防雷接地及电涌保护的方案和问题

天刀

[这个贴子最后由通天雷神在 2003/11/19 10:55am 第 1 次编辑]

现做一工业项目，南方海边，雷暴日97.9。

地下水位在地下0.5~2米，随涨潮落潮而变化，考虑到地下水主要是海水，且水位变化范围恰在接地体敷设范围之内，对接地体腐蚀性极大。故埋设的接地网由铜包钢接地极和BV-1x70接地线组成，两者连接采用放热焊接。

建筑物顶部采用Φ10镀锌扁钢做避雷网，利用建筑物钢筋作为引下线，每根钢筋都≥Φ10，上端与避雷网焊接，下端与70mm2裸铜绞线放热焊接。每个引下点的裸铜绞线一端至少和一根钢筋焊接，另一端引至室内接地铜排。再从接地铜排上分别引线至室外地下接地极（铜包钢）和接地环线（BV-1x70）。由于是在地上“分别引线”，就可以在地上直接测量每根接地极的接地电阻以及腐蚀状况，因为BV-1x70可视为不被腐蚀，从而也掌握了整个接地网的腐蚀状况。

当然，这样就没有了水平接地体，相比之下，接地电阻会较高。但考虑到沿海地区土壤接地电阻很低(<100)，故这方面问题不大。

因为雷电流通过接地金属体时，导致周围土壤被电离，产生很大的电抗。故冲击接地电阻只能计算一定区域内的接地体，按照建筑物防雷规范，区域半径与土壤电阻率的开方成正比。但由于这里采用的是BV-1x70导线而不是水平接地体，包围导体的不是土壤而是PVC，电阻率几乎可视为无穷大，因此冲击接地电阻的计算范围可包括整个接地网。由于土壤电阻率≤100时，接地体冲击接地电阻等于其工频接地电阻，故每根引下线的冲击接地电阻均可等同于全厂接地网的工频接地电阻。

此工程工频接地电阻<1 ohm

以上表述有无错误？雷电流通过导线是否同样也会产生较大的电感？是否也会有个计算范围？如果有，这个范围应该多大？BV-1x70是否过大？

下面再说电涌保护。

此工程的配电控制楼共3层，一楼电缆层，二楼配电室，三楼中央控制室，该建筑物为二类防雷。配电室内布置10kV和0.4kV开关柜及Dyn11干式变压器，低压TN-S接地形式，10kV进线电缆200米外埋地引入，低压电缆通过金属桥架引出，顶层桥架有金属盖板。

变压器中性点通过一根BV-1x 120导线（考虑到短路电流热稳定）引至一楼接地铜排，该铜排如上所述，与引下线和室外接地网相连，兼做等电位排。

当雷击建筑物时，通过避雷网——引下线——接地铜排——BV-120导线，使雷电流传递到变压器中性点，中性点产生高电压。雷电流分流至开关柜母线上的L1,L2,L3,N,PE各线，N线和PE线的电压同时升高，电压差为0，但是入侵相线的高频雷电流，由于经过变压器低压绕组，相位改变，和N线、PE线电位差超过了电气设备的承受能力，产生电涌。

考虑到此处直击雷不可能通过架空线直接进入低压系统，而直击在建筑物上的雷电流，到达变压器中性点时已经大幅衰减，故LPZ0B和LPZ1的交界点不是电源进线开关，而是在那个接地铜排上。因此低压开关柜进线开关处电涌保护器应选择8/120波形。

上述对电涌保护的理解有无错误？我看现在大量的关于电涌保护的“权威文件”都要求在进线开关处加10/350波形电涌保护器，都声称这里是LPZ0B和LPZ1的交界点，似乎全世界的低压开关柜都是通过架空线引入，而且还是低压架空线，呵呵呵！

太晚了，其它的明天再谈

BJASP

good idea!

天刀

下面引用由通天雷神在 2003/11/21 02:25pm 发表的内容：
晕……网络故障，刚才发的全没有了……

我一般都是先写在word或者txt文件里，然后再贴到网上来

通天雷神

晕……网络故障，刚才发的全没有了……

BJASP

所以说，现在强调共用接地啊！虽然有电位，但基本消除了电位差，可能由于接地线的不同，会有少许电位差！但这毕竟对于分立接地要好很多！

天刀

[这个贴子最后由通天雷神在 2003/11/21 01:02pm 第 1 次编辑]

呵呵！乐此不疲？那就接着神侃：

如果用裸铜线或者铜包钢地线，作出来以后无法掌握整个接地网的腐蚀状况。因为我监测每根接地极很容易，但要检测水平接地线就很麻烦了，对它们心中无数，只能听之任之。

我当然不会非要引出20米开外才肯打根接地极，而是直接从接地铜排上引线到建筑物散水坡外1米打接地极，只不过是打多少的问题。以这种接地方式，一个引下点的冲击接地电阻，是应该计算20米半径内的所有接地极？还是从该建筑物直接引出的所有接地极？还是整个全厂接地网上的所有接地极？我认为答案应该是第3个，但我也知道自己这样的想法太过“惊世骇俗”，自己都不大放心，所以计算的时候还是按照第2个——从该建筑物直接引出的所有接地极。

顺便问一句，对于建筑物基础接地电阻，有没有比较准确权威的算法？

“一般没有人把建筑物的引下线和电源的工作地线直接在地面上连接，因为这样当外部防雷装置引雷后会直接进入电源系统，比较危险。”

真的吗？为什么《建筑物防雷设计规范》上第34页的雷电流典型分配图跟我这种连接方式几乎一模一样呢？如果这样做很危险，为什么规范不明令禁止还根据这种方式来估算电涌？假设把图中的等电位连接带——也就是我的接地铜排埋在地下，会有什么改变吗？

“原因是导线比土壤的电阻率低，而你的系统是分立接地，个支路的压差就很大了。”

这句话不大明白，你说的“分立接地”就是“分别接地”的意思吗？这恐怕误会了，我的接地极、接地环线、引下线虽然都是分别出线，但最终都是接在接地铜排上，通过铜排成为共用接地，只不过在需要检测的时候，可以把各个系统的接地一一分开检测罢了。

“如果是因为反击电压而在此回路产生二次浪涌，通过变压器接地的中性点形成回路，产生电流，那是可能的。单这个已经不是首次雷击泻放了，是大地对云回击产生的了。”

对于“大地对云回击”，我不太了解，这里想当然的先猜测几句，不知道对不对：雷电流之所以能下来，是因为云层和大地形成了有电位差的回路，电气PE线只是从大地引出的一个分支，在PE线上无法构成一个有足够电位差的回路，而在大地里却能形成电位差，所以雷电流的泻放是从引下点直接入地。而既然是回路，大地在接受了雷电流或者说雷电荷以后，会形成一个高电位，电气PE线上尽管没有直接传递雷电流，但是却能和大地得到同样的高电位，与相线N线发生反击。这个电位的高低取决于雷电流的大小以及冲击接地电阻的大小，雷电流的大小可以通过引下线数目的增多来进行分流。如前所述，二类防雷建筑物，利用钢筋柱体，有16根引下线，每个引下点冲击接地电阻为1，那么地电位=变压器中性点电位=PE线电位=I/16*R=150/16*1=9.375kV。

这么看来，在无架空线的情况下，电涌保护器应该是电压限制性？应该按照电压而不是电流大小来选择电涌保护？毕竟我们这时候要消除的是电位而不是雷电流，因为雷电流已经通过引下线卸放入地了。

说到这里，我又有了个奇思怪想：如果冲击接地电阻可以把全厂接地电阻都加上的话，做到0.5Ω都没问题；如果利用柱体做引下线的同时，再明敷16根人工引下线入接地网，也就成了32根引下线。那么这时候地电位就是：150/32*0.5=2.344 kV。呵呵！这个值似乎比许多一级电涌保护器的残压还低~~~~当然实际中我们通常不会做得这么夸张，只不过在没有架空线的情况下，法拉第笼屏蔽和接地又做得足够好的时候，是有可能省略一部分电涌保护器的。

关于进线处到底用哪种波形的电涌保护，我觉得你的说法还是不能让我完全信服。毕竟在没有架空线进出建筑物的情况下，室内变压器中性点位于LPZ0B区的唯一可能，就是引下线没有接地而是直接引到中性点上。我忘了是哪条规范说过，LPZ0B和LPZ1交界点用10/350，LPZ1和LPZ2交界点用8/20。

（呵呵！感觉不错，自己写着写着，很多问题就自然而然的就明白了——当然也许是自以为明白，哈！）

通天雷神

1．关于“只适用于引下线接地点距接地体最远端距离不大于20米的情况”

RE：你的理解没有错。从引下线接地点到接地极最远端距离不大于20米，如你所说：“因为在土壤电阻率为100的情况下，如果有水平接地体的话，冲击接地电阻有效范围半径恰恰是20米。”

“而现在我通过BV线连接接地铜排和接地极，这样的20米距离限制是否还有必要呢？
BV线从接地铜排上直接引至地下直埋，连接到20米外的一根接地极；和BV线从接地铜排引出，在地上敷设20米，再引入地下与接地极连接，两者接地效果有何不同呢？或许，规范上所谓的“引下线接地点”，在这里应该是BV线和接地极之间的焊接点，而不是BV线和接地铜排之间的连接点。”

RE：没有必要了。不过你为什么不用裸铜线地埋至接地体连接呢？这样接地电阻不是更小一点？是因为怕铜线被腐蚀吗？其实你一样是要地埋的，不然那么远的距离一样会在地线感应过电压的。

再有，你说的到没有错，只是你的引下线也太长了点。还有一点忘记说了，一般没有人把建筑物的引下线和电源的工作地线直接在地面上连接，因为这样当外部防雷装置引雷后会直接进入电源系统，比较危险。

再者，你的引下线那么长，从接地导体到汇流铜排间的电压降太大了。如果接地网附近的地面遭受雷击，那么你的设备就很危险了。原因是导线比土壤的电阻率低，而你的系统是分立接地，个支路的压差就很大了。

3.这里我可能没说清楚，大部分雷电流自然会从建筑物基础和人工接地极分流，但是还有一部分会分流至变压器中性点以及其它等电位连接的金属体。

RE：如果是因为反击电压而在此回路产生二次浪涌，通过变压器接地的中性点形成回路，产生电流，那是可能的。单这个已经不是首次雷击泻放了，是大地对云回击产生的了。

4. 牵强吗？也许吧，那么用10/350是否就不牵强呢？按照我的理解（当然理解未必正确），10/350电涌保护器是为了在该点遭到未衰减的直击雷电流情况下，能够卸放大部分雷电流，使雷电流衰减，形成一个LPZ0B和LPZ1的交界点，从而在下一级使用8/120电涌保护。如果说不管是在LPZ1区内还是在LPZ0B和LPZ1的交界点，只要是电源进线开关，就要加10/350，那我觉得很难理解。对于雷电流而言，决定它强弱的是LPZ各区划分，到底是进线开关还是出线开关，对雷电流大小而言毫无意义。

RE：我个人感觉这个区应该是考虑其最极端情况下可能遭受的最大雷电损害来分的。[GB 50057、IEC61024标准在进行分区时也是用这个原则]。因此，假设现在雷击直接击中外部电源进线，那怎么办呢？算几区？如果前级无任何屏蔽和保护设备，那么这里的电源接入点应该是LPZ0A区。也就是可能遭受直接雷击的区域。

再者雷电流参考值的大小是按建筑物等级来区分的，首次雷击一类200KA、二类150KA、三类100KA。这与是什么区有关系吗？雷击本身是个概率问题，我们考虑的是他的危险程度和重要性以及发生事故后的损失。

还有，我个人感觉你的理解和标准有点差异。因为雷电电流分流理论是建立在‘共用接地’的基础上的。为什么外部防雷装置分50%、管道、电缆等等分50%？其中一个关键的问题是他们是共地的。不然怎么分啊？风马牛不相及的东西会分担雷电泻放电流？与其说分担的是雷云对地的放电，不如说是雷电入地后大地对雷云的回击。我们把这来来回回的放电看成一个放电过程才谈‘雷电分流’。

也就是我曾经对朋友说的一笑话：我的电源就用柴油机发电，我把柴油机放在铁房子里屏蔽，我的所有电源线全部用铁管屏蔽起来，我所有的线路全是不接地的，在线路中我看你怎么分流。

5. 呵呵！误会了，我当然见过，我只是觉得很多防雷文章甚至防雷规范，都只知道论述“低压架空线引入”，对其它情况的进线带来的变化视而不见。就像是上面论述的情况，如果低压架空线引入，进线开关用10/350是理所当然的，因为架空线在连接电涌保护器之前，不可能像建筑物那样也搞个接地排分流。我冒昧的揣测一下，雷电对电力系统的伤害最初就是从雷击架空线引起的，防雷产业由此起步，是否防雷界也就认定了这个最原始的配电方式？总是对此津津乐道，对其它进线方式总是那么含糊其辞。

RE：呵呵，是有这个误区。因此我对你的这个观点非常赞同！

[老兄，看你的帖子真的是很累的。但是很有意思。那些没有什么味道的东西不看也罢。欢迎你多来，欢迎多谈谈这样的问题，真的很开心啊。]

通天雷神

下面引用由天刀在 2003/11/20 00:37am 发表的内容：
顺便问雷神一句题外话：看了你的雷击经历，Φ10的屋顶避雷网居然被雷电流融化了，而且还化成铁水飞溅！！那么自从那次经历后，你做避雷网会选多大的圆钢呢？

自从有那次经历以后凡做避雷带等，先把接地做好，把引下线焊好以后再做。从前是从上到下，现在改为从下到上。

天刀

[这个贴子最后由通天雷神在 2003/11/20 03:37pm 第 1 次编辑]

接着昨天的往下谈：

那么这个入侵电力系统的雷电流到底有多大呢？《建筑物防雷设计规范》P34要求按照附录6估算，可问题是附录6根本没说怎么估算，幸好接着说了句“当无法估算时……”。我不明白编规范的专家为什么要绕这么个圈子，直接告诉我们“按照附录6参数，根据以下方法估算”不就得了？

给出的估算方法也让我看后一肚子疑问：

全部雷电流应该通过所有引下线分流吧？按照规范这个建筑物最少应该有8根引下线，那么每根引下线上的电流就是150/8=18.75kA？那我把外墙的16根柱子全做成引下线，是否就是150/16=9.375kA？雷电流到了引下线接地处又开始分流了，“全部雷电流的50%流入建筑物接地装置”——为什么？引下线冲击电阻10Ω、4Ω、1Ω的时候，是否分流的电流比例都一样呢？这个比例能不能更大？能大多少？

接下来，假设开关柜有一支路给UPS配电，那么在这配电开关前还要加一个8/120电涌保护器，这个电涌保护器通流容量能比进线处的电涌保护器小多少？我看有文章说上级电涌保护器“应该”已经卸放掉90%的入侵雷电流了，下级只要10%计算就可以了。姑妄言之，姑妄听之吧。另外对于10/350和8/120的换算也是笔糊涂账。

接下来，从出线开关引出电缆，TN-S配电，引至放在3楼控制室的UPS盘柜，UPS以及控制盘柜进线处厂家已经配备了自带的电涌保护，不劳我们费神选型——反正选也是瞎选，呵呵呵！

然后就是控制室内等电位连接，保护接地工作接地最后都引到一个铜排上，由铜排上引出一条BV-1x70导线与全厂接地网相连，由于接地网工频接地电阻小于1，这样做是没有问题的……

但是慢着，这条BV-1x70导线具体应该引到哪个位置呢？引到一楼的接地铜排吗？那么当雷击建筑物时，控制室的接地母排会遇到和变压器中性点一样的问题——雷电流从一楼接地铜排分流、电压升高，由这个方向入侵的雷电波丝毫不弱于从变压器中性点入侵的雷电波。只不过在开关柜进线处有大容量的电涌保护器卸流，而在控制室这个方向，地线电压大幅升高，相线、N线电压不变，此处的电涌保护器通流容量却都小的要命，结果只能被烧毁。也就是说，如果控制室的接地排和一楼的接地铜排直接相连，那么前者——包括与之连接的电子设备，其实处于LPZ1区，而不是LPZ3、LPZ4。

如果它们在LPZ1区说不会被烧毁，那么我们刚才从电源处开始加了一级又一级的电涌保护又有什么意义呢？

那么我们直接把这条BV线接到外部的地下接地环网上，是否就没问题了呢？很遗憾，接地环网也是由BV-1x70连接起来的，无论选择地下导线上哪一点，和一楼的接地铜排还是等电位。也许，在连接点和接地铜排之间还会有几根接地极，能够再分流一部分，但我不认为靠几根接地极就能起到上述多重电涌保护器的作用。

那么，这条仪表接地线应该连到哪呢？

另外，由于是TN-S供电，如果某台户外用电设备遭雷击，比如路灯，那么雷电波完全可以通过电缆中的PE线传至开关柜PE母排，也就是说任何一条支路都可能遭受雷电波入侵，并不只是进线开关处才有可能。

上述观点是否正确？应该怎么做？

天刀

顺便问雷神一句题外话：看了你的雷击经历，Φ10的屋顶避雷网居然被雷电流融化了，而且还化成铁水飞溅！！那么自从那次经历后，你做避雷网会选多大的圆钢呢？