雷电防护及等电位接地的探讨与应用

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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

1.2.1 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。

1.2.2 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，则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）,若5kV的电压波加到ａ1─G2两端，则设备Ａ的电源端将被过电压损坏。

1.2.3 为了避免设备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1.2.3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。

1.2.5 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。

1.2.6 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。

1.2.7 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表明：ａ2至ｂ2的信号传输线，如果线径≤1mm，长度大于100m，则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，则有可能使Ｖb2G3＞100V 而使设备B受到雷击损坏。

1.2.8 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1.2.1至1.2.8。

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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（反击），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）。

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