出現(xiàn)術(shù)語“浪涌保護(hù)器”;《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》采用術(shù)語“防雷器”,但此術(shù)語明顯不準(zhǔn)確且有誤導(dǎo)嫌疑,與“防火電纜”“避雷針”等術(shù)語如出一轍[12]。
我國(guó)早在1997年便成立全國(guó)電工術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì),全面負(fù)責(zé)指導(dǎo)和協(xié)調(diào)電工術(shù)語領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)工作,以及負(fù)責(zé)IEC國(guó)際電工詞匯(IEV)系列標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)歸口等工作,因此技術(shù)委員會(huì)所推薦的術(shù)語應(yīng)被認(rèn)為是首選術(shù)語。在《電工術(shù)語 避雷器、低壓電涌保護(hù)器及元件(GB/T 2900.12—2008)》中,技術(shù)委員會(huì)推薦“電涌保護(hù)器”成為SPD的首選中文術(shù)語,即第一選擇的術(shù)語,“浪涌保護(hù)器”僅作為學(xué)用術(shù)語,即可接受的術(shù)語,且無中文索引[13]。《信息系統(tǒng)雷電防護(hù)術(shù)語(GB/T 19663—2022)》刪除了“與浪涌保護(hù)有關(guān)的術(shù)語”,并刪除了所有與“浪涌”相關(guān)的名詞[14]。此外,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的《建筑設(shè)備術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》也將全面采用“電涌保護(hù)器”術(shù)語。
綜合上述分析,建議“電涌保護(hù)器”一詞成為SPD的首選中文術(shù)語并推廣使用。
4 結(jié)論
建筑物防雷接地的一些關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)多為參考相關(guān)行業(yè)規(guī)范而制訂,而現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范(如《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》等)中的一些關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)并未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一,在實(shí)際應(yīng)用參考中容易使使用者產(chǎn)生困惑。
防雷檢測(cè)中的共用接地電阻、過渡電阻阻值標(biāo)準(zhǔn)為參考電氣行業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)而制訂,其中共用接地電阻標(biāo)準(zhǔn)主要分為≤4Ω和≤1 Ω,過渡電阻標(biāo)準(zhǔn)一般為≤0.2 Ω,但應(yīng)結(jié)合行業(yè)實(shí)際情況參照使用,通信局(站)的防雷與接地工程設(shè)計(jì)可不考慮接地阻值要求。
SPD在實(shí)際應(yīng)用中存在多種中文術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)如“避雷器”“浪涌保護(hù)器”等,結(jié)合相關(guān)行業(yè)的現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及未來標(biāo)準(zhǔn)修訂趨勢(shì)來看,建議將“電涌保護(hù)器”一詞作為其標(biāo)準(zhǔn)化中文術(shù)語來使用。
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[8] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):GB 50150—2016[S].
[9] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范:GB 50601—2011[S].
[10] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范:GB/T 32937 —2017[S].
[11] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 雷電保護(hù):GB/T 33629—2017[S].
[12] EEO電氣工程師.小議防雷術(shù)語:電涌保護(hù)器還是浪涌
保護(hù)器[EB/OL].[2021-07-19].https://www.sohu.com/a/4783-
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[13] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).電工術(shù)語 避雷器、低壓電涌保護(hù)器及元件:GB/T 2900.12 —2008[S].
[14] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).信息系統(tǒng)雷電防護(hù)術(shù)語:GB/T 19663—2022[S].