上海南华电气厂房内深井接地施工

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一、雷击实验放电独立接地的核心定义与作用

  • 定义：针对雷击实验中模拟雷电放电的大电流（通常为数千至数十万安培，持续时间微秒至毫秒级）设计的专用接地系统，其接地体、引下线与其他接地系统无任何电气连接，形成独立的电流泄放通道。

  • 核心作用：

    1. 保障实验准确性：避免放电电流窜入其他接地系统（如测试仪器接地），导致测试信号干扰（如波形畸变）；

    2. 保护设备与人员安全：快速泄放巨大放电电流，降低接地体周围跨步电压、接触电压，防止实验设备被反击电压损坏或人员触电；

    3. 隔离干扰：防止放电产生的电磁脉冲（EMP）通过共地路径干扰实验室其他精密仪器（如示波器、数据采集系统）。


二、与普通独立接地的核心差异（特殊性）

雷击实验放电的极端特性（大电流、短时冲击、强电磁干扰），使其独立接地与常规厂房独立接地（如设备保护接地）有显著区别：

对比维度普通独立接地（如设备保护）雷击实验放电独立接地
电流特性工频小电流（安培级）冲击大电流（千安至百千安级，微秒级）
关键指标工频接地电阻（长期稳定）冲击接地电阻（暂态响应特性）
核心风险接地电阻超标导致触电大电流下接地体熔断、跨步电压过高
电磁兼容性要求低（主要防杂散电流）极高（防电磁脉冲干扰测试系统）

三、雷击实验放电独立接地系统的组成

系统需围绕 “快速泄放冲击电流、降低暂态阻抗、减少电磁辐射” 设计，核心组成包括：

1. 放电接地体（主接地极）

直接与放电回路连接，承担泄放冲击电流的核心功能，需满足热稳定（抗大电流熔断）和冲击导电性能（低阻抗）：

  • 材质与规格：优先选用高导电率、高强度材料，如紫铜棒、铜包钢复合导体或镀锌钢管；若电流极大（如 100kA 以上），可采用多极并联。

  • 布置形式：根据实验电流大小选择：

    • 小电流实验（≤10kA）：水平接地网（铜带网格，网格间距 1-2m）+ 垂直接地极（长度 2-3m）；

    • 大电流实验（≥50kA）：深井接地（利用深层土壤低阻抗）+ 水平外延接地带（向四周延伸 5-10m，扩大泄流面积）。


2. 冲击引下线（放电连接线）

连接放电源（如冲击电流发生器输出端）与接地体的导体，需低阻抗、短路径，避免电感过大导致暂态电压升高：

  • 材质与截面：铜缆（纯度≥99.9%）或铜排（截面根据电流计算，如 100kA 冲击电流需≥500mm²）；

  • 敷设要求：短直路径（长度≤10m），避免弯曲；沿地面明敷或穿绝缘管（防机械损伤），与其他线缆间距≥2m（防电磁耦合干扰）。

3. 隔离带与屏蔽结构

防止放电电流产生的电磁场干扰测试系统，同时限制跨步电压范围：

  • 物理隔离：独立接地体与实验室其他接地体（如仪器接地）间距≥10m（距离不足时可设绝缘沟，沟宽≥0.5m，深≥1m，填充绝缘材料如石英砂）；

  • 屏蔽网：在接地体周围 3-5m 范围设置金属屏蔽网（镀锌扁钢焊接），并与接地体连接，降低地表电位梯度。

4. 测试接口与监测装置

  • 预留冲击接地电阻测试接口（连接冲击电流发生器的监测端）；

  • 安装电流传感器（如罗氏线圈）和电压传感器，实时记录放电电流波形与接地体电位。

四、设计关键技术要点

1. 冲击接地电阻的控制

雷击实验中，冲击接地电阻（R_i） 是核心指标（而非工频电阻），需通过设计使其满足：

  • 小电流实验（≤20kA）：R_i ≤ 10Ω；

  • 大电流实验（≥50kA）：R_i ≤ 5Ω（避免接地体电位过高导致反击）。
    降低冲击电阻的措施：

  • 采用 “深井 + 水平网” 复合接地：深井深入低阻土层（如地下水位以下），水平网扩大泄流面积，利用土壤电离效应（大电流下土壤击穿，等效降低电阻）；

  • 填充高能降阻剂：选用适应冲击电流的纳米碳降阻剂（不腐蚀、耐冲击），填充于接地体周围，增强土壤导电性。

2. 热稳定与机械强度校验

冲击电流短时（微秒级）通过接地体时，会产生瞬时高温，需校验导体是否熔断：

  • 热稳定计算公式：（S 为导体截面，I 为冲击电流峰值，t 为半峰值时间，C 为材质系数：铜取 120，钢取 70）；
    例：100kA、10μs 冲击电流下，铜导体截面需≥ （实际需放大 2-3 倍余量）。

3. 跨步电压与接触电压防护

大电流泄放时，接地体周围地面会形成高电位梯度（距接地体 1m 处电压可能达数万伏），需通过设计降低安全风险：

  • 设置安全围栏：围栏距离接地体≥5m（或计算跨步电压≤70V 的范围）；

  • 地表铺设导电层：在接地体周围 3-5m 范围铺设镀锌钢板或铜网（厚度≥2mm），并与接地体连接，降低地表电位梯度。

4. 电磁兼容设计

放电电流产生的强电磁场（磁场强度可达数万 A/m）会干扰测试仪器（如示波器、数据采集卡），需：

  • 接地体与测试区保持足够距离（≥10m），或设置电磁屏蔽墙（钢板厚度≥3mm）；

  • 测试仪器接地采用独立屏蔽接地（与放电接地体完全隔离），信号线穿金属管并单端接地。

五、施工与验收要求

1. 施工要点

  • 接地体连接：引下线与接地体采用放热焊接（焊接点截面≥导体截面），避免螺栓连接（大电流下可能打火）；

  • 防腐处理：铜材质需镀锡，钢材质需热镀锌 + 涂覆防腐漆（适应实验场地可能的潮湿环境）；

  • 回填要求：接地体周围回填细土 + 降阻剂（分层夯实，避免空洞），确保与土壤紧密接触。

2. 验收测试

  • 冲击接地电阻测试：使用冲击电流发生器（输出 1.2/50μs 或 8/20μs 标准波形），测量不同电流下的 R_i（如 10kA、50kA 时的电阻值）；

  • 热稳定测试：施加额定冲击电流 3 次，检查接地体无熔断、焊接点无开裂；

  • 电磁干扰测试：在测试区测量电磁场强度（距放电点 10m 处磁场强度应≤1000A/m），确保不影响仪器正常工作。

六、典型应用场景

  • 雷电防护产品测试（如避雷器、浪涌保护器的通流容量实验）；

  • 建筑材料耐雷性能测试（如接闪带、金属屋面的雷击承载实验）；

  • 电力设备抗雷实验（如变压器、开关柜的雷电冲击耐压测试）。