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雷电冲击电压下接地装置的电压升高和反击 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 雷电冲击电压下接地装置的电压升高和还击 昆明昆雷电力科学研究所 梅忠恕 ? ? 摘要：当接地装置泄放雷电流时，在其上将产生瞬间电位升高。联接在接地装置上的设备的电位与接地装置的电位同时升高。从外界引入设备的各种传输线，如电源线、通信线以及数据采集和控制线等将受到接地装置升高电位的还击。对电位还击的防护是防雷的主要任务之一。 关键词：雷电冲击电压 地电位升高 地电位还击 ? 1．前言 防雷的主要任务有三：直击雷防护、二次雷防护和雷电电磁辐射干扰的防护。二次雷又主要包括沿〔各种〕线路侵入室内的感应雷〔俗称浪涌电压〕和从接地装置产生的地电位升高和地电位不均两个方面，后者又形成地电位还击。从防雷论坛反应的信息，不少人对接地装置的地电位升高和还击的机理感到疑惑不解。本文着重介绍和分析了在雷击发生时接地装置的电位升高及其带来的电压还击。 2．雷电冲击电压的产生及量值的估计 雷电冲击电压的产生机理 在雷击发生前，接闪器、引下线和整个接地装置都处于与大地一样的零电位，这时在它们之间没有电压分布不均的问题，在接地装置与联接在它上面的设备之间也不存在电位还击。而在接闪后，当雷电流流过引下线和整个接地装置的时候，雷电流在接地装置各局部造成的电压降是不相等的，于是在接地装置各局部之间就存在电压分布不均，而在接地装置与接在其上的设备之间就有电位还击〔或电压还击〕的问题。 雷电流的频率较高，无论它在导线或在空气放电通道中流过时都不能简单地看成一个纯电路的问题。一般的电路是以集中参数形式存在的电阻、电感和电容组成的电路。而对于一个较高频率的雷电流，与之相关联的更主要的是以分布参数存在的电感和电容以及由它们组成的波阻抗。考虑波阻抗，就涉及到电磁场的问题。雷电流在空气的放电通道中流过时，更多的是与波阻抗有关。而在雷打下来以后，雷电流进入接地装置时，更多的是与导体的集中参数的电阻、电感有关。 当接闪器接闪雷电流时，强大的雷电流将通过接闪器、引下线和接地网泄放入地。对于单根引下线，为简化起见，我们暂且只考虑电路中的电阻和电感，而不考虑它的波阻抗。于是，在泄放雷电流时，在防雷装置上将产生雷击冲击电压U： 〔1〕 式中，R——引下线和接地网的电阻，?； L——引下线和接地网的电感，H； i——雷电流，kA； di/dt——雷电流对时间的变化率，kA/?S。 由式〔1〕可知，直接雷击冲击电压〔或称直击雷过电压〕U，它不仅与雷电流的大小和陡度有关，而且同引下线和接地装置的电阻和电感有关。 需要注意，雷电流是一个脉冲电流波，由它产生的雷电过电压也是一个脉动电压波。即是说，它们的瞬时值是随时间变化的，要计算雷电过电压的最大值，即幅值，需要用雷电流i的幅值I和陡度di/dt的最大值代入式〔1〕进展计算。 如果泄放雷电流的不是单根引下线，而是由钢筋混泥土梁和柱中的钢筋组成的接地网络，在估算雷电流所致电压升高时，还应考虑雷电流在各网络支路中的分配。 2.2 雷电流参数 要计算雷击冲击电压，需要知道雷电流的参数大小。?建筑物防雷设计标准?〔GB50057-2000〕附录六中给出了首次雷击的雷电流参数，如表1所示。需要指出，国标?高电压试验技术 第一局部：一般试验要求?中规定的冲击电流有两类：第一类标准冲击电流有四种波形，分别为1/20μS、4/10μS、8/20μS和30/80μS；第二类冲击电流为方波电流，其峰值持续时间为500μS、1000μS、2000μS或者在2000μS与3200μS之间，而国标GB50057-2000规定的首次雷击的雷电流的波头时间却是10μS，对三类防雷建筑都一样。两者相差非常之大。我们不讨论它们相差的原因，在以后的计算中，我们只能应用GB50057-2000中规定的波头时间〔见表1〕，并以此计算出雷电流的陡度。 表1 国标GB50057-2000规定的首次雷击电参量 雷电流参数 防雷建筑物类别 一类 二类 三类 雷电流幅值I〔kA〕 200 150 100 波头时间T1〔μS〕 10 10 10 雷电流陡度di/dt〔kA/μS〕 20 15 10 ? 2.3 接地装置的参数 防雷接地装置主要包括两局部：防雷引下线和接地系统〔接地网〕。对于引下线，主要考虑它的电感，而忽略它的电阻；对于接地系统〔网〕，那么主要考虑它的接地电阻，而忽略它的电感。 通常的单根钢筋接地引下线，其电感可按每米1微亨〔1μH/m〕计算。而接