初析防雷接系统中若干电位差问题毕业论文

目录1、引言 (1)2、不同接地形式会产生不同的地- 地电位差 (1)2.1 四种不同的接地形式 (1)2.2 地-地电位差的大小与接地极相互间距离有关 (2)2.3 以共用接地替代独立接地来消除地-地电位差 (2)2.4建筑物实施等电位联结能有效地消除电位差 (3)3、接地极布置方式与电位差 (4)3.1 外引式接地极产生的电位差大 (4)3.2 环路式接地极产生的电位差小 (5)3.3 建立等电位面消除电位差 (5)3.4 信号参考结构（SRS）的应用 (6)4、金融机房接地系统中的零-地电位差问题 (6)4.1零-地电位差较大的原因分析 (6)4.2 降低零- 地电位差的方法 (9)5、结论 (12)初析防雷接地系统中若干电位差问题[摘 要 ] 电位差的存在可能导致设备的击穿，人员遭受电击，或者对电子设备产生干扰。

本文详细地分析了防雷工程中不同接地形式、接地极布置方式产生不同电位差的 机理，机房供配电系统中零 - 地电位差产生的原因，并提出减小或消除电位差的办 法。

[关键词 ] 共用接地 环路式接地极 信号参考结构 零-地电位差 谐波电流1、引言在雷电综合防护工程中， 接地是一种不可少的重要措施之一。

为避免电气设备之间或电 气设备内各元件之间可能因承受较大的电位差而被击穿， 工作人员因同时触及不同电位的界 面而遭受电击， GB50057-94(2000 年版 )《建筑物防雷设计规范》明确规定防雷工程中应采 取共用接地系统和等电位联结。

另外， 防雷接地不仅要求能迅速泄放雷电流， 还要求泄放雷 电流后，保持地电位的稳定和均衡，尽可能消除地 -地电位差。

此外，从电磁兼容理论出发，有些被保护对象(信息设备)还要求工作在较低的零-地电位差的供配电系统中。

因此，为提高雷电综合防护工程的质量，对上述各电位差产生的机理及消除方法进行初步分析如下：2、不同接地形式会产生不同的地 -地电位差(a) 各个独立接地；(b) 将独立接地的接地线连接在一起； (c) 共用接地；(d) 将接地线连接到建筑结构体的钢架、钢筋部分；其中(a)为独立接地， (b )、(c )、(d )可归为共用接地。

在防雷工程中所谓独立接地就是防雷地、 信号地、 工作地、保护地各自进行接地施工的方式，而共用接地是指它们共用接 地极。

2.1 四种不同的接地形式在一栋楼内有几个并存需要接地的设备机器时，接地方式可有以下四种形态：图 1 说明：2.2 地 -地电位差的大小与接地极相互间距离有关理想中的独立接地应该如图 2 那样， 如果有两个接地电极， 其中一个电极中不论怎样流 过电流， 对另一个接地电极就不应该发生电位上升的情况。

而要实现接地电极对另一个接地 电极理想地完全独立， 它们之间距离必须为无限远。

这在施工中难以实现。

下表 1 是因电流 I 产生的另一个电极电位上升△ V 与两电极间距 S 的关系。

由表可知，在实施独立接地时， 必须采取大的电极间距， 而在有限的场地内有多个接地系统时， 要找到足够的施工空间是很 困难的，这也是防雷工程中不采取独立接地的原因之一。

2.3 以共用接地替代独立接地来消除地 -地电位差 若采取独立接地而接地极间距离不能达到充分远，那么电极电位差的问题就无法解决。

因为各通信系统和交流电源系统的接地是为了获得一个零电位点， 若各系统分别接地， 当发 生雷击的时候各系统的接地点电位差可能很大。

如图3(a)中 1、2、3 三个接地极之间瞬间电位差大，假定其中“ 1”为交流电源工作地， “2”为计算机逻辑地， “ 3”为机壳安全保护接 地。

假定雷电冲击波由其中一条路“ 1”即交流电源送进，由于雷电的瞬时电压往往是几万 伏乃至几十万伏， 那么在同一台电子计算机电路板上分别与电流、 通信或和机壳相接的各部 分就承担各接地极之间的高电位差而被击穿。

因此在通信网络中， 电源、逻辑、安全保护和 避雷各独立接地的系统遭雷击损坏的可能性是很大的。

基于以上问题， 独立接地系统已不适应现代通信技术迅猛发展的形势。

在防雷工程中提 倡共用接地。

若采用共用接地， 雷电流在接地电阻上产生的高电压， 将同时存在各系统的接 地线上。

如图 3(b) 各系统接地极间不存在上面讲到的高电位差。

因此也就不会出现同一台设 备的各接地系统之间的击穿问题。

并且各个接地电极并联， 此时接地电阻的总电阻更低。

若 是利用建筑结构体， 因接地电阻非常小， 更能显示共用接地的优点。

如图4 为一建筑物采用 共用接地的示意图。

表中数据是在接地电极为棒状，半径 7mm ，长度 3m ，土壤电阻率为 100Ω .m 的情况下的所测值。

接地电流I(A)电位上升值△ V ( V )2.525 50 10 63 6 3 50318 3216 1006376432表1 电位上升与电极间距 S 的关系2.4 建筑物实施等电位联结能有效地消除电位差 共用接地系统使得不同接地极的电位同起同落， 减小电位差。

但当建筑物内的电气设备 及金属管道未进行等电位联结时， 由于雷电波及感应雷的作用会使得部分设施电位抬高， 这 样就形成了电位差。

设备及人员就可能遭受电击的危险。

等电位联结的目的在于减小需要防 雷的空间内各金属物与各系统之间的电位差。

将一建筑物划分为几个防雷区和做等电位联结 的例子如图 5所示。

进入LPZ1区的电力线和信号线在 LPZ0B 与 LPZ1 区界面作等电位联结 , 也在 LPZ1 与 LPZ2 界面处作等电位联结。

将建筑物的外屏蔽 1 连接到等电位联结带 1，内 屏蔽 2 连接到等电位联结带 2。

下面我们以机房常用的 TN-S 供配电系统为例来分析等电位联结的作用。

如图 6 所示， 防雷接地和交流工作地保护地共用。

当雷电波引起的高电位沿线缆进入建筑物内时（即由LPZ0 区进入到 LPZ1 区），因线缆未与 屋内设施进行等电位联结而存在较大 的电位差，就很可能发生反击现象而使 设备击穿。

同样， 如果接闪器将雷电流 引入大地， 此时接地极上必然存在高电 位，而由于采用共用接地， PE 线的电 位也随之抬高，设备外壳电位相继抬 高，而线缆或管道的电位较低， 那么它 们之间就存在较高的电位差， 就可能发 生反击。

图７为有等电位联结时的情况。

把 进入建筑物内的金属管道也连接到等 电位联结排上， 那么两者电位保持同起 同落， 不存在较大的电位差， 从而消除 危险。

此外等电位联结也在电气安全方 面有重要作用。

将两个可能带不同电位 的设备外露可导电部分和装置外可导电部分用导线直接连接，使故障电压大幅降低。

下面举例分析。

如图８所示，总配电箱位于一楼，分配电箱位于２楼，分配电箱同时给固定式设备 M 和手 握式设备 H 供电。

当M 发生碰壳故障时， 其过流保护应该在５秒内动作， 而这时 M 外壳上 的危险电压会经 PE 排通过PE 线ab 段传导至 H ，而H 的保护装置不会动作。

此时手握式设 备 H 的人员若同时触及其它装置外可导电部分E （图中一给水龙头） ，则人体将承受故障电流 Id 在 PE 线 mn 段上产生的压降，这对要求０ .４秒内切除故障电压的手握式设备 H 来说是不安全的。

为了解决这个电位差，可以将设备 M 通过 PE 线 de 与水管 E 作辅助等电位联结。

如图 ９所示。

此时故障电流 Id 分为 Id1 和 Id2 两部分，所以 PE 线 mn 段电压降降低，所以 Ub 降低，同时 Id2 在水管eq 段和 PE 线 qn 段上产生压降，使 Ue 升高，而人体接触电压 Ut=Ub-Ue=Ube ②会大幅降低， 从而使人员安全得到保障。

当需要在一局部范围内作多个辅助 等电位联结时，可将多个辅助等电位联结通过一个局部等电位联结板实现。

3、接地极布置方式与电位差共用接地系统中可根据接地极的布置方式分为外引式接地极和环路式接地极。

许的情况下，对于机房接地网应充分利用建筑物柱筋采用环路式接地极。

3.1 外引式接地极产生的电位差大如果采用外引式接地极（如图 10），当有雷电流泄入大地使地网电位抬高时，接地干线 电位相应抬高， 但室内地面电位并没有抬高相应幅度。

这是由地网接地极周围电压不均匀引 ②以上电位均以总等电位联结板为电压参考点。

在条件允起。

而设备是和干线相连的， 所以地面和设备间存在较大的电位差， 人体可能受到电击的危 险。

此外， 从图中可以看出外引式接地极与室内接地干线仅靠两条干线相连， 若两条干线发 生损伤时，整个接地干线就与接地极完全断开。

3.2 环路式接地极产生的电位差小如图 11 所示为一采用环路式接地极的示意图。

由图11（ b ） I-I 剖面的电位分布曲线可看出，环路式接地极的电位分布是很均匀的。

人体的接触电压 Ut 和跨步电压 Uk 都是比较 小的。

但其不足之处是接地极外部的电位仍不均匀， 其跨步电压很高。

解决这个问题的办法 主要有两个。

一是在建筑物人流主要出入口处采用高电阻率的路面，如销烁石，沥青等。

另 一方法就是如图 11（ c ）所示那样敷设40*4mm 的扁钢作均压带。

3.3 建立等电位面消除电位差 在进行机房防雷接地设计时， 为保证地网电压分布均匀， 为电子设备提供稳定的逻辑地， 可在机房中安装一个信号参考结构。

信号参考结构如图 12 所示。

信号参考结构中间是一个 0.6m 宽的长方形网状栅格， 置于机房地板下。

0.6m 宽的长方 形框固定着5cm 宽，至少 0.4mm （d ）的铜条。

这种网状栅格能够提供较为均匀的电位分布。

栅格架至少每隔 1.8m与地板进行等电位连接。

使用一条107mm 2的裸铜线，将整个信号结构包围， 并将此周围线缆与地板下的栅格架在每个交接处作等电位连接。

把带金属支架的活动地板、地板下面的信号参考结构（ SRS ）栅格架、建筑物的钢筋结构相连在一起构成一个 等电位面。

3.4 信号参考结构（ SRS ）的应用信号参考结构提供了一个等电位面， 可利用它实现电子设备的单点接地。

所谓单点接地 就是把各系统的接地线接到接地母线同一点或同一金属平面上。

单点接地解决了各系统的接 地线的等电位问题，所以各系统之间的干扰问题初步得到了解决。

4、金融机房接地系统中的零 -地电位差问题采用共用接地系统的银行、 保险公司大楼、 有较多的远程数据通信设备 （如 RAS 、X.25 适配器、LOOP 等），而这些设备对零 -地电位要求十分高。

如调制解调器要求不大于5V ，卫星通信技术要求小于 3V ，个别重要服务器甚至要求小于1V 。

若零 -地电位差过高，通信就会受到影响，数据传输误码率升高，有些机器（如服务器等）还设置有零-地电压检测电路，一旦零 -地电位差高于某一规定值就不能开机。