摘要 对忻城县老虎山矿场炸药房的独立避雷针地网施工工艺进行探讨，从人工地网选址、选材、施工技巧及工艺等方面进行讨论，指出各环节在防雷工程里面的重要性，以确保工程的顺利开展。
关键词 人工地网；施工工艺；老虎山矿场炸药房；广西忻城
中图分类号 TU745 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2011）12-0263-03
雷电是发生在大气中的一种自然灾害，雷电防护是人类改造自然、征服自然的一门学科。由于雷电出现的随机性和危险性，人们对其的理解和防护还不够。因此，雷电给生命和财产带来巨大的损失。特别是当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，雷电灾害对各种类型建筑均有不同的后果，人们防御雷电亦有不同方法。以目前的科学水平，防御雷电应从2个方面着手：一是防直击雷，二是防感应雷，各方面都离不开的接地。一个良好的接地系统与周围的气候、环境、土壤温度及湿度、地网材料等有关，除了这些因素外，往往容易被忽略的就是接地系统的施工工艺。
1 工程介绍
忻城县老虎山矿场炸药房位于半山腰处，四面环山，离炸药房约30 m处有条自然的小溪，炸药房长约6 m，宽约3 m，高约2.5 m，是以前平民的土砖瓦房，整座房子都是用土砖砌成，无钢筋，建筑面积约20 m2，天面约30°斜坡屋面，普通烧制瓦片房子周围的树木高度基本上都是2～3 m。由此可见，这种自然环境非常容易遭受雷击。
如果给这座炸药房安装避雷针、网、带及接地系统，不但施工难度高，而且雷电直接击中炸药房，存在的安全隐患就更大。在这样的环境下，经过专家的讨论，给这座房子竖立一根独立避雷针，做一个独立地网，而且必须确保地网的接地电阻达到规范的设计要求（避雷针高度、土壤电阻率、接地体有效长度、安全距离等已经通过计算，符合规范要求）。
竖立独立避雷针较容易，但地网的设置比较困难。经过专家现场勘查、数据采集，最后决定在以前猪粪的化粪池里做人工地网，因为原20 m2猪粪化粪池（深3 m左右）的土壤电阻比较低，是非常适合铺设独立地网的位置[1]。这些因素不但解决了接地电阻的问题，同时降低了施工难度，最主要是解决了炸药房的雷击安全隐患。
2 人工地网的分类
地网也可以称作接地体。忻城县老虎山矿场炸药房的人工地网与新建建筑物的地网不同，表现在工程造价、施工难度、使用时间等方面。
2.1 自然地网（自然接地体）
自然接地体是由建（构）筑物基础内的钢筋混凝土组成的，在土建基础施工时，用建（构）筑物基础的桩、承台、地梁内的钢筋按规范设计要求焊接组成的地网，可以供强电、弱电、防雷等接地，在钢筋混凝土里包裹的钢筋不容易接触空气和水分，常年不腐，相对来说，这样的接地系统比较良好。
2.2 人工地网（人工接地体）
人工接地体是当建（构）筑物的电气、防雷接地效果达不到要求时，或者某些贵重设备需要独立接地时或者是独立避雷针的接地而另外增加的地网，目的就是为了给以上建筑物或设备降低接地电阻。
人工地网一般铺设在地下1 m左右，用来接地的钢筋在地下接触的空气和水分比自然接地体的钢筋多，使用10～15年会发生严重的腐蚀。
3 人工地网施工工艺
3.1 地网选址
独立避雷针和人工地网离炸药房的直线距离应大于3 m，地网铺设位置与炸药房的布置如图1所示。并且应该选择炸药房周围无电力、煤气、自来水、通讯等管线的地方。避免破坏管线造成赔偿纠纷，并且尽量绕开混凝土路面，以减小施工的难度，最好选择有原始土壤的地方[2]。
独立避雷针离被保护的炸药房有3 m，人工地网离被保护的炸药房则大于3 m，是为了避免雷电流通过避雷针、引下线、地网的泄流过程中给炸药房造成反击而损坏设备，如电灯泡容易产生火花，则对炸药房内的炸药存在一定的安全隐患。
人工地网呈直线形铺设，与被保护炸药房的长度方向平行，地网由一条-50×5的热镀锌扁钢和3条∠50×50×5×2 500热镀锌角钢组成，3支角钢垂直打入地下3.5 m，如遇到岩石等，可在旁边适当增加角钢，确保接地体与土壤达到足够的接触面积，再由一条Φ12热镀锌圆钢将地网与独立避雷针连接，可适当增加到2条，或者加粗圆钢直径，确保雷电流能瞬间通过地网泄入大地[3]。
在铺设地网之前，应充分了解清楚土质、土壤电阻率、地下铺设的管道、管线等，避免造成不必要的翻工和损失。例如，离地下管线较近距离且平行，地网在泄流过程中就容易给管线造成反击，雷电流有可能经过管线对两端的人或设备造成没必要的损失。因这个地网设在山腰，比较偏僻，又是在荒废已久的猪粪化粪池里施工，不管是地网开挖，还是敲打垂直地极，都比较省力，而且接地电阻值很小，非常有利于雷电流的泄流。但是土壤咸碱度较大，很难保证镀锌钢材的防腐蚀能力。
3.2 施工材料的选择
不同行业与地域使用的接地材料不同，目前使用率最高的接地材料是金属材料，主要有铜板、角钢和扁钢等。在有些环境和特殊情况下是不适合使用金属接地材料的。例如，在高腐蚀土壤中金属接地材料在很短的时间内就会被腐蚀而丧失接地的效果。不同的接地材料有着不同的特点，根据其特点结合环境使用是接地工程前期应该考虑的问题。
3.2.1 金属接地材料。从20世纪80年代末至今，使用最多的接地材料仍然是金属接地材料（这里主要指铜材和钢材），由于其具备良好的导电性和经济性，是接地工程中最重要的材料之一，但是由于金属材料存在腐蚀问题，对接地电阻的影响也比较大，是安全生产中的一个隐患，一般在电信系统中，早期的地网每4年就重新改造1次，其主要是因为金属材料的腐蚀问题，而在盐碱地区往往1～2年就要重新改造。而近几年因生产资料价格猛涨造成接地成本增加，使金属接地材料的劣势逐渐凸显。 3.2.2 非金属接地材料。非金属接地材料是目前行业里新兴的一种金属接地体的替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能、良好的导电性和较高的性价比，因而被广大用户所接受。目前，非金属接地产品主要是以石墨为主要材料，根据制作工艺不同主要有压制和烧制2种。
该工程选用通用的金属材料，即热镀锌圆钢、扁钢和角钢。锌不易与氧发生化学反应，镀锌材料不易氧化生锈，可以有效防止因生锈或腐蚀造成的损坏。
3.3 地网的施工
忻城县老虎山矿场炸药房防雷工程，在经过现场勘查、选址、材料选择及采购等环节后，而后进入施工环节。现场施工需要严格按照图纸要求，达到设计标准。
3.3.1 地网开挖。在挖地网前，用宽2.5 m的彩条布铺在旁边堆放泥土，可以避免污染旁边的草皮。建议挖宽0.5 m、深1.0 m的地沟，既方便施工人员在地沟里进行施工，又可以保证铺设长效降阻剂。在施工挖沟过程中，尽量不要过于用力，可以避免损坏电力线缆，给施工人员造成生命危险或纠纷。
3.3.2 地网施工。将准备好的角钢打入地沟，使角钢能竖立设置，再把水平接地极扁钢和竖立起来的垂直接地极角钢焊接，然后用圆钢和扁钢焊接，同时可以在焊接处做防腐蚀处理，在所有焊接口处刷2道防锈漆（红丹），再刷2道银漆，最后刷1道沥青漆防腐。待全部角钢和扁钢焊接好，就同时将所有角钢打入地沟1.0 m深处，即垂直地极离地面约3.5 m。
人工地网施工关键的部位就是焊接，施工工艺可参照《国家建筑标准设计图集-防雷与接地安装D501-1～4》，先焊接角钢、扁钢和圆钢，主要目的是为了焊接质量，在垂直地极和水平地极还没打入地下就烧焊，可以达到很好的效果。其最主要的目的是使角钢和扁钢可以达到四面焊接，充分增加水平接地极与垂直接地极的接触面，扁钢和圆钢、角钢可以达到双面焊接，而且焊接面一定要充分，焊接口要类似“鱼鳞”状，此时需要大功率焊机和稳定的380 V电源。
当垂直接地极和水平地网敲打入地沟底部，且做好防腐蚀工作后，就可以铺设厚0.2 m的长效降阻剂。或者将长效降阻剂和泥土1∶1混合均匀，一同撒入地沟中，厚0.4 m左右，该方法既可充分发挥长效降阻剂的作用，又可防止长效降阻剂在短时间内硬化失效。铺好之后再回填土壤。采用重型工具压实，多余的土壤就铺盖在地沟上，最后在把原来的草皮种上。如果在城市市区，条件允许的情况下，建议把土壤更换成电阻率较低的土壤，如池塘泥、田泥、小溪泥等，这样可以达到更好的防雷效果。
3.4 人工地网自检
忻城县老虎山某矿场炸药房防雷工程的最后一步是验收工作，人工地网的质量即在最后一道工序中体现。一般的施工完毕后，都要进行自我检测调试，待检测合格后再由当地防雷主管部门来验收。
由于土层较浅，需要尽量消除地形的复杂、土壤电阻率不均匀的干扰和影响，为了确保测量结果的准确性，采用电位降法进行实际测量。使用的接地电阻测试仪是日立4105型1台、DLE-8型调压变压器1台、9025数字电压、电流表1台。测量原理如图2所示。
3.4.1 辅助电流极的设置。按照电位降法的要求，辅助电流地极需要离开接地网边缘3～5倍接地网的最大对角尺寸距离[4]。实际测试时采用4 mm2铜导线100 m作为电流极线，电流辅助极采用4根长度为1.5 m的∠50×50×5 mm角钢，打入地中，并将其并联，作为电流辅助极。
3.4.2 辅助电压极的设置。辅助电压极采用4 mm2铜导线50 m作为电压极线。每隔7 m，在第1点位前后移动辅助电压极的第2、3、4点位等，以寻找测量中大地的零电位参考点[4]。
3.4.3 测试电源。利用库区附近380 V电源接到可调变压器，输出电流调至17 A，变压器的输出电压取决于测试电流与电流辅助极（加被测接地网）的电阻。
3.4.4 测量结果。现场测试过程：接好辅助电流极和辅助电压极，再将库区附近380 V电源接到可调变压器，检查确认接线无误；打开可调变压器电源开关，输出电流调至17 A；记录变压器的输出电压，标记好位置；断开外电源，进行接地电阻测量并作好记录；重复前3个步骤，记录各测试点的数据；测试结果如表1所示。经过实际测量，该工程接地电阻值为3.0 Ω，表明人工地网符合国家规范。
4 小结
忻城县老虎山矿场炸药房防雷工程已经基本完成，在施工过程中，钢筋焊接工艺尤为重要。焊接、搭接等技术应按照规范的要求进行操作。另外，不能为了施工方便随意更改施工要求，长度不够、焊接工艺达不到要求、错焊、漏焊、夹渣等都可能直接影响工程质量。总之，应按防雷规范及相关规定要求进行设计、施工，力争把每一个防雷工程建设成为一个省时省力、经济实惠、安全可靠的工程。
5 参考文献
[1] 中华人民共和国机械工业部.GB50057-94建筑物防雷设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T21431—2008建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社，2008.
[3] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范[S].北京：中国计划出版社，2008.
[4] 中国船级社.材料与焊接规范（2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.
