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雷电防护及等电位接地的探讨与应用 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 雷电防护及等电位接地的探讨与应用 １ 线路过电压、过电流损坏 设备的原因分析及防护方法 　　1.1 雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感应过电压〔过电流〕的现象是经常发生的。 　　1.2 图１中的电子设备Ａ和Ｂ是两台互相传输数据的设备，假设电源线上传输进来５kA雷电电流波〔10/350μS〕，按图２所示的等效电路，设备是否会被损坏？ 　　 　　图１ 独立接地系统的设备电位差图 假设：电源避雷器Ｐ性能优良，其响应时间和导通后的残压不会损坏电子设备Ａ，雷电流IP=5kA全部流经避雷器P进入接地点Ｇ1入地； 　　接地电阻R1＝1Ω、R2＝1Ω、R3＝1Ω，且互为独立接地。 　　雷电流IP流过接地电阻Ｒ1时，接地点Ｇ1的地电位将抬升为ＵG1＝Ip·R1＝5kV。 该电位ＵG1此时会加到电源的输入端ａ1，而设备Ａ的接地点Ｇ2为零电位，那么电源输入端与入地点Ｇ2之间的电位差Ｖa1G2＝5kV。 　　电子设备开关电源能耐受的最高电压为800～1500V〔10/350μS波〕,假设5kV的电压波加到ａ1─G2两端，那么设备Ａ的电源端将被过电压损坏。 为了防止设备Ａ的电源端免受雷击损坏，应将接地点G1与G2相连接〔如图２所示〕。 　　 　　图２ 用避雷器防雷的等电位接地图 　　.2.4 从项看，Ｇ2电位变为5kV，此时，信号传输线另一端设备Ｂ的接地点Ｇ3为零电位，而信号接口ａ2与接地点Ｇ2之间的电位差VG2a2变成了5kV，从而使信号接口ａ2损坏。 要保护信号接口ａ2，应在信号接口ａ2和接地点Ｇ2之间安装残压小的信号避雷器ＰA，且接地点必须与Ｇ2相连。 由1.2.4项可以看出，设备信号接口被雷击损坏，该雷电不一定是由信号传输线产生的感应过电压所致。 由1.2.5项可以发现，虽然设备Ａ的信号接口ａ2并未损坏，但5kV的电压已加到ａ2与G3端，那么信号接口ｂ2会损坏吗？理论计算与实验结果说明：ａ2至ｂ2的信号传输线，如果线径≤1mm，长度大于100m，那么线阻加上导线的分布电感所形成的电抗分压，使得加到ｂ2与Ｇ3的电压Ｖb2G3小于100V，但如果传输线小于100m，那么有可能使Ｖb2G3＞100V 而使设备B受到雷击损坏。 为使设备Ｂ得完好保护，应同设备Ａ一样按1.2.3和1.2.5项的要求去做。 　　假设雷电从信号线上产生,其分析方法,防护手段同至1.2.8。 ２ 直击雷损坏设备的原因分析和防护方法 　　2.1 图３是 建筑物受直击雷后室内设备受损坏的示意图，图中Ａ、Ｂ、Ｃ是处在不同楼层的电子设备;ＳA、ＳB、ＳC为各设备之间互相通信的信号线;Ｓ是与建筑物外的设备通信信号线；Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3为不同楼层建筑物内部钢筋引下线；Ｌ、ＬA、ＬB、ＬC为设备供电线路；ＲS为设备工作接地，ＲG为建筑物防雷接地，ＧA、ＧB、ＧC为设备工作接地在主杆线上的接地点；ＰL、ＰS分别为电源避雷器和信号避雷器。 　 　　图3? 建筑物内设备受雷击分析示意图 　　2.2 假设雷电直接打在建筑物楼顶避雷带上，入地雷电流Ｉ＝100kA，ＲG＝1Ω、ＲS＝1Ω。此时,Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3所处的各楼层的电位都将抬升100kV,如果ＧA、 ＧB、ＧC与防雷地不相连接，就会发生设备工作地线与建筑物楼板到处打火的现象〔还击〕，因为100kV的电位差可击穿的空气距离达300～500mm〔由当时的空气绝缘程度而定〕。 2.3 如果ＲG与ＲS相距较远〔如20m以上〕， 设备工作接地线与楼板、墙壁绝缘较好，地电位的抬升缺乏以击穿设备工作地线。但雷击时，工作人员刚好与设备机壳相接触，人身体上的某一部位又与地板或墙壁相接触，雷电将会流过人体进入设备工作接地，人身平安必将受到伤害〔作者本人亲眼看到此类事故的发生〕。 　　2.4 当2.2项和2.3项的事故发生后，高电位进入设备击穿设备的电源端或信号端口，雷电从电源线或信号线流出，构成了雷电流回路，使设备受到损坏，造成雷电电流波的低电位引入现象。 为了防止2.2项和2.3项事故的发生,ＲG与ＲS必须是同一个接地体,即设备工作地和防雷地必须联合接地；联合接地后，人身平安了。 联合接地后，设备就平安了吗？不,雷击时,设备机壳通过工作地线流入接地体，由于地线的分布电感及线电阻产生的线电压降很大〔分布电感产生的线电压将在下一节讨论〕,很难保证设备Ａ与Ｂ与Ｃ之间的地电位是相等的,当电位差大于100V以上就有可能使ＳC、ＳB、ＳA和Ｓ的接口通过信号连接线将雷电流〔或过电压〕引入而损坏接口；当雷电产生的电位差大于800～1500V，电源输入端口ＬC、