水泥厂防雷接地系统探讨

熊清华 黄贤飞

湖南省建筑材料研究设计院有限公司（410011）

0 前言

工厂低压供配电系统的接地保护基本上都是采用TN-S 中性点接地方式，但如果实施措施不当，将给工厂造成极大的安全隐患。在水泥生产线的运行过程中，设备跳停一般都会引起连锁反应，设备越重要，其跳停事故的危害就越大；因接地和防雷措施不当而引起信号干扰或过电压，进而损坏设备的事例也时有耳闻。湖南古丈南方水泥有限公司2500 t/d 熟料新型干法水泥生产线就因打雷而出现过高温风机跳停的事故；广西平桂飞碟水泥厂的计算机系统也因遭受雷击而出现过部分DCS 模块烧坏的事故，损失比较大。因此，在水泥厂设计工作中必须妥善处理好防雷接地问题。

文章结合现行规范和湖北骏王水泥有限公司2500 t/d 熟料水泥生产线建设工程实例，就水泥厂防雷接地系统设计中的几个问题进行探讨。

1 防雷系统

1.1 系统设计

在满足相关规范的前提下，设计中首先考虑利用屋面金属栏杆作为避雷带； 当屋面无金属栏杆时，则在屋面设置镀锌圆钢避雷带。全厂只需要在窑尾烟囱顶部出口位置安装一个10 m 高的避雷针（防雷做法可参照图1），并利用2 根柱内主筋（φ＞16）作为防雷引下线。引下线沿建筑物四周均匀布置，平均距离不大于20 m。所利用的主筋在连接处搭接、绑扎或焊接，构成良好的电气通路。在每根引下线距室外地坪0.5 m 处，预埋一块与柱内主筋相焊接、用于接地电阻检测的100mm×100mm×8mm 铜板。对于圆库、筒仓类建筑，需敷设专门的人工避雷引下线，这也是《规范》的要求。这是因为，沿圆库、筒仓库壁圆周布置的纵向受力钢筋的外形相同或相似，在混凝土分层浇筑施工后，无法再找到原已施焊的钢筋继续施焊，未施焊的钢筋在混凝土震捣过程中极易错位，如果利用错位、未连续施焊的钢筋做引下线，将无法保证良好的导电性。

图1 窑尾防雷平面图

1.2 避雷针的保护范围

避雷针在屋顶平面上的保护半径，应按下列公式计算（参照《工业与民用配电设计手册》第三版公式13-9，p798）：

式中：Rx 为避雷针在屋顶平面上的保护半径，m；hr为滚球半径，查规范得三类防雷建筑物的滚球半径为60 m；hx为被保护物的高度，m；h为避雷针的高度，m。

如图1 所示，避雷针是安装在窑尾烟囱顶部出口处，这个出口处的高度是102 m，所以的hx取值是102 m（避雷针所安装位置的高度），那么

这个计算结果显示避雷针的高度取10 m 完全能够满足102 m 屋顶平面的保护范围。因此保护范围类似于一个伞状，图中的77.8 m 平面也是完全处在保护范围内的。

2 接地系统

2.1 系统设计

如图2 所示，所有建筑物、构筑物均利用基础桩基、基础梁内的钢筋网作为接地装置，同时在有变压器中性点工作接地要求的地方设置了一组人工接地装置。各建筑物、构筑物的接地装置通过40 mm×4 mm 镀锌扁钢埋地或沿空中电缆桥架连成一个完整的接地网，要求接地电阻≤1 Ω；如达不到要求，则需要增加人工接地极。各馈电或电动机回路的五芯或四芯电缆中的PE 线均应与柜内垂直PE保护线分别做良好的电气连接，同时将电缆中的PE 线的另一端引至用电设备，并与用电设备正常不带电的金属外壳做良好的电气连接； 车间内的穿线钢管、金属外壳，电缆桥架中的接地扁钢，电缆支架预埋件及电缆沟中的接地扁钢，应与PE 保护线做良好电气连接，并兼做接地线。

图2 电气室接地平面图

2.2 人工接地极接地电阻计算

人工接地极分为垂直接地极和水平接地极两部分。水平接地极（接地网）的接地电阻可利用下列公式确定（参照《工业与民用配电设计手册》第四版公式14.6-2，p1419）：

式中：Rn 为任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，Ω；Re 为等值（等面积、等水平接地极总长度）方形接地网的接地电阻，Ω；S为接地网的总面积，本工程取值为100 m2；d为水平接地值的直径或等效直径，m； 角钢的等效直径d=0.84 b，b为角钢的边长，本工程d的取值为0.042；h为水平接地极的埋深，本工程取值为0.8 m；L0 为接地网的外边缘线总长度，本工程取值为80 m；L为水平接地极的总长度，本工程取值为65 m；p为土壤电阻率，本工程取值为60 Ω·m。

将以上数值代入公式：

通过计算，本工程窑尾电气室的水平部分的人工接地极接地电阻为1.91 Ω，而工作接地电阻的要求是≤4 Ω，这里还未包含垂直部分的人工接地极，说明已经达到规范的要求了；但本设计是全厂共用接地系统，要求接地电阻≤1 Ω，而全厂需要打人工接地极的地方共有7 处，加上还有建筑物基础作为自然接地极，满足电气规范中接地电阻≤1 Ω 的要求肯定是没问题的。

3 结语

防雷接地系统对确保水泥厂电气设备正常运行具有十分重要的作用，但是此系统也最容易被忽视，出了问题也很难查找原因，所以在设计、施工阶段，一定要严格把关。在今后的设计工作中，要积极应用各种防雷接地新技术，为水泥厂的安全稳定生产提供支持和保障。