[转贴]：多层住宅楼低压电源防雷

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摘要：当前住宅建筑中大量涌入较贵重的家用电器，个人电脑也逐渐在家庭中普及。由于家用电器耐冲击电压水平低于低压配电装置(见GB50057－94局部修改征求意见稿(表6.4.3))，加强住宅建筑低压电源防雷措施是很现实的事情……
关键词：电涌保护器 防雷击 电磁脉冲

当前住宅建筑中大量涌入较贵重的家用电器，个人电脑也逐渐在家庭中普及。由于家用电器耐冲击电压水平低于低压配电装置(见GB50057－94局部修改征求意见稿(表6.4.3))，加强住宅建筑低压电源防雷措施是很现实的事情。

　　众所熟知，雷电能产生直击雷害和感应雷害。感应雷害又有静电感应与电磁感应之分。统计数字表明，雷电电压通过金属线引导到其他地方和室内造成的“高电位引入”危害，占雷害的绝大部分。设计工作者对该危害需给予足够重视。

　　高电位引入的高电压源有三种。第一种是直击雷，直击金属导线上，高压雷电以波的形式沿导线向两端传播进入室内；第二种是来自感应雷的高压脉冲，即由于雷云之间放电或雷云对地放电所形成的静电感应及电磁感应，通过场耦合到各种电线中，产生几仟伏乃至几十仟伏以上的感应高电位，也以波的形式传入户内；第三种是直击雷在建筑物和建筑物附近入地，或建筑物防雷装置采用共同接地，其接地极上泄放雷电流，都会在接地极上因电阻耦合发生数拾仟伏乃至上百仟伏的高电位，该电位通过电力系统的PE线或弱电系统的地线，也以波的形式传入室内设备外壳(此刻设备芯线呈低电位)，形成过电压危害，这类情况往往被忽视。

　　直击雷击中室外线路，击中点的电位相当高，可能达数百万数仟万伏，但是冲击波每经过一根电杆，杆上瓷瓶将对地闪络放电，降落为磁瓶的闪络电压30～40仟伏。设波阻抗为300～600欧，则终端入地电流约80A左右，若雷击点距建筑物入户处很近也会到10KA以上。至于感应雷引起的高压源，实际电压及电流决不会超过直击雷高压源的数值。共用接地装置上雷电流电阻耦合的高电位是多少呢?设接地装置上泄放20KA雷电流，接地电阻4欧，也有80仟伏之高。无论强弱电设备均无法承受(注一)。这一点在GB50057－94防雷规范条文说明第3.2.3条已有论述。降低接地电阻也无能为力，所以“电子计算机机房设计规范”GB50174－93第6、4、3条不规定共用接地电阻小于1欧姆的要求，而改为服从于交流、直流、安全、防雷共同接地中最小值要求。

防止雷电波入侵危害的措施通常有下列方法：

(1)室外线路全线埋地敷设；

(2)采用电缆段进线方式供电；

(3)进出建筑物的架空线路，进出户处加装放电间隙和避雷器等。

(4)建筑物防直击雷同各种电气系统共用接地装置时总进户装置处加避雷器。

　　第一种方法：防止高电位引入效果最佳，只要将电缆金属外皮、钢管等在进出建筑物处同电气设备的接地极相连就可以了。这种方式几乎不存在高电位引入的威胁。应该注意的是，建筑物防直击雷接地极同电气接地极共同泄放建筑物直击雷电流时，会出现接地极上雷电流经电阻耦合的高电位引入情况，这就需要在进户处总配电装置上装设一组避雷器，将高电位钳制在安全值即可解决。

　　第二种方法：当进出建筑物采用铠装电缆段或无铠装电缆段穿钢管，距进户处15米之外转换为架空线路时，不仅在电缆进出户处要将装电缆外皮及保护钢管与电气设备接地极联接，在转换处应装设低压配电线路适用的避雷器，还要将避雷器、电缆金属外皮、绝缘子铁脚、金具连在一起接地，冲击接地电阻不大于30欧。建筑物防直击雷接地极若同电气接地极共用，同样要在总配电装置上加装避雷器，以防止电阻耦合的高电位引入。电缆外导体对内导体有静电屏蔽作用，电缆的外导体同内导体形成电容很容易将芯线上高频性质的感应电荷泄放入地，可一定程度限制较低的感应雷电波侵入；采用电缆段进出线限制高位电引入是利用“电磁封锁”原理，将侵入的高电压限制在允许范围内。

　　图中二为负载阻抗，Rd为电缆外导体电阻。当雷电波UO到达电缆首端，避雷器P击穿，电缆内外导体等电位连通，雷电流I1，经R1入地，另一部分I2经电缆外导体流通。雷电波属高频性质，集肤效应致使I2仅在外导体流通，外导体上雷电流在内导体上的感应反电势抑制了电缆芯线的雷电流通过。若外导体电阻Rd为10毫欧级数值，I2为万安级数值，由I2·Rd可知能把高电位引入U2限制在百分比之几以内。采用电缆段进出线方法限制高电位侵入，一定要注意电缆外皮防雷目的的接地不要同电气设备接地分别接地。这时U2≈12·R2因R2大于Rd，U2将大于图一的U2。

　　第三种方法：对低压架空进出线者，应在进出线处装设避雷器并与瓷瓶铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地的装置上。当多回路进出线时，可仅在母线或总配电箱处装设一组避雷器或其他方式的过电压保护器，但瓷瓶铁脚、金具等接到接地装置上。这种架空进线引入的高电位最高，进出线处瓷瓶铁脚、金具接地仅可把高电位钳制在400KV水平，仅对保护人身安全是可靠的，必须再装避雷器进一步把高电位继续钳制在电气设备可承受的限制内。是两级曳放雷电波能量。对保护耐压较低的家电产品而言，有必要在分配电箱处设第二级避雷器，逐级泄放雷电能量，逐步降低所钳制的过电压限值。GB50057－94防雷规范条文说明第3.1.1条讲，信息系统装置附近的供电是否设过电压保护器，应由信息线路设计者，设备制造厂解决。所以，强电设计人员目前执行GB50057－94，仅解决了电源进线部分的过电压保护，已泄放掉大部分雷电波能量。但是为在末级配电箱装二级细保护功能的避雷器打下了基础。例如：用户要对电脑电源实施过电压保护，只要在电脑电源处装一组电脑专用电源避雷器就可以了。

正因为目前只做到住宅楼进线处粗保护，所以当选用避雷器件时，要选用冲击残压不大于1.3KV，响应时间短，通流容量当8/20US时大于30KA的产品，有利于覆盖大多数家用电器电源安全保护范围，可一定程度地减少家用电遭雷电波侵入危害而造成的损失。

　　结束语：

从GB50057－94防雷规范条文说明第3.2.4条来看，着重倾向于低压电气装置不因高电位引入而损坏绝缘，当前建筑物防雷普遍推广了防直击雷接地同电气接地共同接地装置的措施，所以目前将GB50057－94防雷规范条文中3.2.4条第八款用于属于三类防雷等经的住宅中，以解决共用接地装置上雷电流电阻耦合产生的高电位引入是有必要的，以将保护范围扩大到家用电器电源保护。