浅谈钢铁厂车间防雷接地系统

摘 要：本文简单介绍了钢铁厂车间的外部防雷和内部防雷装置，二者共同组成一个综合防雷接地系统。

关键词：等电位联结；接闪器；引下线；接地装置；电涌保护器

钢铁厂的车间一般为钢结构厂房，钢结构厂房基础分为钢筋混凝土独立基础和钢筋混凝土条形基础，前者在地质情况较好的场地使用，后者则应用于地质情况较差的场地。施工时需预埋地脚螺栓，加垫片后和钢柱相连；钢结构厂房的围护系统(墙体、屋顶)分为彩钢压型板和彩钢夹芯板，大多采用自攻螺栓和檩条(屋面檩条或沿墙檩条)连接。由于钢结构独特的建筑体系，使得此类建筑和普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷工程设计和施工有较大的差异。

一、外部防雷装置

外部防雷装置（常规避雷装置)的作用主要指防止直击雷和侧击雷袭击。外部防雷装置一般由接闪器、引下线和接地装置组成。

1.接闪器

接闪器位于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身，承接直击雷放电。除接闪杆、接闪线、接闪网、接闪带可作为接闪器外，《建筑物防雷设计规范》(GB50057—2010)第5.2.7条给出了金属屋面作为建筑物(第一类防雷建筑物除外)防雷接闪器的四个要求：（1）板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接；（2）金属板下方无易燃物品时，铅板厚度不应小于2mm；不锈钢、热镀锌钢和钛和铜板的厚度不应小于0.5mm，铝板的厚度不应小于0.65mm,锌板的厚度不应小于0.7mm;（3）金属板下方有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm,铜板不应小于5mm,铝板不应小于7mm；（4）金属板应无绝缘被覆层。钢结构厂房的围护系统一般为非燃体，当利用金属板做接闪器时，厚度不应小于0.5mm即可。钢结构厂房的围护系统连接方式一般为咬合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板，其外观都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷，超过100mm则完全满足规范的要求。另外，规范注释提到“薄的油漆保护层”不算是绝缘被覆层因此可认为彩色涂层钢板无绝缘被覆层，而镀锌钢板则更是电的良好导体。综上所述，厚度达到0.5mm的钢结构厂房的屋面夹芯板(或压型钢板)可以作为接闪器。

2.引下线

对于一般的砖混结构建筑物来说，引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢。但从钢结构厂房的建筑体系的介绍可以看出，只要主钢架、次构件、围护系统在施工中已经作了可靠的连接，形成了持久的电气通路，就可以按跨度将钢柱作为引下线。这一点，《建筑物防雷设计规范》(GB50057—2010)第4.3.5及4.4.5条已经作了规定。当然，规范对各类防雷建筑物的引下线间距做了要求，不过在土建施工时，只要所有的钢柱和接闪器、接地装置做了可靠连接，那么它们都是引下线，实际效果超过了规范的标准。

3.接地装置

在现行设计中，一般将基础钢筋作为自然接地体，用40 mm×4mm的镀锌扁钢将整个车间的所有钢柱基础内不少于两根主钢筋连通，施行总等电位联结，整个车间形成一个大的接地网。这样进行处理，接地电阻很小，一般容易达到设计要求。在设计中应当注意，应在室外合适位置预留接地连接板，做法可以参考国家标准图集《接地装置安装》(03D501-4)。这样，当接地电阻值达不到要求时，施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值。钢结构厂房在基础施工时需预埋地脚螺栓，加垫片后才能和钢柱相连。这时需要注意的是，预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接的。所以，土建施工时可用不小于10mm钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501-3)的l7页。除此之外，还应该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接，并引出基础外，供联结接地环网，方有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有效的等电位联结。这一点对于设置独立基础的钢结构建筑尤其重要，可采取用40mm×4mm的镀锌扁钢做等电位环网，镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接，这样，镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。除等电位接地环网沿建筑物敷设一周外，在建筑物内还应该按跨度设置均压网格，不但降低跨步电压，保护人身安全，而且有利于工业厂房生产设备就地实施等电位联结，缩短等电位联结线的长度。

二、内部防雷装置

近些年来，随着经济的快速发展，钢铁厂里自动化的程度越来越高，信息化设备在钢铁厂里得到了广泛的应用，然而，随着技术的进步，信息设备集成度不断提高，雷电产生的雷击电磁脉冲对电子设备的损害成逐年上升趋势。所以，除外部防雷装置外，还需增设其他附加的内部防雷装置。良好的内部防雷措施能减小建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电电磁脉冲所造成的危害。内部防雷主要采取等电位连接设施、屏蔽设施、加装的避雷器、电涌保护器（SPD）以及合理布线和良好接地等措施。

1.等电位连接

等电位连接的安装，厂房内的金属管道、轨道等长金属物应每隔不大于30m就近与厂房的防雷装置进行等电位连接；金属管道的法兰盘连接螺栓在5颗以下的，应增设跨接线。当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接；连接处过渡电阻不大于0.03Ω，以及有不少于5颗螺栓连接的法兰盘可不跨接的规定，是参考国外资料和国内的实践经验确定的；当建筑物内给排水系统采用金属管道时，给水系统的水表应加跨接线，以保证水管系统的等电位连接和接地的有效性；燃气管在进入厂房前应插入绝缘段与户外埋地的燃气管隔离。进入厂房后的燃气管道应与厂房内的总等电位连接端子板相连。为防止雷电流在燃气管道内产生电火花，在此绝缘段两端应跨接火花放电间隙。

2.屏蔽接地

钢铁厂的PLC控制系统内，各电子线路的接地必须可靠，接地线的电阻和电感应尽可能小，各电子插件板底板与框架导轨、插件的地线与框架的系统地接地母线之间应牢固连接，并将整个机架底板设计成为一个完整的接地系统，再与整个车间内单独的PLC接地系统连接起来。同时在PLC室内采用防静电地板，操作人员的服装和鞋子应采用不易产生静电的材料。

3.避雷器与电涌保护器

避雷器主要用于钢铁厂内变电站内设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷击冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，将雷电经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备收到保护。

电涌保护器主要是为钢铁厂内的电力设备、仪器仪表、通讯线路等提供安全防护的装置。当电气回路或者通信线路中因为外界干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

4.综合布线和良好接地

综合布线系统采用屏蔽措施时，所有屏蔽层应保持连续性，并应注意保证导线间相对位置不变。屏蔽层的配线设备（FD或BD）端应接地，用户（终端设备）端视具体情况宜接地，两端的接地应尽量连接至同一接地体。当接地系统中存在两个不同的接地体时，其接地电位差应不大于1Vr.m.s（有效值）。

良好的接地是防雷中至关重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。整个钢铁厂车间内的所有的电气设备正常不带电的金属外壳及电缆保护管均应与保护接地线可靠连接。

三、结束语

钢铁厂的防雷装置设计应以系统方法为指导，注重现代建筑物防雷的整体性、结构性、层次性和目的性原则，按防雷规程整体地做好各项防雷要素的配合，同时外部防雷装置和内部防雷装置相结合，才能发挥良好的防雷作用。

参考文献：

[1]林维勇等.建筑物防雷设计规范(GB50057—2010)[S].北京:中国计划

出版社,2011.

[2]陈延镖.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1996.