對建筑電氣防雷等電位接地的探討

摘 要：本文介紹了雷電的基本知識及其分類，詳細分析了雷電入侵建筑物的4種途徑，介紹了建筑物防雷的具體措施，以及國內外浪涌保護產品的情況，為進行建筑物防雷設計提供參考。

關鍵詞：防雷；建筑物；浪涌保護；接地；等電位

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A

雷電是一種大氣物理現象，最初人類對雷電現象的認識主要體現在人能直接感覺到的“雷聲”、“閃電”及其所造成的破壞。雷電給人類帶來各種破壞：引起火災，引發大面積停電，毀壞建筑物、損壞財物、傷害人畜等，將各種網絡損壞，加速設備老化甚至損壞設備，造成計算機信息系統重要數據丟失，因此需要對雷電進行防護。

1 雷電入侵建筑物的途徑

雷擊在線路上引起的過電流、過電壓以及極強的交變電磁場是損壞建筑物內設備的主要原因，有配電線路、通信線路（包括無線天線）、地反擊、雷擊電磁場四種途徑，具體分析如下。

1.1 配電線路引入雷電

高壓線路上都安裝有氧化鋅避雷器，因其分工不同，其殘余電壓很高，變壓器雖有一定的隔離和衰減作用，但不能有效地抑制，仍有相當大的剩余雷電能量會由一次線圈感應到二次線圈，從而傳導至后續設備。配電線路產生過電壓后，該過電壓直接傳到弱電子設備，并將設備損壞，一般是將設備的電源部分損壞，根據線路上的過電壓的成因及危害可分為6種情況：

市電線路架空布設時遭直接雷擊，因線路較長，發生的幾率較大，線路上的雷電流相當大，危害也很大。

市電線路架空布設，附近發生雷擊時，雷電電磁場使得線路上感應到雷電流。有較大的發生幾率，但雷電流不太大。

市電線路走地纜溝或埋地布設，發生雷擊后雷電流入地時，線路上感應到雷電流。相對前面兩種情況來講，發生幾率及雷電流都不大。

建筑物內配電線路受避雷針引下線電磁場感應而產生雷電流，雷電流的大小和發生幾率與建筑結構及布線有關。垂直方向的線路、沒有屏蔽而且離引下線較近時，發生幾率及雷電流較大。

建筑物內配電線路受戶外附近雷擊電磁場感應而產生雷電流，雷電流的大小與建筑物的屏蔽性、布線、落雷位置、落雷點電流等有關。當建筑物屏蔽性較差、線路靠外墻、落雷點靠樓較近、落雷點電流大時，線路感應雷電流就較大。

1.2 通信線路引入雷電

通信線路一般有光纖、數據線、電話線、天線、饋線、控制線等，其中光纖主要是由非導電介質構成，所以將光纖增強芯進行可靠接地。通信線路感應雷電后，雷電直接傳到設備，并將設備損壞，一般是將設備的通信口損壞，與電源線路上產生雷電流的情況相似，一般來講，通信線路上的雷電流比電源線路上的雷電流要小，通信線路上產生雷電的6種情況：

通信線路在室外架空布設時遭直接雷擊，因通信線有絕緣層、架空布線的情況不多等原因，因此，發生幾率較低，但一旦發生，線路上的雷電流大。

通信線路在室外架空布設，附近發生雷擊時，線路上感應到雷電流。如架空線路較長，則有較大的發生幾率。

通信線路在室外走地纜溝或埋地布設，發生雷擊后雷電流入地時，線路上感應到雷電流，雷電流不大。

建筑物內通信線路受引下線電磁場感應而產生雷電流，如線路沒有屏蔽又離引下線較近，則發生幾率大，而且雷電流也足以將通信口損壞。

建筑物內通信線路受戶外附近雷擊電磁場感應而產生雷電流，雷電流的大小與建筑物的屏蔽性、布線、落雷位置、落雷點雷電流等有關。當建筑物屏蔽性較差、線路靠外墻、落雷點靠樓較近、落雷點電流大時，線路感應雷電流較大。

1.3 地反擊危害

地反擊是指同一設備或系統同時連接到幾個互相沒有直接電氣連接的地網，當雷擊時，各地網之間可能存在較高的電位差，該電位差通過地線直接加在同一設備系統上，該電位差有可能將設備損壞。接地系統不符合要求的主要危害是會產生地反擊，雷擊時地電位抬高，該高電位通過地線傳到設備，此時，如設備有低電位的外接線則會形成電位差損壞設備，如設備沒有外接線或外接線都呈高阻狀態則沒有電位差，屬于水漲船高性質，設備不會損壞。

1.4 雷電電磁場

雷電電磁場是指：建筑物附近發生雷擊或建筑物本身遭雷擊時，建筑物內有較強的交變電磁場，處在該交變電磁場中的設備有可能損壞。

2 建筑物的防雷措施

GB 50057-1994（2000年版）建筑物防雷設計規范、GB 50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規范對建筑物防雷進行了詳細的規定。GB 50057適用于進行建筑設計時的雷電防護措施，標準中包含很多計算方法及公式；GB 50343對建筑物電子信息系統綜合防雷工程的設計、施工、驗收、維護與管理做出了規定和要求，適用于新建、擴建、改建機房等建筑物電子信息系統的雷電防護，其中6條為強制性條文，必須嚴格執行。

建筑物防雷設計時，既要考慮對直接雷擊進行防護，也要考慮對感應雷擊的防護。對于直接雷擊，最有效的措施是采用避雷針、避雷網等接閃器，通過引下線將強大的雷電流引入大地，這就要求建筑物接地良好，防雷接地電阻要求10Ω以下，接地不良將影響屏蔽及等電位效果。在電力系統中，也采用高壓氧化鋅避雷器進行直接雷擊的防護。

對于感應雷擊，通常采用專用的浪涌保護產品進行防護。需要注意的是，避雷針、避雷網等接閃器的引下線，絕對不能作為防感應雷擊的浪涌保護設備的地線，需要單獨另外埋設地線。否則，當強大的雷電流通過引下線進入大地時，共地線將可能引起地反擊、雷擊電磁場對設備造成損壞。

3 浪涌保護產品的情況

目前，浪涌保護器（SPD）采用的是多種器件的組合，包括放電間隙、氣體放電管、晶閘管和三端雙向可控硅元件類型的開關型浪涌保護器件，以及壓敏電阻器和瞬態電壓抑制二極管（TVS）類型的限壓型浪涌保護器件。通過多級防護達到，為雷電流提供瀉放回路，抑制瞬態電壓升高。

國外早已開發出一系列浪涌保護產品，用于交/直流電源、各類通信線路、電視監控、家用電源插座的浪涌保護。國內生產浪涌保護產品的廠家也有近百家，技術逐漸成熟，產品價格逐步降低。

在選擇浪涌保護產品時，要注意選擇殘余電壓低、全面保護、智能化的產品。殘余電壓是雷電壓經浪涌保護器泄流鉗位后的電壓，在保證工作電壓前提下，殘壓越低設備越安全。安裝浪涌保護器的最根本的目的就是將雷電壓抑制下來，因此殘壓是防雷器最重要的性能參數。浪涌保護器只有線對地的保護是不安全的，各線之間、各線對地之間都應有保護。

智能化的產品便于管理及維護，浪涌保護器通常提供繼電器觸點接入到消防報警等其它系統中，有的廠家產品還提供聲音報警、放電次數統計、氧化鋅劣化指示，通過數碼管或液晶屏顯示雷擊發生時刻、三相電壓及三相負載是否平衡，可根據具體需要進行選擇。

浪涌保護器內通常采用并聯、串連結構，設置多路快速熔斷保險絲監測各個氧化鋅壓敏電阻。發生強烈雷擊后，浪涌保護器中氧化鋅壓敏電阻有個別損壞時，相應的保險絲熔斷，通流能力出現劣化，浪涌保護器還有保護功能，發生后續雷擊時浪涌保護器還能起到保護作用。

結語

通過避雷針等可以對直接雷擊進行防護，對感應雷擊通常采用浪涌保護器。近幾年在銀行、電力、海關、電信、石化、鐵路等行業中，浪涌保護器得到廣泛應用，取得了很好的防雷顯著。通過合理的、系統的防雷設計，就可以有效地防止雷電對建筑物的侵害。

參考文獻

[1]楊長勇，梁潔. 華中地區電網事故分析及對策[J]. 電力安全技術，2005，7（2）：26～29.

[2]劉天斌，楊軍，陳學道. 華中500kV電網幾次弱饋保護誤動分析[J]. 電網技術，1997，21（10）：59～61.

[3]孫海元. 雷電現象及雷電防護基本原理[J]. 電腦技術信息，1999，10：56.

[4]孫海元. 中心計算機房防雷[J]. 電腦技術信息，1999，11：56～57.

[5]周文俊，王繼業，張洪義，等. 常用通信接口芯片過電壓耐受能力[J]. 高電壓技術，2001，27（4）：41～44.

[6]GB 50057-1994（2000年版），建筑物防雷設計規范[S].

[7]GB 50343-2004，建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].