一种消除雷击浪涌跨步电压威胁的大楼防雷接地方式

广东省电力设计研究院 赵德宁 / 黄国柱

1 引言

YD/T 1051-2000《通信局（站）电源系统总技术要求》规范了电信行业的通信局（站）的各类设备均应有效接地，采用保护接地以及建筑防雷接地共同合用一组接地体的“联合接地方式”，电力行业标准DL/T548-94《电力系统通信站防雷运行管理规程》也明确规定：调度通信综合楼内的通信站应与同一层楼内的动力装置、建筑物避雷装置共用一个接地网。电信行业与电力行业的规范对通信局（站）的大楼和单独的一个机房来说，建筑钢筋网，环形接地铜排、四周屏蔽墙与连接方式等能够满足一个机房构成等电位体的“法拉第笼”，满足不受雷电电磁干扰，不受笼外电位变动的影响。但是这种联合接地方式不能保证在雷击出现大浪涌时，不同楼层之间的各个“法拉第笼”的瞬间电位一致，即不能保证不同楼层之间电子设备的瞬间电位一致。

2 跨步电压的形成

假定直击雷在楼顶（避雷针或避雷网带）发生，激发建筑钢筋出现10kA的浪涌电流，并假定楼层A与楼层D之间的钢筋存在0.1Ω的电阻，那么，雷击瞬间；楼层A和D之间可能存在：

10kA×0.1Ω=1000V 的瞬间电压

如果楼层A和楼层D没有联系，这个瞬间电压也不会影响楼层A或D设备的正常运行，因为楼层A或D本身仍等电位的。但是，调度通信大楼中不同楼层不同机房之间是需要建立信号、信息联系的，例如光纤、同轴线、网络线或音频线的连接。以同轴线为例，见图1。

图1 雷击浪涌造成楼层A、D不等电位示意图

3 跨步电压的解决方案

楼层间钢筋瞬间自上向下浪涌激发的跨步电压（如同接地体雷击泄放时的跨步电压），由于楼层间的设备存在连接导线而对敏感电子设备构成威胁，特别是接收端的高灵敏度输入口。上述两个规范都忽略了不同的楼层间存在连接导线的问题，也忽略了这种威胁。解决雷击浪涌电流形成的跨步电压对敏感电子设备的威胁的方案如下（见图2）：

1) 将防雷接地的汇集线与工作接地、保护接地的汇集线分开。

2) 将防雷接地汇集线接入接地体（地网）的接入点与工作接地、保护接地汇集线接入接地体（地网）的接入点分开，两者的距离越大越好，可考虑在地网两边或对角位置接入。

3) 要求接地体（地网）的接地电阻不大于1Ω，以减少两汇集线的耦合。

这种设计方式的特点是：

1) 由于各层的设备通过低阻的工作接地、保护接地汇集线连接在一起，单独接入地网，各楼层的设备基本能保持等电位体。

2) 由于各层的设备不直接与建筑钢筋有连接，各层电源设备的三级防雷系统的泄放接地，要求接入防雷接地的汇集线上，而防雷接地汇集线也是单独接入地网的。这样，不仅是直击雷在建筑钢筋网上泄放浪涌电流激发的跨步电压或是电源线进入的浪涌电流激发的跨步电压都不会直接威胁到电子设备的安全。

图2 接地汇集线分开消除雷击浪涌威胁示意图

对通信行业与电力行业的防雷与接地的“联合接地方式”改进以后，保持了原规范机房构成等电位体“法拉第笼”的性能，保持了避雷装置保护楼体建筑的性能、保持了泄放雷击能量以及电源系统三级防雷的功能；增加了不同楼层互联设备消除雷击浪涌跨步电压威胁、破坏的功能。

这种创新的防雷接地方式结构见下图3。

图3 工作、保护接地与防雷接地分开示意图

4 结论

工作接地、保护接地与防雷接地分开在实施上是比较容易的，增加的投资也不大，却消除了不同楼层、不同功能的机房设备互联时，在雷击浪涌产生的跨步电压对敏感电子设备的威胁及破坏。 这种方式目前已在一些电力调度通信大楼建设中应用，效果良好，在以后省市、地区供电局新大楼的建设中，有推广应有的价值。

[1]虞昊.现代防雷技术基础[M].清华大学出版社, 1996.

[2]关象石.防雷技术标准规范汇编[M].中国计划出版社,1999.

[3] DL/T548-94电力系统通信站防雷运行管理规程[S]. 北京：中国电力出版社, 1994

[4]中华人民共和国信息产业部. YD/T1051-2000通信局（站）电源系统总技术要求[S]. 北京：人民邮电出版社, 2000.

[5] 中华人民共和国机械工业部.GB50057建筑物防雷设计规范（2000年版）[S]. 北京：中国计划出版社，2001.

[6] GB7450-87电子设备雷击保护导则[S].