一種消除雷擊浪涌跨步電壓威脅的大樓防雷接地方式

廣東省電力設(shè)計(jì)研究院 趙德寧 / 黃國(guó)柱

1 引言

YD/T 1051-2000《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》規(guī)范了電信行業(yè)的通信局（站）的各類設(shè)備均應(yīng)有效接地，采用保護(hù)接地以及建筑防雷接地共同合用一組接地體的“聯(lián)合接地方式”，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T548-94《電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程》也明確規(guī)定：調(diào)度通信綜合樓內(nèi)的通信站應(yīng)與同一層樓內(nèi)的動(dòng)力裝置、建筑物避雷裝置共用一個(gè)接地網(wǎng)。電信行業(yè)與電力行業(yè)的規(guī)范對(duì)通信局（站）的大樓和單獨(dú)的一個(gè)機(jī)房來說，建筑鋼筋網(wǎng)，環(huán)形接地銅排、四周屏蔽墻與連接方式等能夠滿足一個(gè)機(jī)房構(gòu)成等電位體的“法拉第籠”，滿足不受雷電電磁干擾，不受籠外電位變動(dòng)的影響。但是這種聯(lián)合接地方式不能保證在雷擊出現(xiàn)大浪涌時(shí)，不同樓層之間的各個(gè)“法拉第籠”的瞬間電位一致，即不能保證不同樓層之間電子設(shè)備的瞬間電位一致。

2 跨步電壓的形成

假定直擊雷在樓頂（避雷針或避雷網(wǎng)帶）發(fā)生，激發(fā)建筑鋼筋出現(xiàn)10kA的浪涌電流，并假定樓層A與樓層D之間的鋼筋存在0.1Ω的電阻，那么，雷擊瞬間；樓層A和D之間可能存在：

10kA×0.1Ω=1000V 的瞬間電壓

如果樓層A和樓層D沒有聯(lián)系，這個(gè)瞬間電壓也不會(huì)影響樓層A或D設(shè)備的正常運(yùn)行，因?yàn)闃菍覣或D本身仍等電位的。但是，調(diào)度通信大樓中不同樓層不同機(jī)房之間是需要建立信號(hào)、信息聯(lián)系的，例如光纖、同軸線、網(wǎng)絡(luò)線或音頻線的連接。以同軸線為例，見圖1。

圖1 雷擊浪涌造成樓層A、D不等電位示意圖

3 跨步電壓的解決方案

樓層間鋼筋瞬間自上向下浪涌激發(fā)的跨步電壓（如同接地體雷擊泄放時(shí)的跨步電壓），由于樓層間的設(shè)備存在連接導(dǎo)線而對(duì)敏感電子設(shè)備構(gòu)成威脅，特別是接收端的高靈敏度輸入口。上述兩個(gè)規(guī)范都忽略了不同的樓層間存在連接導(dǎo)線的問題，也忽略了這種威脅。解決雷擊浪涌電流形成的跨步電壓對(duì)敏感電子設(shè)備的威脅的方案如下（見圖2）：

1) 將防雷接地的匯集線與工作接地、保護(hù)接地的匯集線分開。

2) 將防雷接地匯集線接入接地體（地網(wǎng)）的接入點(diǎn)與工作接地、保護(hù)接地匯集線接入接地體（地網(wǎng)）的接入點(diǎn)分開，兩者的距離越大越好，可考慮在地網(wǎng)兩邊或?qū)俏恢媒尤搿?/p>

3) 要求接地體（地網(wǎng)）的接地電阻不大于1Ω，以減少兩匯集線的耦合。

這種設(shè)計(jì)方式的特點(diǎn)是：

1) 由于各層的設(shè)備通過低阻的工作接地、保護(hù)接地匯集線連接在一起，單獨(dú)接入地網(wǎng)，各樓層的設(shè)備基本能保持等電位體。

2) 由于各層的設(shè)備不直接與建筑鋼筋有連接，各層電源設(shè)備的三級(jí)防雷系統(tǒng)的泄放接地，要求接入防雷接地的匯集線上，而防雷接地匯集線也是單獨(dú)接入地網(wǎng)的。這樣，不僅是直擊雷在建筑鋼筋網(wǎng)上泄放浪涌電流激發(fā)的跨步電壓或是電源線進(jìn)入的浪涌電流激發(fā)的跨步電壓都不會(huì)直接威脅到電子設(shè)備的安全。

圖2 接地匯集線分開消除雷擊浪涌威脅示意圖

對(duì)通信行業(yè)與電力行業(yè)的防雷與接地的“聯(lián)合接地方式”改進(jìn)以后，保持了原規(guī)范機(jī)房構(gòu)成等電位體“法拉第籠”的性能，保持了避雷裝置保護(hù)樓體建筑的性能、保持了泄放雷擊能量以及電源系統(tǒng)三級(jí)防雷的功能；增加了不同樓層互聯(lián)設(shè)備消除雷擊浪涌跨步電壓威脅、破壞的功能。

這種創(chuàng)新的防雷接地方式結(jié)構(gòu)見下圖3。

圖3 工作、保護(hù)接地與防雷接地分開示意圖

4 結(jié)論

工作接地、保護(hù)接地與防雷接地分開在實(shí)施上是比較容易的，增加的投資也不大，卻消除了不同樓層、不同功能的機(jī)房設(shè)備互聯(lián)時(shí)，在雷擊浪涌產(chǎn)生的跨步電壓對(duì)敏感電子設(shè)備的威脅及破壞。 這種方式目前已在一些電力調(diào)度通信大樓建設(shè)中應(yīng)用，效果良好，在以后省市、地區(qū)供電局新大樓的建設(shè)中，有推廣應(yīng)有的價(jià)值。

[1]虞昊.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社, 1996.

[2]關(guān)象石.防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編[M].中國(guó)計(jì)劃出版社,1999.

[3] DL/T548-94電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)電力出版社, 1994

[4]中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部. YD/T1051-2000通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求[S]. 北京：人民郵電出版社, 2000.

[5] 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部.GB50057建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年版）[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2001.

[6] GB7450-87電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則[S].