防雷接地知识讲座

雷电是什么

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表，听到雷声后即把它按停，然后以3来除所得的秒数，即可大致知道闪电离你有几千米。枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为叉状闪电。闪电在云中阴阳电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。未达到地面的闪电，也就是同一云层之中或两个云层之间的闪电，称为云间闪电。曲折开叉的普通闪电称为枝状闪电。雷电的感应静电感应电磁感应雷云电荷对地面的感应静电感应电荷的流动电磁感应（雷电电磁脉冲）人在建筑物内的等电位I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV防雷地建筑物设备设备接地与防雷接地分开的方式设备I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备与防雷接地分开人身不安全设备I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备采用共用接地方式的危害I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备设备接地与防雷接地分开设备R=1Ωi=100kAU=100kV≥3m≥3m设备接地与防雷接地分开的电位设备i=100kAU=100kVU=0V220V信号线设备与防雷接地分开人身不安全i=100kAU=100kVU=0V220V设备设备与防雷接地分开设备损坏i=100kAU=100kVU=0V220V设备设备采用共用接地方式设备i=100kAU=100kVU=100kV220V设备采用共用接地方式的危害i=100kAU=100kVU=100kV220V设备连接SPD的等电位防雷效果设备i=100kAU=100kV220V直击雷、静电感和电磁感应都会使雷电沿高压输电线路引入用户端高压输电线路雷电引入雷电进入变压器前端配电柜L1L2L3接地线10kAR=4Ω10kAU=40kV雷电进入变压器前端配电柜L1L2L3接地线SPDU=40kVU=40kVR=4Ω10kA10kA雷电进入变压器后配电柜L1L2L3接地线１SPD设备接地线２信号线U=40kV雷电流流向分配雷电流流向分配建筑物内有电源线(三芯)和服务牲管线,设雷电流I=100kA,雷电流50%入地,进入电源线的雷电流:I线=100/2/2/3=8.3kAKAItus1035010/350US模拟直接雷击流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax直接雷击模拟波KAItus8208/20US模拟感应雷电流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax雷击过电压是高达几千甚至上万伏，微秒级的电脉冲。感应雷击模拟波10/350μS与8/20μS的关系it20μS8μS10μS350μS从能量守恒定律得:i82

*R*t8=i102

*R*t10Riit20μS8μS10μS350μS对两个电流波进行积分得:∫

0∞i82(t)

*R*dt=∫0∞i102(t)

*R*dt解得:

i8=5.6i10,取值:i8=6i10Ri电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值保护分级LPZ0区与LPZl区交界处LPZl与LPZ2、LPZ2与LVZ3区交界处

直流电源标称放电电流(kA)第一级标称放电电流*(kA)第二级标称放电电流(kA)第三级标称放电电流(kA)第四级标称放电电流(kA)8/20μs10/350/μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级≥20≥80≥40≥20≥lO≥lOB级≥15≥60≥40≥20

直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电流≥l0kA适配的SPDC级≥12.5≥50≥20D级≥l2.5≥50≥10

注：SPD的外封装材料应为阻燃型材料。*第一级防护使用两种波形的说明见条文说明。设备连接状态等效示意

设备A（机房）设备B(现场)信号线电源线电源线信号线设备A设备B电源线电源线PE-APE-B假设：设备Ａ与设备Ｂ和配电柜的接地线是独立分开L1L2L3N配电柜PE雷电损坏设备的路径电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kAii地面SPD与设备接地电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1Ω雷电损坏设备的两大参数

1.过电流2.过电压电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩSPD与设备接地分开的防雷效果电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=0VU=5kV设备电源耐压电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=０VU=5kV设备电源耐压:1500～2500VSPD与设备接地连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=０V设备电源耐压:1500～2500VU=5kVSPD等电位连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:≤100V,200VSPD等电位连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:≤100V,200V连接信号SPD的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kV

信号耐压:≤100V,200VSPD连接信号SPD的防雷效果电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVSPDU=5kVU=5kV导线的残压it10μS350μS设,铜导线长1m,截面积10mm2,

电感L=1μH,电阻R=1/1000Ω,

雷电流i=1kA,导线两端残压U1mi=1kAUU=didt*L+i*R=10310*10-6*1*10-6+103*10-3=100+1=100V防雷工程设计定律1m长导线流过1kA雷电流产生100V残压2mSPD1000Vi=10kA2000V3000V设备一级SPD的防雷效果电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩSPD2m2000V≤1500V≤100V多级SPD的防雷效果：

前一级分流８０％的雷电流电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1Ω≤1500Vi2=1kA多级SPD的防雷效果电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1Ω1800Vi2=1kA≤1500V1200V串联多级SPD的防雷效果

安全阀值:≤1500V/200A电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面SPDR=1Ω1800V≤1200Vi4i4=200Ai3串联电源SPD设备Ai=20kASPDR=1Ω16kA4kA800A160A信号SPD

输入接线路

输出接设备电源、信号使用示意设备A设备BPE-APE-BSPDSPD信号电源等电位接地等电位接地技术要求

错误的接地方式设备A设备BPE-APE-BSPDSPD信号电源不正确的接地方式

信号接地线太长设备A设备BPE-BSPDSPD信号电源≥1m≤1m正确的接地汇集方法

三相电源SPD设备a设备b设备c～220VABCIG错误的局部串联接地方式3mi=1kA300V三相电源

正确的接地方式设备a设备b设备cSPDi=1kAi大型机房的接地方式设备C1设备C2PE-BSPDSPD信号电源≤1miiiiＲCRPEi1i2RC＞＞RPECU,RPE:1*250mm2

RC:2.5mm2i1＞＞i2仅管道联合接地设备A设备B仅管道联合接地的防护效果设备Bi=100kAR=1ΩU=100kVU=0V设备A管道流过电流后人身不安全设备Bi=100kAR=1ΩU=100kVU=50kV设备A管道流过电流后设备损坏设备Bi=100kAR=1ΩU=100kVU=50kV设备A联合接地的防护效果设备A设备Bi=100kAR=1ΩU=100kVU=90kV设备最佳防护要求设备A设备Bi=100kAR=1ΩSPDSPD≤100V皮带长廊U2高压U1皮带长廊防雷接地U1=40kVU2i=10kAR=4Ω高压皮带长廊变压器防雷U1=40kVU2i=10kAR=4Ω高压皮带长廊不等电位接地人身安全

U1=40kVU2i=10kAR=4Ω高压皮带长廊接地U1U2皮带长廊不等电位接地U1U2U1≠U2皮带长廊等电位接地U1U2U1=U2皮带长廊直击雷保护范围皮带长廊避雷带设计皮带长廊电涌保护器安装降低接地电阻的方法接地网面积公式

在高土壤电阻率地区要降低接地电阻，需要很大的接地面积，按接地网接地电阻公式：

根据土壤电阻率ρ和所需接地电阻R，求得接地网面积S：

变电站地网面积

假设：变电站所在位置的土壤电阻率ρ=1000Ω·m，设计接地电阻R=0.5Ω，则需接地面积S：

=ρ*ρ=1000*1000（m2）1000m1000m半球接地体

由于接地网内的土壤电阻率极高，接地电阻很难降下来，如果采用电阻率较低的材料如降阻剂，将接地网内的所有土壤用降阻剂来替换，并辅助打多口深井，即将接地网等效于一个半球接地体，如下图所示：

半球接地体示意图r为半球接地体的半径其接地电阻的公式：设,变电站土壤电阻率ρ=1000Ω·m，设计接地电阻值R=0.5Ω,需将半球接地体的半径r扩至：r=ρ/(2πＲ)=1000/(2×3.14×0.5)=318(m)如用打深井放降阻剂