正確實現(xiàn)等電位是雷電防護(hù)成功的基本保證

正確實現(xiàn)等電位是雷電防護(hù)成功的基本保證近年來，在防雷界一直大談特談等電位問題，好象“等電位”是一個非常時髦的詞匯，但細(xì)聽來確讓我十分非常費解。筆者深感問題的尖銳和擔(dān)憂。在參與雷電防護(hù)工作及雷電防護(hù)研究近13年，直接和間接完成大小萬余個防雷項目。自感有成功的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn)，有必要向各位朋友匯報一下，敬請批駁指教。等電位的基本概念：1．等電位的基礎(chǔ)概念：一根金屬導(dǎo)體，如果導(dǎo)體中電流對于零，則導(dǎo)線兩個端點的電位相等。如果導(dǎo)體中電流不等于零，則兩點間存在電位差。[Uab=Iab×Rab+Lab×dI/dt，其中，Iab為導(dǎo)線電流，Rab為導(dǎo)線電阻，Lab為導(dǎo)線電感，dI/dt為時間對電流的變化量，則Uab為兩點間電位差]2．等電位的嚴(yán)謹(jǐn)定義：IEC1024規(guī)定：為實現(xiàn)雷擊保護(hù)－電位均衡應(yīng)采用均壓等電位導(dǎo)體或過電壓保護(hù)器將處于被保護(hù)空間中的外部避雷裝置、建筑物的鋼筋架、安裝的設(shè)備、各種導(dǎo)電體，供電及通訊設(shè)備連接在一起。等電位的基本目的：1．人身防護(hù)：在機房內(nèi)，將配電保護(hù)地線、防雷接地、直流邏輯地線、靜電地線、屏蔽地線、大樓主鋼筋接地、地板支架、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼、機房內(nèi)人能接觸的一切與大地有直接聯(lián)系的金屬物體通通實現(xiàn)電氣連接，減少地線及金屬物體之間的電位差，防止雷擊引起機房內(nèi)部金屬物體之間的電位差，最大限度的保護(hù)機房內(nèi)部人員的人身安全。2．設(shè)備防護(hù)：一個人乘電梯，人與電梯是等電位關(guān)系，不論電梯運行到哪個樓層，人與電梯都是相對等電位。如果說，電梯是防雷器，則人是用電器，它們同時上、同時下，永遠(yuǎn)保持等電位的關(guān)系。設(shè)備與防雷系統(tǒng)必須保持絕對的等電位關(guān)系，才能保證防雷工作的成功，這是原則問題。等電位與等電位連接：等電位的完成是靠等電位連接來實現(xiàn)的，在操作時經(jīng)常出現(xiàn)許多問題，其中有許多具體操作方式可以導(dǎo)致雷電防護(hù)的失敗。講一個真實的故事：廣東某機房安裝電源防雷器件，采用某進(jìn)口電源防雷器件，安裝2個月后，在一次雷暴中，將計算機設(shè)備全部擊毀，而防雷器件安然無恙，這是為什么？如圖所示：雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線電源防雷器件計算機設(shè)備UPS電源計算機設(shè)備UPS電源電源防雷器件電源防雷器件計算機設(shè)備UPS電源計算機設(shè)備UPS電源電源防雷器件aCeaCeIfdbIfdb均壓等電位銅帶均壓等電位銅帶大地大地其中，a點和b點之間通過導(dǎo)線連接到均壓等電位銅帶，c點和d點之間通過導(dǎo)線連接到均壓等電位銅帶，e點和f點之間通過導(dǎo)線連接到均壓等電位銅帶。由于b、d、f均連接在均壓等電位銅帶上，則：Ub=Ud=Uf，由于Icd=0，Ief=0，則：Uc=Ud，Ue=Uf。現(xiàn)場的防雷器件安裝在墻壁上，故ab之間線長度大約1米，防雷器件在8/20μS雷電電磁脈沖感應(yīng)過電壓的額定通流容量為40KA。一旦雷擊發(fā)生，防雷器件開始工作，假設(shè)防雷器件全部將雷電吸收，將雷電高壓轉(zhuǎn)變成電流形式入地，電流假設(shè)為額定通流容量即：40KA，則ab線路上的電位差Uab=Iab×Rab[假設(shè)Rab=0]+Lab×dI/dt=1米×1μH×40KA/8μS=5KV[假設(shè)每米電纜線長度電感按照1μH計算]，即：Uab電位差可以到達(dá)5KV，由于Ub=Ud=Uf，此時Uab電位全部傳遞給UPS電源和計算機設(shè)備[并聯(lián)電路電壓處處相等原理]，機房設(shè)備損壞。在講一個真實的故事：內(nèi)蒙古某盟委機要局機房安裝了電源防雷器件，安裝一年后，在一次雷暴中，將計算機設(shè)備擊毀，而防雷器件安然無恙，這是為什么？如圖所示：雷電襲擊電力線雷電襲擊電力線市a市a電I進(jìn)入b配電柜Cd計算機機房設(shè)備電源防雷器件電源防雷器件大地大地電源防雷器件并聯(lián)在配電柜的電源進(jìn)線與地排上，其中a到b和c到d是防雷器件的安裝連線。防雷器件在8/20μS雷電電磁脈沖感應(yīng)過電壓的額定通流容量為40KA，且此時的最大殘余電壓為1400V，a到d是防雷器件的安裝連線，總長為0.5米。一旦雷擊發(fā)生，防雷器件開始工作，假設(shè)防雷器件全部將雷電吸收，將雷電高壓轉(zhuǎn)變成電流形式入地，電流假設(shè)為額定通流容量即：40KA，則ad線路上的電位差Uad=Iad×Rad[假設(shè)Rad=0]+UC[UC為防雷器件的殘余電壓1400V]+Lad×dI/dt=0.5米×1μH×40KA/8μS+1400V=3900V[假設(shè)每米電纜線長度電感按照1μH計算]，即：Uad電位差可以到達(dá)3900V，此時Uad電位全部傳遞給計算機設(shè)備[并聯(lián)電路電壓處處相等原理]，造成機房設(shè)備損壞。如何正確解決上述問題呢？早在國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中有過明確的闡述，但是由于任何標(biāo)準(zhǔn)在開始執(zhí)行時還沒有操作性很強的注解資料，許多問題要靠實踐中摸索和總結(jié)。2．因地制宜的解決等電位問題：雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線雷電襲擊電源線電源防雷器件計算機設(shè)備UPS電源計算機設(shè)備UPS電源電源防雷器件電源防雷器件計算機設(shè)備UPS電源計算機設(shè)備UPS電源電源防雷器件aCeaCeIbIb均壓等電位銅帶均壓等電位銅帶大地大地如果我們改變一下接線方式，實施絕對的等電位連接，就可以有效的避免雷電防護(hù)失敗。將a點和b點重合即防雷器件火線[或零線]接點，將c點和d點重合即防雷器件地線接點，那么，不論雷擊大小，在防雷器件線長上不會產(chǎn)生電位燒毀計算機設(shè)備。這是最理想的等電位防雷保護(hù)系統(tǒng)安裝方法。雷電襲擊電力線雷電襲擊電力線市市電進(jìn)入配電柜I計算機機房設(shè)備電源防雷器件電源防雷器件大地大地如果我們改變一下接線方式，實施絕對的等電位連接，就可以有效的避免雷電防護(hù)失敗。將a點為一個基礎(chǔ)接地點，即防雷器件接地點。從a點水平接到c點和e點[設(shè)備外殼接點點]，再從a點豎直接到b點[接大地]。那么，不論雷擊大小，在ab線上產(chǎn)生的電位不能影響到后續(xù)的計算機設(shè)備。這也是最理想的等電位防雷保護(hù)系統(tǒng)安裝方法。由防雷系統(tǒng)連接處實施后續(xù)負(fù)載等電位連接，發(fā)現(xiàn)防雷器件到地的電位差再高，防護(hù)系統(tǒng)與被防護(hù)系統(tǒng)開始做電梯，不論雷電有多大，只要不燒毀防雷器件，則永遠(yuǎn)不可能燒毀計算機設(shè)備，這就是等電位的防護(hù)精華。實現(xiàn)等電位防護(hù)時存在的誤區(qū)：1．單一的實施等電位不能代替雷電防護(hù)：有個單位沒有安裝防雷器件，但按照國家標(biāo)準(zhǔn)實施了非常正規(guī)的等電位及等電位連接。一個雨季過去了，等電位連接有效的保護(hù)了機房內(nèi)人身安全，但機房內(nèi)計算機設(shè)備遭受了數(shù)次雷擊，設(shè)備直接損失較大。這是因為等電位是建立在雷電防護(hù)的基礎(chǔ)上，不能考慮一個因素而忽略了另一個因素，這一點十分重要。這個單位由于地理情況十分復(fù)雜[半山區(qū)]，第一次雷擊時關(guān)掉了總電源開關(guān)，即火線開關(guān)，結(jié)果也雷電高壓從零線與大地間侵入機房燒毀設(shè)備，第二次雷擊時即關(guān)掉了總電源開關(guān)[三聯(lián)火線開關(guān)]，又關(guān)掉了分路開關(guān)[火線與零線的雙聯(lián)開關(guān)]，結(jié)果也因雷電產(chǎn)生的地電位高壓反擊到機房的UPS設(shè)備，與UPS內(nèi)部電池電壓之間產(chǎn)生了電位差，燒毀了UPS電源和UPS供電的其它設(shè)備。事實說明雷電防護(hù)是一個系統(tǒng)工程，不是簡單的堆砌。這一點同樣十分重要。2．等電位與地線的關(guān)系：我們在位于高山、海島上的軍事陣地上實施雷電防護(hù)工程，許多陣地上只有石頭沒有土，根本無法做地線。那么我們把地釬砸在巖石縫內(nèi)，許多接地電阻大于100歐姆，但是我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊勒諊鴺?biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，實施等電位防護(hù)，達(dá)到了雷電防護(hù)的目的。安裝在陣地的雷電防護(hù)系統(tǒng)至今已經(jīng)運行了數(shù)年，效果良好。結(jié)論：地線是為設(shè)備提供人身安全保障和設(shè)備運行的基本環(huán)境，與雷電防護(hù)成功與否無關(guān)。雷電防護(hù)的成敗主要是等電位問題。3．等電位的相對性與絕對性：等電位可以是一個大樓的系統(tǒng)建立等電位，也可以是一個局部建立等電位。即可以機房內(nèi)減少人員的雷電安全隱患，又可以是一個防護(hù)與被防護(hù)的雷電安全隱患問題。要實現(xiàn)真正的等電位是十分困難的。在學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)的同時一定要因地制宜，不能簡單的機械等電位。我們在實施北京市[常營]看守所監(jiān)控機房雷電防護(hù)時，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控主機視頻信號接收機的外殼與配電保護(hù)地線之間有2V的電位差，我們開始機械的等電位[擰在一起]，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控主機的視頻信號突然消失，如果發(fā)現(xiàn)這種情況，絕對不能機械等電位，只有通過SPD進(jìn)行瞬態(tài)等電位。同樣，部分廠家生產(chǎn)的衛(wèi)星接受系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)，設(shè)備地線在與配電保護(hù)地線之間有2V的電位差時，也不能機械等電位，也要實施瞬態(tài)等電位。結(jié)論：認(rèn)真學(xué)習(xí)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，同時，還要學(xué)習(xí)被保護(hù)設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料。只有認(rèn)真學(xué)習(xí)之后，再實施雷電防護(hù)工作，才能減少和杜絕不必要的失誤。4．及時修正工程安裝時的錯誤：如果經(jīng)過學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)有的工程安裝時