市政電氣防雷接地設計問題研究

劉昱潔

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300000）

市政電氣系統的安全關系著城市供電運行安全。尤其是在城市化建設背景下，市政工程的項目增多，電氣需求加大，在這種情況下，若不能保證市政工程電氣運行穩定性，必然會帶來諸多不便。當前的城市電氣系統已經覆蓋多個領域，不管是照明還是生產等，都需要電氣系統的支持。電氣系統中，安全運行的實現需要防雷接地設計的保障，通過有效的防雷接地設計，幫助電氣系統有效提高安全性?；诖?，必須加大對市政電氣防雷接地設計研究力度，及時對防雷接地設計中存在的問題進行控制，還需要提高電氣系統運行穩定性，為城市功能的運行提供更多幫助。

1 淺析防雷接地設計

防雷接地設計問題的研究必須對防雷接地的內涵進行分析，還需要及時落實接地類型，這樣才能夠更精準地掌握防雷接地設計中存在的問題，并且及時制定解決策略。

1.1 防雷接地內涵

市政項目中，電氣系統必不可少，電氣系統作為市政項目運行的基本支撐，為了保證市政項目的正常運行，電氣系統必須做到安全性高、技術專業。尤其是電氣系統的保障維護方面，及時積累維護經驗，這樣才能夠為市政項目電氣設備的應用與安全運行提供保障。防雷接地作為電氣系統的關鍵組成，防雷接地設計幫助電力系統有效應對火災事故的發生，及時規避雷電傷害，并且消除電氣系統安全隱患，將靜電對電氣設備的損傷降到最低［1］。不僅如此，防雷接地設計還可以有效保障電氣系統工作人員安全，為其營造安全的工作環境。正因為如此，防雷接地設計是電氣系統設計的重點內容，一直受到重視。

防雷接地設計期間，所有設計操作都必須嚴格按照電氣設計規范展開，尤其是防雷接地設備規格的選擇與安裝，必須保證契合電氣系統防雷接地設計需要，還要保證安裝的科學性。常見的防雷接地設備主要包括避雷針、避雷器［2］。明確防雷接地設計的目標，以市政電氣系統安全為前提，嚴格按照安裝流程，完成防雷接地裝置的安裝操作，在保證安裝達標基礎上，科學降低雷電對電氣系統的傷害，提高市政電氣系統的安全性。

1.2 防雷接地系統的功能

防雷接地設計優化必須認識到接地施工在電氣系統中的核心地位，還要及時對防雷接地功能有所了解。接地設計與施工主要是將導體、大地在電氣系統中的作用放大，及時聯系電氣系統中的電氣裝置、導電部分，以此來科學規避雷電危害。防雷接地設計主要包括4 個功能：一是直接連接電力系統中的地、中性點；二是科學應對電力系統中的靜電危害，并且有效減輕雷擊損壞；三是保護線路正常運行；四是協助電氣系統正常運行，科學解決電氣系統雷電問題［3］。

通過對防雷接地設計的研究可以發現，其對電氣系統安全運行非常重要，尤其是接地施工處理，直接影響到防雷接地功能的發揮。因此，防雷接地設計中，必須制定更科學有效的施工處理計劃，有效落實接地工作，在此基礎上，為電氣系統的穩定運行創造安全環境。

2 雷擊對市政電氣系統的破壞

雷擊是一種自然現象所引起的攻擊形式，雷擊的出現主要因為異質電荷快速放電。市政電氣系統的導電性非常強，若防護措施不到位，就會受到雷擊的危害，甚至出現大面積損壞。作為市政工程的重要組成，電氣系統防雷接地設計是必然選擇。為了提高防雷接地設計的科學性與有效性，必須深層次剖析市政電氣系統在雷擊下所遭受的破壞，這樣才能夠針對性地優化設計。雷擊破壞為兩種：一是受到熱效應、電力影響，市政工程本身直接遭受雷擊；二是受到靜電感應、電磁感應等影響，電氣系統被迫遭遇雷電流入侵。雷擊的具體危害與破壞主要體現在以下幾方面。

2.1 直接閃光

雷擊破壞中，直接閃光破壞力非常強，主要是由于大氣云層在短時間內猛烈放電所引發的雷暴，若不能及時將其引排，市政電氣系統中的各個系統都會受到威脅，如路燈系統或者是電纜通道系統等，不僅如此，還會引發火災、市政建筑被破壞等。

2.2 雷電波

雷電波破壞的出現以雷擊為主體，直接接觸到市政電氣系統，特別是外部電纜，隨后穿透市政工程，破壞市政電氣系統結構。電纜被沖擊后，電氣設備光速自動控制電波并迅速分散，如此一來，雷電波的破壞范圍擴大。

2.3 過電壓

過電壓是電氣系統異常的一種現象，雷擊會釋放出大量電能，這些電能會干擾到電氣系統的電源、金屬管道等狀態，并且出現電涌。市政電氣系統一旦被雷電擊中，導流板受到放電的影響而出現強磁場，電氣設備運行異常、數據丟失，電氣系統出現過電壓現象。

2.4 潛在威脅

電氣系統被雷電擊中，除了上述破壞之外，還會存在一些潛在威脅。若防雷設備被撞擊，那么對地網絡就會迅速增加，甚至達到數十萬伏特，這種異常增加會影響到電氣系統中的設備狀態，甚至造成不可逆轉的破壞。

3 市政電氣防雷接地設計問題研究

3.1 防雷接地施工達不到標準

防雷接地設計中，防雷系統的設計主要目的是科學應對雷雨天氣，一旦電氣系統遭遇雷擊，防雷裝置可以迅速作出反應，引雷電襲擊流到大地，這樣一來，就可以減小雷電對電氣系統的影響。雖然防雷接地設計不斷積累設計經驗，但是，在實際設計中卻缺乏明確的規范［4］，如此一來，部分防雷接地設計沒有明確規范依靠，實際設計中，多以防雷接地經驗為主，雖然可以在一定程度上解決雷電安全問題，但是效果卻大打折扣。不僅如此，施工人員專業訓練不到位，接地施工水平參差不齊、技術不過關成為常有現象，這對防雷接地設計與施工質量的保證造成困擾［5］。

3.2 10kV接地保護設計有待完善

電氣系統若出現高壓電流與低壓電流相匯的情況，以10kV為例，接觸到高壓電流的一瞬間，低壓電流攢升值會迅速出現變化，甚至達到6000V，這期間若做不好接地保護工作，電氣設備外殼必然會受到威脅，出現不同程度的損壞，配電裝置性能也會下降，電氣系統安全風險增加。電氣系統中的設備絕緣材料一旦被損壞，那么設備本身的導電性肯定會增加，設備配電系統安全威脅變大，電氣系統面臨整體癱瘓風險［6］。不僅如此，電氣系統甚至會出現弧光接地的情況，若不能及時消除弧光，電力系統必然會出現短路、運行異常、系統穩定性下降的情況。

3.3 TN系統配電線路有待優化

TN 系統接地形式的分析若不準確，那么防雷接地設計的效果必然會受到影響。N 表示中性導體，對于電氣系統中的導體配置，則需要通過PE 組合實現，TN 系統下的配電類型主要包括以下幾種：第一，TNT系統，由N、PE 共同打造而成；第二，TNTS 系統，由部分N、PE 打造而成；第三，TN-S 系統，由部分N、PE 分隔處理后打造而成。如果這幾種系統不能準確區分，那么防雷接地設計功能必然受阻，甚至會造成不可控制的影響［7］。

3.4 不同系統接地問題分析

電氣系統覆蓋范圍廣，不同系統下，接地問題也存在很多差異。例如：路燈系統設計中，防雷接地設計問題主要體現在隔絕電流故障不及時方面，因為路燈系統線路相對來講較長，其主要系統以TN-S 為主，城市化建設背景下，路燈滿足照明功能基礎上，還需要注重美觀化設計，接地處理幫助路燈系統有效排除了電擊隱患，但是卻受到線路延伸等的影響而出現故障電流隔絕不及時的情況，繼而引發后續一系列問題；抑或是電纜通道系統，防雷接地問題主要體現在重視性不夠方面［8］，電纜通道施工經常忽視接地措施設計，繼而威脅電纜通道后期運營與安全，尤其是接地裝置設置、電阻值標準等，影響電纜通道施工與運行。

4 市政電氣防雷接地設計問題的改善措施

4.1 提高防雷接地設計的重視

市政電氣系統防雷接地設計作為安全保障的重要條件，必須提高對防雷接地設計的重視。以電氣系統具體情況為依據，謹慎梳理防雷接地設計思路、選擇施工技術，有效降低電氣系統在雷電天氣下的雷擊概率，提高電氣系統的安全性。防雷接地設計的安全性與技術性至關重要，一定要及時將操作人員的設計意識與專業水平提高，組織專業培訓并定期考核。以電氣系統中的同一臺電氣設備來講，可以根據實際情況設計重復防雷接地，并且只需要一個接地體，但是需設置兩種接地模式，特別是接地電阻必須靈活調整［9］。防雷接地設計中，電力變壓器必須可設置，要求其中的中性點接地裝置在防雷接地中電阻值最大值為4Ω，當然，若進行重復防雷接地設計，則重復設計的電阻值最大值為10Ω。若總配電箱或者是分配電箱與電氣系統中的電源時間距離≤50m，在防雷接地設計中，就可以將其設置為重復接地模式。接地裝置在實際安裝期間要求導體數量必須≥2 根，長度必須設置為3m，深埋則需按照水平方向進行設置，掩埋深度需≥60cm。

防雷接地實際施工期間，所有設計都必須以防雷接地施工標準展開，這樣才能夠確保防雷接地設計科學合理、接地施工精準到位，充分發揮出防雷接地設計作用的最大化。防雷接地設計在具體施工中，因為周圍復雜條件的影響，導致防雷接地施工中隱藏很多問題，面對防雷接地設計問題，必須及時制定解決方案，針對性地處理問題。電氣系統中，電位聯結、阻抗接地是防雷接地設計必須關注的重點，要提前對可能出現的問題進行預測，并且反復推敲防雷接地設計方案，最好進行所有細節的核查，有效控制防雷接地設計誤差。

4.2 10kV防雷接地設計的優化

10kV 電氣系統情況下，在具體防雷接地設計期間，必須嚴格遵循《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065-2011），提前對設計指標加以明確，強化設計人員、技術人員等的能力，進一步優化防雷接地設計方案。全方面對防雷接地涉及的線路進行檢查，如果發現隱藏的問題，及時制定針對性解決措施，科學控制防雷接地風險系數。若低壓用戶并沒有在變電所所在區域，則需要適當調整接地裝置數量，同時還要對接地裝置類型進行調整，其中，變電所區域安裝4Ω 接地裝置。電氣系統若增設TT系統，接地裝置根據用戶位置情況靈活應對，如此一來，電氣系統的安全與用戶財產、生命安全等保障性提高。若低壓用戶處于變電所所在區域，則不需要重復安裝接地裝置，只需要以一個接地裝置就可以有效連接接地與零線，保護電氣系統正常運行。

4.3 科學區分TN系統

防雷接地設計中，TN 系統若區分不到位，不僅防雷接地設計作用無法發揮，甚至還會造成不可逆轉的損失。正視這方面存在的問題，根據TN 系統具體情況，科學選擇接地模式，做到具體問題具體研究，這樣才能夠有效提高電氣系統的安全性與穩定性，保證電氣系統可靠運行、防雷接地設計作用最大化。一旦防雷接地處理中線路運行異常，就需要迅速啟動過電流保護，準確計算線纜終端流經電流，在此基礎上，得到異常變化數據。

若電擊裝置選擇斷路器替代，那么，在具體設計中，就需要從線路施工安全性角度出發，還要嚴格從以下方面完善設計。第一，根據防雷節點設計中的斷路器動作特性曲線，對故障出現的時間進行記錄與判斷，并且對記錄信息進行對比，在此基礎上，判斷斷路器靈敏度。第二，若防雷接地設計無特殊情況，則壓力低的斷路器是首選保護接地裝置。第三，增加對防雷接地監測次數，并且通過對斷路器靈敏度的監測，及時登記分析。

4.4 路燈系統與電纜通道防雷接地的設計

對于電力系統中的路燈系統、電纜通道系統等，防雷接地系統設計都必須具有針對性。

路燈系統防雷接地設計中，首要任務是等電位連接，這樣才能夠從主體上將路燈系統的戶外道路系統故障發生率降低。防雷接地設計模式選擇中，路燈系統穩定性、安全性是選擇的方向與目的。因為路燈系統線路覆蓋長，所以，根據這一特點，提前確定路燈防雷接地的設計模式，隨后，通過實驗方式去檢測路燈系統安全系數變化，并及時發現其中隱藏的小問題，在此基礎上，減輕路燈系統運行壓力。與此同時，還要注意檢查電氣系統防雷接地設計質量，必須在保證市政電氣系統穩定性基礎上，提高防雷接地設計質量。

電纜通道防雷接地設計中，二基地裝置鋪設之前，需及時于電纜排管兩端對接地設備進行設置，按照等距鋪設原則，將接地設備劃分為2 組或者3 組。期間需注意，接地裝置需低于電纜排管墊層底部，還要對預埋的連接接地扁銅及時連接，作為接地裝置、電氣系統墊層之間的支撐，連接好后，對接地裝置鋼部件進行熱鍍鋅技術處理，科學規避鋼部件出現腐蝕現象，在此基礎上，檢查連接點的焊接處理，結實程度必須達到規定標準。

4.5 有效聯結接地裝置與等電位

防雷接地設計中，接地裝置與等電位聯結非常關鍵。尤其是電氣系統位于建筑內部，接地裝置需通過地梁內部鋼筋實現，以建筑結構地下為基點，與地下最外圈地梁位置為交界，設置鋼筋環形并及時焊接，在此基礎上，還要銜接建筑基礎內部鋼焊，此構件主要作用為接地極，按照防雷接地設計要求，接地電阻≤1Ω，若＞1Ω，就需要對接地極適當增加。不僅如此，還要注意防雷接地設計、市政建筑結構的電氣弱電系統不需要區分接地裝置?？偟入娢宦摻Y處理中，首先需處理好電氣接地裝置、接地干線；其次，需對PE、PEN 干線進行設計；再次是提前清理好金屬管道；最后是設置建筑主體結構防雷接地設計金屬構件。部分區域不需要全方位等電位聯結，如動力設備外殼、配電設備或者弱電箱等，這些在防雷接地設計中需十分注意。

5 結語

綜上所述，市政電氣防雷接地設計中，因為電氣系統覆蓋范圍廣，加上系統性強，所以，防雷接地設計的難度比較大。防雷接地設計中，受到電氣系統因素的影響，導致防雷接地設計存在一些問題。特別是隨著城市化發展與經濟水平的提高，電氣系統運行效率明顯提高，電能消耗也明顯增加，電氣防雷接地設計面臨更多壓力，電力系統運行安全性與穩定性的提高需要防雷接地設計的支持。防雷接地設計中，適應性有待提高，尤其是接地裝置施工處理達不到標準，10kV 接地保護設計有待完善，如此一來，防雷接地設計效果必然會受到影響。對于防雷接地設計中的問題，制定針對性監視計劃，全面處理防雷接地設計細節，提高電氣系統的安全性，保證系統可靠運行，及時發現電氣系統故障并妥善解決，在此基礎上，提高防雷接地設計水平。