摘要：随着科技的进步，城市污水处理厂在改善人民生活环境中起着越来越大的作用，但由于社会发展带来的环境问题越来越严重。污水处理厂因为雷击导致线路跳闸以及设备故障频率越来越高，严重影响了污水处理厂的正常运行。基于此，本文从对防雷接地设计在污水处理厂的应用进行了分析。
关键词 污水处理厂；电气设计；防雷接地设计；应用
随着科技的进步，城市污水处理厂在改善人民生活环境中起着越来越大的作用，但在安全运行方面，雷电的影响也日益突出，因此防雷设计在污水处理厂电气设计中是一个应非常重视的环节。特别是《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010，以下简称《雷规》）的实施，对防雷工程设计的核心内容有了比较完整的规定，是防雷工程设计重要的国家标准。
1.建筑物防雷设计分类
《雷规》根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，将建筑物的防雷分类分为三类：第一类防雷建筑物所包含的情况均为定性要求，第二类、第三类防雷建筑物所包含的情况除有定性要求外，还增加了按年预计雷击次数来确定建筑物的防雷分类。
第一类、第二类防雷建筑物中的爆炸危险场所的划分按《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）要求分为爆炸性气体环境0区、1区、2区和爆炸性粉尘环境20区、21区、22区执行。
按照《雷规》中的防雷分类，污水处理厂无第一类防雷建筑物；加氯间、污泥消化池、垃圾渗透液系统污水调节池、沼气储罐、沼气过滤间、沼气压缩机房、沼气火柜等爆炸危险场所属于第二类防雷建筑物。预计雷击次数大于0.05次/a的火灾危险场所、预计雷击次数大于0.25次/a的一般性民用建筑物或一般性工业建筑物属于第二类防雷建筑物；预计雷击次数大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的火灾危险场所、预计雷击次数大于0.05次/a，且小于或等于0.25次/a的一般性民用建筑物或一般性工业建筑物属于第三类防雷建筑物。
2.防雷接地设计在污水处理厂的应用
《雷规》规定各类防雷建筑物应设置外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成，内部防雷装置由防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。各类防雷建筑物应采取防闪电电涌侵入的措施。以下污水处理厂各类建（构）筑物的防雷措施仅针对第二类、第三类防雷建筑物：
2.1外部防雷设计
2.1.1 接闪器
由于污水处理厂所处的地势不高及污水处理厂本身的构筑物不高，经雷击次数计算和防雷分类，污水处理厂多数属于第三类防雷建筑物和第二类防雷构筑物，很少属于第一类防雷建筑物，除第一类防雷建筑物外，一般污水处理厂的金属屋面的建筑物利用其屋面作为接闪器，构筑物（各种水池）可利用金属护栏作为接闪器，接闪器可采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆，也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器，沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，在整个屋面组成的网格，第二类防雷建筑物为不大于10m×10m或12m×8m，第三类防雷建筑物为不大于20m×20m或24m×16m。
2.1.2 设置引下线
污水处理厂各类防雷建（构）筑物的引下线可利用钢筋混凝土屋顶、梁、柱、基础内的钢筋，若设置专设引下线，数量不应小于2根，并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置，其间距沿周长计算的距离，第二类防雷建筑物为不应大于18m，第三类防雷建筑物为不应大于25m。从雷电分流的角度，污水处理厂各类防雷建（构）筑物在已设自然引下线的前提下，不必再设置专设引下线，只要条件许可，设置自然引下线是工程设计首选，应在每根引下线上距地面不低于0.3m~设接地体连接板，若设置专设引下线时，应在距地面0.3m~1.8m设置断接卡。
2.1.3 装置连接
污水处理厂各类防雷建（构）筑物的外部防雷装置中接闪器、引下线、接地装置应可靠连接，对于连接方式，《雷规》中明确提出：构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋、钢筋与钢筋应采用土建施工的绑扎法、螺丝、对焊或搭焊连接。单根钢筋、圆钢或外引预埋连接板、线与构件内钢筋应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。在设计时应同结构设计专业配合，明确相应装置的连接措施。
2.1.4接地系统设计
接地系统一般污水处理厂厂区接地网采用利用建筑物、构筑物基础内钢筋网作为接地装置，各建筑物及构筑物接地装置用40X4镀锌扁钢不少于两点连接，防雷接地、电气设备工作接地、保护接地、自控及计算机监控系统共用接地装置，要求接地电阻不大于1欧姆，实测不满足要求时，增设人工接地体。所有建筑物、构筑物、设备间内，机电设备、电控箱、桥架及金属管线、正常不带电金属部分、以及电缆的金属护套均采用25X4镀锌扁钢与等电位接地系统MEB接地母排可靠连接。屏蔽电缆的屏蔽层仅在PLC端接地。如增加人工接地体采用镀锌钢材，钢管直径50mm，壁厚＞3.5mm,垂直接地体长度为2.5m,其间距及人工水平接地体的间距为5m采用40X4镀锌扁钢连接。接地体之间所有焊点除浇注在混凝土中的以外，均进行防腐蚀处理。接地体埋深，其上端距地面＞0.7m。接地引入线长度不超过30m，材料为镀锌扁钢，截面积＞（40mm×4mm）。接地引入线作防腐、绝缘处理，沟内单独布放。
此外，在建筑物引下线附近保护人身安全需采取防接触电压和跨步电压的措施，在引下线3m范围内地表层的电阻率不小于50kΩm，或敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层。
2.2 内部防雷设计
2.2.1 等电位连接
外部防雷装置和内部防雷装置是相辅相成的，光做好外部防雷工作还远远不够。如果没有做好内部防雷工作，雷电电流流经建筑物外部防雷装置或者其他导电部位时，很可能使建筑物内的设备遭受雷击，产生火花或放电。为了避免这一情况的发生，在做好外部防雷装置的同时，还要做好内部等电位连接工作。所谓电位连接就是要将防雷装置和金属物体、建筑物内部系统等连接到一起，形成等电位。具体连接方法：在那些自然等电位连接不能提供电气贯通之处用等电位连接导体，在用等电位连接导体做直接连接不可行之处用SPD连接，在不允许用等电位连接导体做直接连接之处用SPD连接。
2.2.2 电涌保护器（以下简称SPD）
SPD就是我们平常所说的电涌保护器，其作用就是将电涌电流在最短的时间内释放出去，从而对电涌电压起到限制作用。这两个作用同时实现，也就是说在SPD泄流时，就已经实现了对电气以及电子设备的保护。SPD的设置能够有效保护外部防雷装置，同时也是连接等电位的关键措施。
安装位置：SPD安装并没有一个明确的规定，这主要是因为各地雷击程度、污水处理厂距离雷击点距离、接地系统、接地方式等诸多因素造成的，在进行安装时，污水处理处理厂结合自身情况进行安装即可。在安装时要对保护距离、导线长度以及耐冲击电压等进行综合考虑。当线路是从户外引入，需要装置入口级SPD，其目的一方面是降低被冲击电压，另一方面是实现雷电流释放。需要保护的机器设备，要将设备级SPD安装在机器设备附近或者中心位置。污水处理厂SPD的安装首先应当在线路引入端安装，这主要是因为污水处理厂机器设备较多，这样做能够起到良好的保护效果。
防LEMPSPD设置：LEMP指的是雷击电磁脉冲。污水厂第二类建筑物应当按照规范规定，采取LEMP措施，关于其他建筑物，如果室内包含重要设备，或者其他防雷装置无法适用时，也应当采取LEMP措施。污水厂涉及机器设备较多，一些敏感的电子设备很容易因为LEMP遭到雷害。LEMP可以通过多种渠道从建筑物外部进入内部，从而使设备遭到损坏。LEMP主要是通电源线入侵的，为了避免这一问题，我们需要安装电源SPD。在进行安装时需要做好下列两项工作：第一，对其有效电压保护水平进行确定；第二，在容量方面，要配合好上一级SPD。
电气系统设置SPD的保护距离：污水厂各建（构）筑物按照《雷规》要求设置的SPD，是否要求在建筑物的各级配电系统中均设置或多级装设，对此，《雷规》中采用SPD的有效电压保护水平Up/f来判断是否需要装设SPD：如果上级SPD的有效电压保护水平Up/f不能保护末端设备的耐冲击电压值，此时就需要安装SPD。
电气系统设置SPD之间的能量配合：LEMP和操作过电压会危及电气系统和电子系统。除了采取等电位连接和接地、电磁屏蔽、合理布线等措施外，为避免雷电和操作引起的电涌通过配电线路损害电子设备，按IEC防雷分区的观点，通常在配电线路穿越防雷分区（LPZ）界面处安装SPD，这些SPD除了注意接线方式外，还应对它们进行精心选择并使之能量配合，以便按照各SPD的能量耐受能力分摊雷电流，把雷电流导引入地，使雷电威胁值减少到受保护设备的抗扰度之下，达到保护设备的效果，这就是多级电源SPD的能量配合。
3.结束语
污水处理厂防雷工作是一项长期的系统性工程，仅仅采用一种防雷装置是很难达到防雷目的。因此，污水处理厂需要结合自身实际情况，采取综合性的防雷措施，对可能造成雷害的因素进行一一排除，尽可能减少雷害，为污水处理厂稳定运行提供保证。现行规范《雷规》也是一部真正与IEC紧密结合的规范，在防雷领域的理论与实践中发挥出强大的作用。
参考文献:
[1]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中国计划出版社，2011
[2]《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）中国计划出版社，2014
[3]《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）中国计划出版社，2011
[4]《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）中国建筑工业出版社，2008
[5] 刘屏周，任元会，丁杰等，工业与民用供配电设计手册（第四版）北京：中国电力出版社，2017.
论文作者:王玉生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
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