(避雷針)雷電保護(hù)接地的幾種形式
接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié),不管是直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷,避雷工作的最終都是把雷電流瀉放入大地。儲(chǔ)存雷電能量為人類造福,目前科技還達(dá)不到,因此沒有合理而良好的接地裝置是不可能談及防雷的。所以說設(shè)計(jì)、施工好高標(biāo)準(zhǔn)的接地系統(tǒng)是防雷工作的重中之重。
過去討論接地的時(shí)候,總是把討論的焦點(diǎn)放在要求接地電阻小于多少歐姆上。長期以來,人們有一個(gè)錯(cuò)覺,認(rèn)為接地電阻越小避雷效果就越好,被保護(hù)的對(duì)象就安全。當(dāng)然電阻越小散流越快,雷擊的高電位保留時(shí)間越短,危險(xiǎn)性越小,其跨步電壓、接觸電壓產(chǎn)生的機(jī)遇也就越小。但是,近十幾年來的實(shí)踐證明,與其說接地電阻值重要,不如說接地裝置的結(jié)構(gòu)更合理、重要。
現(xiàn)在的城市,在一座建筑物內(nèi)有許多不同性質(zhì)的電氣設(shè)備,需要多種接地裝置,如避雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地(也叫直流接地,在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中叫邏輯接地)等,這麼多系統(tǒng)的接地到底采用哪重好呢?現(xiàn)一一解釋如下:根據(jù)實(shí)踐證明,共用接地是應(yīng)用最為廣泛的接地方式。
1.獨(dú)立接地:如上面所談到的需要接地的部分,都分別獨(dú)立地建立自己的接地系統(tǒng),這種接地方式稱為獨(dú)立接地。它的好處是各系統(tǒng)之間不會(huì)造成互相干擾,這對(duì)通信系統(tǒng)尤其重要。但網(wǎng)絡(luò)容易被雷擊壞,故除有防爆炸要求的危險(xiǎn)環(huán)境必須要采用獨(dú)立的避雷方式外,一般不主張采用獨(dú)立接地的方式。這種獨(dú)立接地在六、七十年代以前采用比較多,現(xiàn)在多被共用接地所取代。
2.共用接地:也叫統(tǒng)一接地。它是把需要接地的各個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個(gè)接地裝置上,或者把各系統(tǒng)原來的接地裝置通過地下或者地上用金屬導(dǎo)體連接起來,使它們之間成為暢通的電氣接地統(tǒng)一地網(wǎng),這樣的接地方式為共用接地。共用接地是目前應(yīng)用最廣泛的接地方式。
3.一點(diǎn)接地:把各系統(tǒng)的接地線接到接地母線同一點(diǎn)或同一金屬平面上,這樣的方法叫‘一點(diǎn)接地’法。一點(diǎn)接地法能解決各系統(tǒng)接地線的等電位問題,所以能夠降低各系統(tǒng)之間的干擾程度,尤其是 50Hz 工頻信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾基本上得以消除,所以一點(diǎn)接地法在工程上得到廣泛應(yīng)用。一點(diǎn)接地消除了公共阻抗耦合和低頻接地環(huán)路引起的干擾。能很好地工作于 1MHZ 及以上的額頻率,當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的連接點(diǎn)尺寸較小時(shí)(最大尺寸小于 L /20,L 為干擾信號(hào)的波長)可以應(yīng)用到10MHz。
4.多點(diǎn)接地:各系統(tǒng)的接地線采用多點(diǎn)短連線的接地方式,稱作多點(diǎn)接地。
當(dāng)信號(hào)或電磁干擾的頻率相當(dāng)高或采用快速邏輯時(shí),電容耦合效應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生某種干擾耦合,這時(shí)引線長度成為主要矛盾,必須采用多點(diǎn)接地使串聯(lián)阻抗減至最小,并將駐波減至最小。多點(diǎn)接地方式應(yīng)用于高頻電路(f>10MHz)。
在二三十年以前,干擾被稱為無線電頻率干擾,因?yàn)榻^大多數(shù)的噪音和干擾信號(hào)出自無線電頻率。現(xiàn)今電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字技術(shù)和邏輯電路不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域,現(xiàn)在的干擾被稱為電磁干擾。電磁干擾包括導(dǎo)電性電磁干擾,其干擾能量通過導(dǎo)線或電纜從一電路傳送到另一電路。減少導(dǎo)電性電磁干擾是通過電路的合理設(shè)計(jì),采用濾波器和電路的合理接地來實(shí)現(xiàn)的;輻射性電磁干擾其能量是通過空氣中的電磁場傳送的。在設(shè)計(jì)外殼和箱體時(shí),通過選用合理的屏蔽材料,構(gòu)造技術(shù)和設(shè)備布置以及采用合理的接地技術(shù)等等來減少輻射性電磁干擾。其中處理好接地工程是防電磁干擾最重要的技術(shù)措施。
低頻率干擾絕大部分是通過線路互相耦合而來的,即前面所提到的共阻抗耦合。當(dāng)兩個(gè)電路電流流經(jīng)同一個(gè)公共阻抗時(shí)一個(gè)電路上的電流在這個(gè)阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路,這就是共阻抗耦合。
如果一個(gè)公用的接地網(wǎng)在不同的地方分別接上連線。由于共阻抗耦合關(guān)系,各連線之間將有 Vg1 和 Vgz的電壓,各連線的接地點(diǎn)電壓不會(huì)一樣。Vg1 和 Vgz就是干擾電壓,經(jīng)放大后就可能直接影響通信或控制信號(hào)。
多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)允許存在許多接地環(huán)路,這時(shí)同時(shí)使用低頻率的電路是有害的,如有上述情況時(shí),可考慮采用混合接地的方法。
5.混合接地:所謂混合接地是在一部設(shè)備內(nèi)的各電路板以最短的導(dǎo)線與機(jī)殼連接,或者信號(hào)電路相關(guān)的幾部設(shè)備,以最短的導(dǎo)線與同一個(gè)金屬體連接接地,然后多臺(tái)設(shè)備分別用金屬線接到地網(wǎng)的同一點(diǎn)上。像這樣的接地方式稱為混合接地。
混合接地在工程上最簡單的辦法,是在交流電源送進(jìn)房屋的總開關(guān)處,把零線重復(fù)接地(或把零線接到房屋的結(jié)構(gòu)主鋼筋上),然后在電源的零線處引出一條 PE 線連接所有應(yīng)該接地的點(diǎn)。
6.環(huán)形接地多用于地網(wǎng):就是把接地體沿建筑物周圍圍成一個(gè)閉合環(huán)。這樣的接地網(wǎng)可以使到界面以內(nèi)的電場分布比較均勻,減少跨步電壓對(duì)人的危害,也減少室內(nèi)在受雷擊時(shí),由于地面電位梯度大而產(chǎn)生對(duì)設(shè)備高壓反擊的危險(xiǎn)。
7.基礎(chǔ)接地體:利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋,按 GB 50057-94(2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求連接制作的接地體稱為基礎(chǔ)接地體。有的人認(rèn)為,在基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋,被混凝土包住不可能與大地導(dǎo)通起到接地體的作用。事實(shí)上干燥的混凝土是很好的絕緣體,而含有水份的混凝土與含水份的土壤接觸時(shí),毛細(xì)管將水份吸收到混凝土里使混凝土保持較高的含水量,從而降低了混凝土的電阻率,與大地通若一體。
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