探討防雷地網接地電阻值計算的程序設計

羅聰　賀與暉

摘 要：防雷地網對生命財產安全有保護作用，本文將探討、設計一套可準確算出材質不同的原料，大小不同的地網，在各類土地電阻率的相應電阻值的程序，幫助從業者明確防雷地網占地面積需要、施工所需建材量。

關鍵詞：防雷地網；接地電阻值；計算；程序設計

中圖分類號：TM862

雷電破壞力很大，應進行防護。從三個層次來防護：外圍層面、內里層面及過渡層面，可令連接地面的電阻值最大程度降低，令傳感電流快速釋放。雷電襲擊多因感應過電壓，在多種緊密配合、相互影響中傳感到金屬性質的接地線及管道線路而引起瞬態過電，導致裝備受到損傷，或通過金屬性質的接地線路和管道線的單純傳導雷電使裝備被破壞。

1 感應過電壓防護工作的基本理論

感應過電壓防護工作是釋放，以及平衡。感應過電壓會入侵與襲擊電子化裝置的體系，故感應過電壓防護是一項系統工作。

平衡是指：防止系統的各結構組織出現損壞系統的電勢差，指當處于瞬態條件時，系統自己及周圍金屬性質導電體電位能夠達到大致平衡。釋放是指：經由大地使雷電自身及其電磁脈沖所具備的能量釋放出來，此過程具有層次型特征，在連接通訊系統前，把不必要的能量釋放到大地中，越多越好、越遠越好、越徹底越好，而層次即為在削減防雷保護范圍的雷電能量時，要按層次依次進行。需要注意的是釋放、平衡速度快慢由防雷地網的電阻數值決定。

2 防雷地網與相關設計

因所處環境不同，故連接地面的網絡設計有各自的特點。在防雷項目的實施里，連接地面的系統創建是最為復雜且高難度的，它也是最關鍵的工作之一。在接地項目中，接地裝置即為連接地面的網絡。連接地面的土地電阻率、建材和載體的預防腐蝕，經過恰當設計的連接地面網絡會給連接地面的效果帶來很大影響，故設計接地網絡、后續的項目跟進是值得深入探討的重點內容。

因雷的電流通過連接地面的網絡，故接地網的電壓會減弱，從而導致地電位增大。連接地面的電阻不能達到標準，是因為受到接地網絡大小以及土地的電阻率等的制約。若要使接地電阻小于標準值，需通過連接地面、外部引入接地以及利用降低土壤電阻的制劑來完成，目的是：令機房裝置和預防雷電的裝備的連接地面能夠存在于一個較為平穩的人造接地網絡之中。需增加分散電流的范圍、用更長的外部引入地面的連接線、使用電阻更小的土壤、更多以及埋得更深的與大地連接的電極，還需以土壤的電阻率大小為基準，將土壤降阻制劑應用于與大地連接的電極周邊。預防雷電成效大小與接地電阻值大小成反比，接地電阻值越大，被襲擊者就越危險，故優良的連接地面設備應對接地電阻值有準確的測算功能。

3 接地電阻數值的關聯要素

當x個一樣的接地極的接地電阻，一直比大小相同且裝置方式一樣的接地電阻大x倍時，說明分散電流的能力變小。因為一些金屬性質的物體被放入大地，為令電流分散，當電流被分散時，金屬導體所造成的電場之間會互相屏障，從而令其分散電流能力減弱。被縮小的數值被稱為屏蔽系數，其數值高低與接地極的長短、間隔比例相關。而在縱向接地極和橫向接地極相對接之時，橫向接地極對電流的分散會受到縱向接地極制約，它的利用系數是0.9。

4 為接地電阻值的計算設計

防雷接地網的設計：在表格的邊線設置相同間隔距離的縱向接地極，再將縱向接地極與橫向接地極相接，將它整個埋置在土地下半米的位置，可將40*4規格的熱鍍鋅扁鋼應用于橫向接地極的制造中。

首先，系統流程：在計算機程序的頁面敲入防雷地網的有關數據，再通過程序來算出防雷地網的連接地面電阻數值，具體如下：

輸入地網相關條件來計算出如下參數：垂直接地體的建材、土地電阻率、垂直接地體的大小、連接地面的網絡長與寬、垂直接地體的間距。

要計算建設地網得準備的垂直接地極的數量以及垂直接地體的長與距離之間的比率，需以連接地面網絡的長度和寬度，垂直接地體之間的距離為依據。

通過公式計算唯一解的垂直接地極的電阻數值Rv，Rv=ρ÷2π×1n（8ι÷d-1），其中Rv表示的是單根的垂直接地極的電阻值Ω、l是垂直的接地極長m、d是指垂直的接地極的直徑長度m、ρ為土地的電阻率數值，Ω×m。而等邊角鋼相對普通角鋼來說，其等效直徑是角鋼邊長的0.84倍。在水平方向上的接地極的電阻是RH，Rv=ρ/2πl·ln﹙L2/hd+A），在這個公式中，RH是指水平方向的接地極的總長m、h是指水平方向接地極的掩埋深度值m、d是指水平接地極的直徑m、A是指水平接地極形狀的系數。

熱鍍鋅扁鋼的寬度是其直徑的2倍，形狀系數于水平接地極。其中，本文防雷接地網絡的系數等于1。

在垂直方向的接地極之間的距離和長度之比<2的情況下，

在垂直的接地極之間的距離和長度之比≥2的時候，

從而可以得出防雷地網的連接地面電阻數值Rg，

上面提到的n是指接地極的數量，S是指接地極之間的距離等于0.9，計算流程據下圖1可知。

其次，操作系統程序，按照界面提示選取垂直接地極的建材，敲入其大小、長短、防雷地網的大小、垂直接地極間的距離和土地的電阻率的相關參數，點擊“開始計算”，得防雷地網連接地面的電阻。

最后，測驗系統程序，經由敲入的n組防雷地網參數，把防雷地網的真實數值和電阻數值進行比照，據此測驗系統程序得出結果的準確性。

對照后較為相近，誤差值不超過百分之5，故通過操作系統程序，可得相對準確的參考數據。

5 結束語

本系統程序易操作、快捷、準確，由它得出的防雷地網電阻值，可用于實際設計工作，參考價值高。從業者可對防雷地網的質量和投資做出全面評價與估算，提高收益。

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作者單位：遼寧省防雷技術服務中心，沈陽 100016；遼寧雷電防護工程有限責任公司，沈陽 110016