正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证

正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证

正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证

——浅谈计算机信息系统雷电防护失败的原因之一

作者：中国科学院全宇辰

近年来，在防雷界一直大谈特谈等电位问题，好象“等电位”是一个非常时髦的词汇，但细听来确让我十分非常费解。笔者深感问题的尖锐和担忧。在参与雷电防护工作及雷电防护研究近13年，直接和间接完成大小万余个防雷项目。自感有成功的经验和失败的教训，有必要向各位朋友汇报一下，敬请批驳指教。

一、等电位的基本概念：

1．等电位的基础概念：

一根金属导体，如果导体中电流对于零，则导线两个端点的电位相等。如果导体中电流不等于零，则两点间存在电位差。[Uab=I ab×R ab+L ab ×dI/dt，其中，Iab为导线电流，Rab为导线电阻，Lab为导线电感，dI/dt为时间对电流的变化量，则Uab为两点间电位差]

2．等电位的严谨定义：

IEC1024规定：为实现雷击保护－电位均衡应采用均压等电位导体或过电压保护器将处于

被保护空间中的外部避雷装置、建筑物的钢筋

架、安装的设备、各种导电体，供电及通讯设备连接在一起。

二、等电位的基本目的：

1．人身防护：

在机房内，将配电保护地线、防雷接地、直流逻辑地线、静电地线、屏蔽地线、大楼主钢筋接地、地板支架、金属管道、金属门窗、设备外壳、机房内人能接触的一切与大地有直接联系的金属物体通通实现电气连接，减少地线及金属物体之间的电位差，防止雷击引起机房内部金属物体之间的电位差，最大限度的保护机房内部人员的人身安全。

2．设备防护：

一个人乘电梯，人与电梯是等电位关系，不论电梯运行到哪个楼层，人与电梯都是相对等电位。如果说，电梯是防雷器，则人是用电器，它们同时上、同时下，永远保持等电位的关系。设备与防雷系统必须保持绝对的等电位关系，才能保证防雷工作的成功，这是原则问题。

三、等电位与等电位连接：

等电位的完成是靠等电位连接来实现的，在操作时经常出现许多问题，其中有许多具体操作

方式可以导致雷电防护的失败。讲一个真实的故事：广东某机房安装电源防雷器件，采用某进口电源防雷器件，安装2个月后，在一次雷暴中，将计算机设备全部击毁，而防雷器件安然无恙，这是为什么？如图所示：

其中，a 点和b 点之间通过导线连接到均压

等电位铜带，c 点和d 点之间通过导线连接到均压等电位铜带，e 点和f 点之间通过导线连接到均压等电位铜带。由于b 、d 、f 均连接在均压等电位铜带上，则：Ub=Ud=Uf ，由于Icd=0，Ief=0，则：Uc=Ud ，Ue=Uf 。现场的防雷器件安装在墙

壁上，故ab之间线长度大约1米，防雷器件在8/20μS雷电电磁脉冲感应过电压的额定通流容量为40KA。一旦雷击发生，防雷器件开始工作，假设防雷器件全部将雷电吸收，将雷电高压转变成电流形式入地，电流假设为额定通流容量即：40KA，则ab线路上的电位差Uab=Iab×Rab[假设Rab=0]+Lab×dI/dt=1米×1μH×40KA/8μS=5KV[假设每米电缆线长度电感按照1μH计算]，即：Uab电位差可以到达5KV，由于Ub=Ud=Uf，此时Uab电位全部传递给UPS 电源和计算机设备[并联电路电压处处相等原理]，机房设备损坏。

在讲一个真实的故事：内蒙古某盟委机要局机房安装了电源防雷器件，安装一年后，在一次雷暴中，将计算机设备击毁，而防雷器件安然无恙，这是为什么？如图所示：

电源防雷器件并联在配电柜的电源进线与

地排上，其中a 到b 和c 到d 是防雷器件的安装连线。防雷器件在8/20 μS 雷电电磁脉冲感应过电压的额定通流容量为40KA ，且此时的最大残余电压为1400V ，a 到d 是防雷器件的安装连线，总长为0.5米。一旦雷击发生，防雷器件开始工作，假设防雷器件全部将雷电吸收，将雷电高压转变成电流形式入地，电流假设为额定通流容量即：40KA ，则ad 线路上的电位差Uad=Iad ×Rad[假设Rad=0]+UC[UC 为防雷器件的残余电压1400V]+Lad ×dI/dt=0.5米×1μH ×40KA/8μS+1400V=3900V[

假设每米电缆线长

度电感按照1μH计算]，即：Uad电位差可以到达3900V，此时Uad电位全部传递给计算机设备[并联电路电压处处相等原理]，造成机房设备损坏。

如何正确解决上述问题呢？早在国家标准和IEC标准中有过明确的阐述，但是由于任何标准在开始执行时还没有操作性很强的注解资料，许多问题要靠实践中摸索和总结。

2．因地制宜的解决等电位问题：

如果我们改变一下接线方式，实施绝对的等电位连接，就可以有效的避免雷电防护失败。将a点和b点重合即防雷器件火线[或零线]接点，将c点和d点重合即防雷器件地线接点，那么，不论雷击大小，在防雷器件线长上不会产生电位烧毁计算机设备。这是最理想的等电位防雷保护系统安装方法。

如果我们改变一下接线方式，实施绝对的等电位连接，就可以有效的避免雷电防护失败。将a点为一个基础接地点，即防雷器件接地点。从a点水平接到c点和e点[设备外壳接点点]，再从a点竖直接到b点[接大地]。那么，不论雷击大小，在ab线上产生的电位不能影响到后续的计算机设备。这也是最理想的等电位防雷保护系统安装方法。

由防雷系统连接处实施后续负载等电位连接，发现防雷器件到地的电位差再高，防护系统与被防护系统开始做电梯，不论雷电有多大，只要不烧毁防雷器件，则永远不可能烧毁计算机设备，这就是等电位的防护精华。

四、实现等电位防护时存在的误区：

1．单一的实施等电位不能代替雷电防护：有个单位没有安装防雷器件，但按照国家标准实施了非常正规的等电位及等电位连接。一个

雨季过去了，等电位连接有效的保护了机房内人身安全，但机房内计算机设备遭受了数次雷击，设备直接损失较大。这是因为等电位是建立在雷电防护的基础上，不能考虑一个因素而忽略了另一个因素，这一点十分重要。这个单位由于地理情况十分复杂[半山区]，第一次雷击时关掉了总电源开关，即火线开关，结果也雷电高压从零线与大地间侵入机房烧毁设备，第二次雷击时即关掉了总电源开关[三联火线开关]，又关掉了分路开关[火线与零线的双联开关]，结果也因雷电产生的地电位高压反击到机房的UPS设备，与UPS 内部电池电压之间产生了电位差，烧毁了UPS 电源和UPS供电的其它设备。事实说明雷电防护是一个系统工程，不是简单的堆砌。这一点同样十分重要。

2．等电位与地线的关系：

我们在位于高山、海岛上的军事阵地上实施雷电防护工程，许多阵地上只有石头没有土，根本无法做地线。那么我们把地钎砸在岩石缝内，许多接地电阻大于100欧姆，但是我们严谨的依照国标和IEC标准，实施等电位防护，达到了雷电防护的目的。安装在阵地的雷电防护系统至