[关键词] 外部雷保护 接地极 跨步电压 接触电压 风险评估： 1、概 述雷电保护有两个方面：用外部防雷装置保护建筑物；用内部雷保护来保护电子设备和计算机等信息设备。外部防雷装置主要有：避雷针(接闪器)，引下线(将雷电流泄泄放入接地极)和接地极等。当雷电流泄放入接地极时，其电位上升，接地极附近会产生危险的过电压。为了这个原因，希望外部防雷装置的接地电阻是尽可能小的。但是，即使确保有某个数值的接地电阻，仍然要有降低施加在人体上的接地电压的措施。本文将大地作为接地极对象的观察点，叙述了有关人们的跨步电压和接触电压的接地的考虑方法，主要关心风险评估 2、外部雷保护的保护级别对于雷电放电的防护效果，按照地点的选择、建筑物的种类和重要程度进行可能发生雷电事故的概率来考虑是妥当的。设定这个雷电防护的概率就是建筑物的防雷保护级别。为了选择建筑物的防雷保护级别，应考虑下列条件：（1）选址条件 a 该地址的雷击频度 b 地形（平地的一处建筑物、山顶上或丘陵顶上、悬崖上）（2）建筑物等的种类和重要程度 a 建筑物的高度 b 多数人集中的建筑物等（学校、寺院、医院、百货公司、剧场等） c 重要业务的建筑物等（政府部门、电话局、银行、公司等） d 科学和文化等重要建筑物等（美术馆、博物馆、保护建筑物等） e 多数饲养家畜的畜舍 f 贮存和制造火药、可燃性液体、可燃性气体、放射性物质、有毒物质等的建筑物 g 有多台电子设备的建筑物等 IEC1024－1标准中已设定了四类建筑物的防雷保护级别，见表1。Ⅰ级保护效果为0.98，其含义是该级保护的概率为0.98。选用Ⅰ级保护是最基本的标准，根据各种情况选用Ⅱ至Ⅳ级的保护级别。 3、接地极的种类当雷电流泄放入接地极时，为了不在接地极的附近产生危险的过电压，而使雷电流泄放入大地，希望接地极的接地电阻是尽可能小的，如果，根据选址条件，不可能具有物理的低接地电阻值时，重要的是从考虑接地极的形状和施工方法而导致的电位分布和电位梯度着眼，再考虑接地极系统。一般情况，对于雷电保护用的接地极系统，应该知道与其用单独的长接地极，还不如用大面积的接地极是更有效的。图1中规定了按照保护级别的接地极的最小长度。在这个条件下，有A型接地极和B型接地极。接地极的条件是要用2根以上的接地极。理由是除了要考虑所需要的接地电阻之外，还要考虑改善电位分布和电位梯度。这里只介绍用于外部防雷装置的A型接地极和B型接地极。关于从大地电阻率得出的接地电阻值的关系的计算结果可参阅参考文献（1）。（1）A型接地极 A型接地极有：垂直接地极、板状接地极、放射式接地极等。放射式水平接地极的最小长度为L1以上，而垂直接地极或倾斜式接地极的最小长度为0.5L1以上，见图1。极状接地极的表面中一面的面积为0.35m2以上。当用A型接地极时，在可能使人或动物发生触电危险的区域有必要采取特别的防触电措施。当具有大地电阻率很低，可以获得小于10Ω接地电阻的场合，图1示出其最小长度。 (2)B型接地极 B型接地极有：环状接地极，网状接地极，用建筑的等的基础结构体代用的接地极等。使用环状接地极或基础接地极时，该环状接地极（或基础接地极）所包围的面积的平均半径r值必须在L1值以上（见图1中的L1值）。 4、降低施加在人体上的接地电压的措施外部防雷装置的接地设备的使用目的是要抑制在大地中接地极的接地电位的上升。考虑耐过电压的性能时，建筑物内有电气外罩时，没有必要重视这个问题。但是，建筑物的外部，特别是接地极的周边，对施加在人们上的接地电压的评价是非常重要的课题。降低这个接地电压的方案有各种考虑，其中一个方案要加强地表面的电气绝缘性能。 这里，介绍有关跨步电压和接触电压的考虑方法。 （1）跨步电压如图2，人们站立时，施加在两支脚之间的电压定义为跨步电压。根据IEEE的定义，跨步电压是在接地极附近的大地表面上的2点之间（两支脚之间）的1m距离的电位差。用A型接地极时，大地电阻率为ρ(Ω·m)，大地表面的大地电阻率ρS(Ω·m)见下式（1）。 ρS>1200×ρ0.215（1）这个关系式见图3：用B型接地极时，大地电阻率见下式（2） ρS>140·Kc·Z （2）式中：Kc值为各种防雷装置的引下线的系数，见图4，Z值是接地极的脉冲等价接地电阻值，见表2，取决于保护级别和大地电阻率的数值。（2）式的关系式见图5～图7。大地表面的大地电阻率(Kc=1.00) (2) 接触电压如图2所示，在人们站立时，一支手接触充电部分的状态时，施加在一支手与两支脚之间的电压定义为接触电压。根据IEEE的定义，接触电压是一支手所接触的充电部分处与人们的2点之间（两支脚之间）的距离为1m的电位差。在用A型接地极时，大地表面的大地电阻率ρS(Ω·m)见下式（3）。 ρS>1250×Kc－250（3）在公式（3）中，用防雷装置的形状的系数Kc来试算ρS，一维(元)时的ρS>1000，二维时的ρS>575，三维时的ρS>300。用B型接地极时，大地表面的大地电阻率ρ(Ω·m)见下式（4）。 ρS>400×Kc×Z－250（4）（4）式的关系式见图8～图10。（3）用A型接地极时，降低电压的措施 A型接地极为小规模时，电位分布是比较陡峭的。其降低电压的措施的方法如下：关于跨步电压，大地表面的大地电阻率是高的。例如，考虑实施0.2～0.3m厚的沥青。关于接触电压，Kc值很小。用多根引下线。要用能耐雷电脉冲（100KV，1.2/50μs）的绝缘性能的聚乙烯绝缘物来覆盖引下线。另外，可考虑在大地表面上敷设沥青的方法。（4）用B型接地极时，降低电压的措施 B型接地极适用于大规模的建筑物。其电位分布比A型接地极要比较平滑得多，其降低电压的措施的方法如下：关于跨步电压，ρS/Z值是大的。大地表面上要敷设沥青。考虑用多根其间距要小的引下线。关于接触电压，用上述A型接地极采用的方法。 5、结束语本文介绍了一些降低跨步电压和接触电压的方法。这些方法与雷电的风险评估有密切的关系。防雷保护的接地技术中，除了本文介绍的外部防雷装置的接地技术之外，还有建筑物内防雷装置的接地技术。建筑物内防雷保护还有电子设备的过电压保护，为了实现该过电压保护，有必要采用等电位联结。雷电涌保护器SPD等技术，这些技术与EMC（电磁兼容）的接地技术很有关系。必须尽可能关注这些课题。本文未予介绍。 参考文献（1）高桥：《电气设备学会志》2001年6月 | 
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发表于 2007-4-24 10:15:00
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发表于 2007-9-20 15:45:00
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