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接地:
对于防雷来说,开始和重要的一步就是接地.一个符合防雷规范和用电设备正常工作的接地系统,它应该是单一的,也就是所有需要接地的系统共用一个接地.这样既能平衡各系统的零地电位压,又能有效的防止地电位之间的反冲.
共用接地系统的制作:
在制作地网的地下位置,其所有的金属构件均应焊接于接地网之上.
接地装置包括:水平接地装置和垂直接地体.水平接地材料通常使用4*40以上的热镀锌扁钢或12#以上热镀锌圆钢;垂直接地体通常使用5*50*1500以上的热镀锌角钢或各种接地钢管和铜棒.
水平接地装置的铺设应沿屋周围环形铺设,其距建筑的距离应为5-10米,在大楼有钢筋入地的情况下,应与大楼钢筋取两点以上可靠连接,其与建筑的距离应达到15米以上.在人行横道或经常有人活动区域,其埋藏深度应达到1米以上.各引下线和预留的检测装置均应套绝缘管.
垂直接地体的使用应沿水平接地体垂直铺设,其铺设距离应为本身长度的1.5-2倍,距检测点5米开始铺设.
共用接地体统的使用:
各类防雷中,对公共接地系统的接地阻值均采用1欧姆以下.
直击雷的接地(避雷针\避雷带\各突出的金属构件)
在不同类别建筑防雷中按距离设置引下线,其引下线接地在入地端需设置断接卡,以保证能定时检测出各引下线在断连时的连接状态.
感应雷的接地(工作接地\保护接地\防雷接地)
在各接地中需单独设置引下线入地,其地下距离为10米以上.接地端设置集中接地排.
雷云对大地的电压低则几百万伏，高则数千万伏，甚至更高，雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均为30多千安，它的瞬时功率很高，由于瞬时功率很大，所以它的破坏力是相当大的。
到现在为止.直击雷的防护都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流引下来，然后通过良好的接地装置迅速而地引入大地。
常用的接闪装置，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等，它们都是用金属做成，安装在建筑物的高点，如屋脊或尾角等易受雷击的地方。避雷网是用金属线、带做成的网格，架在建筑物顶部空间或者利用建筑物屋面板筋连接成网格状，然后与大地可靠地连接。
当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，然而接闪设备(避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等)都处于地面上建筑物的高处.与雷云的距离近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大.比较容易吸引需电先导，使主放电集中到地面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言.它不但不能避免雷击.相反是招来更多的雷击，它以自身多受雷击而使周围免受雷击.
由于接闪器都与大地有良好的电气连接，使大地积存的电荷能量迅速与雷云的电荷中和。这样由雷击而造成的过电压的时间大大地缩短.雷击危害性就
大大减少。
雷击的时候，雷云通过接闪器向大地放电的过程，可以近似用RC放电过程来模拟。因为大地和雷云之间相当于一个充了电的电容器，如图1.5所示。图中雷云与大地之间的电容用电容器C表示.雷云内部和雷电流通道的电阻用R1表示，接闪器和它与大地之间连接的电阻(包括连接线的电阻和接地体的散流电
阻)用R2来表示。
由等效电路图可知，雷击时电流i与R及接闪器上的高电压相互关系适合
RC放电方程:
iR-Uc=0
R=R1+R2
式中:R1-雷云内部和雷电流通道的电阻;
R2-接闪器和它与大地之间的连接电阻。
雷电流源的电阻包括主放电通道的电阻，大约几千欧，如果把带电的雷云当作电源，接闪器到大地看作是负载。那么，放电的时候就相当于一个有几千欧内阻的电源，与一个仅有几欧接地电阻和少许引线的阻抗的负载连接(如图1.5所示)，这电源一般为几百万伏和几千万伏，甚至更高。雷击时接闪器对大地的电压就是雷云的电压，在雷云内阻(包括通道电阻)与接地电阻(包括引线电阻)的分压，接地电阻越小.其分压值越小，相对来讲就越。所以，理论上要求避雷装置接地电阻越小越好，但是如果要求做到接地电阻很小，势必造价很高。工程上往往只要求做到足够的范围即可。以上说明避雷装置必须有足够可靠和足够小接地电阻的接地装置，否则它不但起不到避雷的作用，反而增加雷击的危险。
需要指出的是,大气变化是大规模的，雷云的发生也是大规模的，而且雷云的移动受很多可变因素支配.很多条件是随机的，因此，认为有了避雷装置就万无一失的想法是错误的。避雷装置只能大大地减少被雷击的可能性。
（a）雷击时雷云与大地的示意图
（b）雷击时的等效电路图
图1.5 雷击时的电气原理图
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高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到其他地方和室内造成破坏的雷害现象。这种雷害现象占雷害的绝大部分，所以按《建筑物防雷规范》的规定，凡是有用电设备的建筑物都要考虑防高电压引入的措施。
高电压引入的高电压源有三种:其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应.它们在各种电线中感生几千伏到几十千伏的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内的;第三种是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生数十千伏至数百千伏的高电位.这种高电位通过电力系统的零线、保安接地线和通系统的地线，也是以波的形式传人室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大的范围。
高电压雷电脉冲的电压到底有多高?这是读者关心的问题。由直击雷直接击中电力线，线等金属导线时，虽然直接被击中点的电位与雷云的电位相等.即具有数百万伏至数千万伏甚至更高的电位。但是当雷电流沿着导线向两边传播的时候，高电压每经过一根电线杆，电杆上的瓷瓶就会对地发生闪络.这样就把雷电的高电位降落成瓷瓶的闪络电压，这电压一般只有30~40kV.一般低压架空线的波限抗为300~600欧姆。假设线路的波阻抗为500欧姆，那么它在终端入地的电流为40000/500=80A，所以只要距离雷击点有3杆以上(即I000m以上)，其终端入地电流峰值不会大于20OA，但是，如果雷击点很近.在三根电杆之内，入地峰值电流可能达到10 kA以上。由感应雷引起的高压源。理论上也可以达到100 kV，但是它的实际电压和电流值不可能大于上面所讲的直击雷高压源的数值。
第三种高压源是指直击雷直接击中大楼或附近时所形成的高压源。这时，高压源的电压由冲击电流峰值和地网的冲击接地电阻决定。根据资料报道.按50%概率统计.直击雷的峰值电流为30 kA，如果接地网接地电阻以4欧姆计，则接地网接引线端与大地间的电压为30 kA×4=120 kV，即达到120000V。也就是说，零线与相线间的电压有120000V(以上都是以低压电网和通架空电线计)。这样高的电压对于低压电器和一般通设备都是无法承受的。
由于高压雷电脉冲是雷害中年损害设备多的，所以对高压雷电引人的设备必须予以足够重视，在工程上往往要根据设备的重要性和其对高电压的耐受能力采用一级或多级设防。其中级设防，往往是把高电压雷电脉冲的幅值降低，其办法有下列三种。1. 输电网金具接地法
如果电源输入是明线输入，应把入室前三根电杆的线码铁脚用金属线引下接地，以便降低闪击电压。并且进房屋前后一根电杆的零线(或接地系统的地线)重复接地，接地电限不应大于10欧姆(见图1)。并在相线与地之间留有2 mm的空气间隙，把从相线引来的过电压降下来，可能的悄况下，进户线应尽量采用有金属屏蔽层的电缆直接埋地或穿金属管进线。在雷电高发区，房尾前为开阔地，或房子内有精密电子设备和电子计算机的情况更应该是这样.并且埋地的电缆其长度不应小于15m。并要求从架空线转电缆的进线端，和电缆入屋的输出端，都接避雷器。避雷器的接地端、电缆的金属屏蔽层、钢管都必须接到防雷电感应的接地装置上。按供电部门要求.供电零线进人钢筋水泥大楼后，仍必须与从大楼、梁、柱内引出的一条主钢筋作电气连接，无钢筋连接的建筑物应做接地极，把零线重复接地。
图1 接零系统在架空线路上零线重复接地做法图
当雷电波到达电缆首端(输人端)时，避雷器被击穿，电缆外皮导体与电缆芯接通。一部分雷电流经电缆首端接地电阻入地;另一部分雷电流流经电缆芯。由于雷电流高频谐波相当丰富.产生集肤效应，流经电缆芯的电流被排挤到外皮导体去。同时，流经外皮导体的电流在芯中产生感生反电势.使流经电缆芯的雷电流就被抑制到很小。2. 相线与地线间并联电容器法
架空电线引入的地方装设保护电容器对感应雷有良好的保护效果，但对直击雷则无能为力，原因是直击雷能量太大.电容器承受不了。装设保护电容器能对感应雷高电压引入起到良好保护作用的原因是;
当天空出现雷云的时候，地面即感应出与它相反的电荷.显然架空电线上也感应到与地面大致密度相同的电荷.设其电量为Q。当闪击使雷云与大地之间的电荷迅速中和而使雷云与大地之间的电场，由于架空线与大地之间有较大的电阻而不能及时使它上面的电荷，这就使架空线与大地之间形成感应高电压，该电压为
V感=Q/C
式中:
C-架空线对大地之间的电容，该电容很小，通常只有百分之几法;
Q-导线与大地间存储的电荷。
如果在架空线引入房尾端与大地之间接入一个电容器，即使只有很小.也可以使架空线路的引入高电压降低到原来的几十分之一。
如果接人电容的容量再大些，感应电压将可以降到更低。
在架空电线装电容器防止感应雷的优点是时间响应为零，因为电容的瞬变电流是超前于电压的;其次是使雷电压波形变钝.钝波形比尖波形危害要小.并联电容器对直击雷无能为力，但将电容器与保护间隙合并使用会得到更好的效果。因为放电间隙电流通流容量很大，从几千安到几十千安。但它有时间滞后，它们并联使用互补其短.对防止高电压引人能起到很好的作用。架空电线引入和电缆输入、输出端接口也可以用氧化锌避雷器来防止高电压引入。它的时间响应小于50ns。当采用电容器与其他器件并联避雷时，电容器的耐受电压应高于所并联器件的残压。3.变压器隔离法
在电源线和号传输线上装变压器可以对雷电高电压引入起很有效的限制作用.当强大的雷电波输入变压器时，由于雷电波电压比变压器正常的电压高很多倍，使得激励的磁感应强度远远大于铁芯允许通过的大磁感应强度，因而变压器铁芯饱和，变压器的磁-电变换暂时失效，雷电高电压不能传输到变压器的副边.从而保护了用电设备。所以，凡是装了变压器的电子仪器比未装变压器的电子器被雷击损坏的概率小得多。
雷电或过电压侵入通设备的途径
通网近几年通设备遭雷击损坏情况看，通电源、波通设备收发机、通设备用户电路或接口电路损坏情况占绝大多数。统计结果表明，雷电或过电压侵入通设备的途径不外乎有以下几种：
1 雷电直击或在附近闪击输配电线路，雷电波沿电力线侵入机房电源设备，损坏电源开关、保险及整流变换模块、通电源盘等。
2 雷电直击波天线铁塔，雷电波沿天馈线迅速侵入通设备，直接损坏与馈线相连的收发机单元部分，造成通中断。
3 雷电直击或闪击在通架空光缆或电缆线路上，在线路上产生的瞬间过电压，沿光缆或电缆金属外皮或加强芯迅速向线路两端扩展进入机房，损坏与光缆直接相连的机盘，或损坏与通电缆直接相连的保安配线架、用户电路板或接口电路板。
4 雷电直击铁塔或变电所内避雷针，雷电流通过避雷针引下线流入接地网，造成地电位升高。当设备接地不良，接地电阻阻值较大时，会造成电子设备损坏。
5 当变电所发生线路或母线接地事故时，故障电流对地网放电，巨大的接地电流流入接地网，造成地电位短时间迅速升高，也会造成电子设备损坏。
6 在电力线路下添架的通线路，当电力线路瓷瓶绝缘击穿时，造成电力线对通线路放电，或电力线路搭接在通线路上，致使强电沿光缆金属加强芯或音频通电缆侵入机房，造成通设备损坏或人员伤害。
通站防雷存在的缺欠
电力通防雷情况，我们对照《电力系统通站防雷运行管理规程》，逐站逐条进行了防雷检查。检查结果表明个别通站还不同程度的存在着缺欠，共性的问题主要表现在以下几方面：
1 个别在办公楼里面的通机房，大多数都是由办公室改造而成的，接地网不规范，个别接地电阻大于5Ω，无环形接地母线。设备接地线线径细。
2 交流电源有的装了过电压保护器，有的还没有，大多数通站没有安装直流电源过电压保护器，通设备电源入口也没加装压敏电阻。
3 个别通电缆线路由于受现场环境条件限制，直接架空进入机房，没有进行直埋。新型卡接式配线架接线不方便，未将电缆空线对接地。
4 变电所内的数字配线及音频保安配线架都是后组装于光端机的机框内，保安配线单元的接地线未接到接地母线上。
5 变电所RTU远动装置大多采用RS232接口与“一点多址”波、光端机等通设备相连，经常发生雷雨过后烧坏RS232接口板现象。RTU装置接地大多数是直接用螺丝固定在地沟的槽钢上（槽钢与地网焊接）接地不良。
通站综合防雷措施的应用
针对上述通站防雷存在的缺欠，近几年我们依据通站防雷的一般原理和常用防护措施，采取综合性防雷，对通站防雷设施进行了改造和完善。
1 防雷总的原则是：
（1）采用外部保护将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放。
（2）采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、号线引入的过电压波（内部保护）。
（3） 采用过电压保护器限制被保护设备上的浪涌电压幅值。
（4）用光电隔离器隔离通与RTU之间的RS232接口，避免接口设备电气连接。
2 防雷一般方法和技巧：
（1） 设置一套良好的建筑物避雷带、避雷网，并与主钢筋一起接地；
（2）外置设备（天线等）应尽量置于建筑物避雷网的保护角度范围内：
（3）采用共地的接地措施；
（4） 在电源、号或数据线各进出口安装性能可靠的专用防雷器；
（5）室内的设备应尽量远离避雷导电体；
（6）室内布线，包括各类传输线应尽量减小洄圈，好能加有屏蔽线并两端接地。
3 防雷接地系统改造。
（1）对调度通楼接地网进行改造，发现原接地网因多年失修，有部分接地带已烂断。重新在通楼四面分别埋设4个接地网，接地极用50mm×50mm×5mm镀锌角钢，每根长1500mm，垂直砸入1200mm深沟内，每根接地极相距500mm以上，并且用40mm×4mm镀锌扁钢焊接联成一个网状接地装置。4个接地网分别用一根扁钢连至通楼各楼层机房的对称接地网。改造后接地电阻为0.5Ω，满足要求。
（2）对各办公楼里的通机房接地进行改造，延长接地网，增加接地极数或铺设两个以上接地网。使接地电阻降到1Ω以下。
（3）通机房内用40mm×4mm镀锌扁钢铺成环形接地母线，四个角与地网相连。机房内所有设备外壳、暖气、电缆走线架等金属构件全部用35mm2铜导线就近与接地网相连。
（4） 变电所内通设备与RTU远动装置外壳均用35mm2多股铜导线就近连接到变电所接地母线的同一点，以电位差。
（5）将“一点多址”波馈线金属外皮的上端、中间及下端分别就近与铁塔相连，在机房入口处与接地母线相连。各波塔接地电阻测试符合要求。
（6）对于调度通楼，由于楼内有远动、调度、交换机、光纤、波、电源等机房，各机房间联系较多，各种音频电缆、同轴电缆相互间连接复杂，一旦某个机房的电位升高，都会对其它机房设备造成威胁。因此，要把这些机房接地统一接到一个共用接地系统，实现各机房接地等电位连接。
4 电源系统的防雷保护
（1）引入通机房的电力线采用地下电力电缆，电缆金属护套两端均良好接地。
（2）配电变压器高压侧接高压氧化锌避雷器，低压侧接电源防雷器。变压器机壳、避雷器地统一接到地网上，并接地良好。
（3）通机房内电源采用多级浪涌保护措施。交流母线上并接一级380V过电压保护器；高频开关电源交流入并接一级380V过电压保护器；－48V电源入口处接一级压敏电阻。通设备电源正极在电源侧和设备侧分别接到接地母线上。
（4）在变电所内的通设备电源，由于通设备少，与其它变电所设备一起安装于主控室。直流电源取自变电所220V直流操作电源，经DC/DC模块变换成-48V电源供通设备。因此，在变电所用电柜交流母线上安装一级380V/100G交流过电压保护装置，做为一级防雷；在高频开关电源入线处装一级交流防过电压保护器，在DC/DC模块48V输出侧装一级48V直流浪涌保护；后，在通设备48V入口装48V压敏电阻一只。
（5）机房内所有交、直流配电柜机壳均做接地保护，交流保护接地线从接地母线上直接引出，严禁采用中性线作为交流保护接地线。
5 各种号线的防雷保护
根据各通站实际情况，采用加装浪涌保护，光电隔离等措施，对进出通机房及通设备与其它设备接口的所有号线进行保护。以防止雷击感应电压或过电压侵入损坏通设备。
（1）对个别通站通电缆线路直接架空进入机房的进行改造，在线路终端杆将钢线接地，将通电缆水平直埋l0m以上，进入机房。进入机房的通电缆金属外皮均良好接地。
（2）普通架空光缆、管道光缆、自承式光缆，均采用非金属光缆。对于有金属加强芯或金属护套的光缆，进入机房前，在终端杆或终端电缆井改成非金属光缆过渡进入机房。
（3）所有音频电缆、线、号线进入机房要首先接入音频保安器，来抑制电缆线对横向、纵向过电压。各配线架保安单元接地端均要良好接地，确保保安器发挥正常作用。
（4）认真落实进入机房电缆外皮及空线对接地保护措施。应及时做好电缆空线对在配线架上接地工作，以防止引入雷电感应电压在开路导线末端产生反击，损坏设备。有条件的配线架可采用短路接地塞，直接插在配线架空线对上，方便、灵活。平时检修线对变更后，应及时检查空对接地情况。
（5）对于远动等其它专业的号进入通设备前应采取隔离措施：经调制解调器输出的音频模拟号，采用音频变压器进行电气隔离；用RS232接口的数据号，采用光电隔离器进行隔离，地电位差可能通过该接口中的共用接地线串入，造成反击损坏接口电路现象。
另外，从朝阳通设备接口损坏情况看，RS232接口损坏情况比较多，RS422接口从未损坏过。可见，RS232接口芯片抗干扰能力不如RS422接口芯片。因此，我们将具备条件地方，均已改为RS422通道传，而不用RS232接口。建议以后新上设备也尽量不用RS232而改为64K、RS422、或2M接口。
（6）采用RJ45接口的网络号，先经过网络浪涌保护器后再接入通设备接口。对于电量采集、继电保护、综合自动化、MIS及负荷控制等专业采用2Mbit/s接口的号，必须先经过2Mbit/s同轴号浪涌保护器，再接入通传输设备，以防浪涌电压侵入。有的地方MIS、负控等机房与通机房不在一起，距离较远，可采用光纤收发器进行光电隔离，一来传输距离远，二来进行号隔离，三是光纤传输抗干扰、防雷电效果更好。
（7）对于“一点多址”波馈线进入机房后，在馈线入端加装同轴高频号避雷保护器，保护器外壳要良好接地。保护器选用要考虑合适的带宽。
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