正確實現(xiàn)等電位是雷電防護成功的基本保證

1、正確實現(xiàn)等電位是雷電防護成功的基本保證淺談計算機信息系統(tǒng)雷電防護失敗的原因之一作者：中國科學院全宇辰近年來，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， 但細聽來確讓我十分非常費解。筆者深感問題的尖銳和擔憂。 在參與雷電防護工作及雷電防護研究近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， 有必要向各位朋友匯報一下，敬請批駁指教。一、等電位的基本概念：1. 等電位的基礎概念：一根金屬導體，如果導體中電流對于零， 則導線兩個端點的電位相等。如果導體中電流不等于零，則兩點間存在電位差。Uab=labX Rab+LabX dl/dt,其中，lab為導

2、線電流， Rab為導線電阻，Lab為導線電感，dl/dt為時間對電流的變化量，則 Uab為兩點間電位差2. 等電位的嚴謹定義：各種導電體，供電及通訊IEC1024規(guī)定：為實現(xiàn)雷擊保護-電位均衡應采用均壓等電位導體或過電壓保護器將處 于被保護空間中的外部避雷裝置、建筑物的鋼筋架、安裝的設備、 設備連接在一起。二、等電位的基本目的：1人身防護：在機房內，將配電保護地線、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、設備外殼、機房內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部金屬物體之間

3、的電位差，最大限度的保護機房內部人員的人身安全。2設備防護：一個人乘電梯，人與電梯是等電位關系， 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，永遠保持等電位的 關系。設備與防雷系統(tǒng)必須保持絕對的等電位關系，才能保證防雷工作的成功，這是原則問題。三、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致雷電防護的失敗。講一個真實的故事： 廣東某機房安裝電源防雷器件，采用某進口電源防雷器件，安裝2個月后，在一次雷暴中，將計算機設備全部擊毀，而防雷器件安然無恙，這是為什么？如圖所示：

4、雷電襲 擊電源 線1計算機設備a 1CebIdf電源防雷器件UPS電源大地c點和d點之間通過導線連接 f點之間通過導線連接到均壓等電位銅帶。由于b、d、f均連接Ub=Ud=Uf，由于 lcd=0, Ief=0，則：Uc=Ud , Ue=Uf?，F(xiàn)場的 ab之間線長度大約1米，防雷器件在8/20卩S雷電電磁脈沖感 40KA。一旦雷擊發(fā)生，防雷器件開始工作，假設防雷器件全部40KA，貝U ab其中，a點和b點之間通過導線連接到均壓等電位銅帶， 到均壓等電位銅帶，e點和 在均壓等電位銅帶上，則： 防雷器件安裝在墻壁上，故 應過電壓的額定通流容量為1卩H計算，即：Uab電位差可以到達 5KV，由于Ub=

5、Ud=Uf ,UPS電源和計算機設備并聯(lián)電路電壓處處相等原理 ，機房設備將雷電吸收，將雷電高壓轉變成電流形式入地，電流假設為額定通流容量即： 線路上的電位差 Uab=lab x Rab假設 Rab=0+Lab x dI/dt=1 米x 1 卩 H x 40KA/8 卩 S=5KV假 設每米電纜線長度電感按照 此時Uab電位全部傳遞給 損壞。內蒙古某盟委機要局機房安裝了電源防雷器件,安裝一年后，在在講一個真實的故事：一次雷暴中,將計算機設備擊毀，而防雷器件安然無恙，這是為什么？如圖所示：計 算 機 機 房 設 備其中a到b和c到d是防雷器件的安 40KA ,且此時的0.5米。一旦雷擊發(fā)生，防 假

6、設防雷器件全部將雷電吸收，將雷電高壓轉變成電流形式入地，電流假40KA ,貝U ad線路上的電位差 Uad=lad x Rad假設Rad=O+UCUC 為電源防雷器件并聯(lián)在配電柜的電源進線與地排上，裝連線。防雷器件在8/20卩S雷電電磁脈沖感應過電壓的額定通流容量為最大殘余電壓為1400V , a到d是防雷器件的安裝連線，總長為 雷器件開始工作，假設防雷器件全部將雷電吸收，將雷電高壓轉變成電流形式入地，設為額定通流容量即：電位差可以到達 3900V，此時Uad電位全部 ，造成機房設備損壞。IEC標準中有過明確的闡述，但是由于任許多問題要靠實踐中摸索和總結。防雷器件的殘余電壓 1400V+Lad

7、 x dl/dt=0.5米x 1卩H x 40KA/8卩S+1400V=3900V假設每 米電纜線長度電感按照1卩H計算，即：Uad傳遞給計算機設備并聯(lián)電路電壓處處相等原理如何正確解決上述問題呢？早在國家標準和 何標準在開始執(zhí)行時還沒有操作性很強的注解資料，2.因地制宜的解決等電位問題:L電源防雷器件i計算機設備雷電襲 擊電源 線大地b 7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備。這是最理想的等電位防雷保護系統(tǒng)安裝

8、方法。雷電襲 擊電力 線電源防雷器件市 電 進 入 配 電 柜計 算 機 機 房 設 備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失敗。 將a點為一個基礎接地點，即防雷器件接地點。從a點水平接到c點和e點設備外殼接點點，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)的計算機設備。這也是最理想的等電位防雷保護系統(tǒng)安裝方法。由防雷系統(tǒng)連接處實施后續(xù)負載等電位連接，發(fā)現(xiàn)防雷器件到地的電位差再高，防護系統(tǒng)與被防護系統(tǒng)開始做電梯，不論雷電有多大，只要不燒毀防雷器件， 則永遠不可能燒毀計算機設備，這就是等電位的防護精華。四、實現(xiàn)等電位防

9、護時存在的誤區(qū)：1單一的實施等電位不能代替雷電防護：有個單位沒有安裝防雷器件，但按照國家標準實施了非常正規(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了機房內人身安全，但機房內計算機設備遭受了數(shù)不能考慮一個因次雷擊，設備直接損失較大。 這是因為等電位是建立在雷電防護的基礎上，第3頁共4頁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雜半山區(qū)，第一次雷擊時關掉了總電源開關，即火線開關，結果也雷電高壓從零線與大地間侵入機房燒毀設備，第二次雷擊時即關掉了總電源開關三聯(lián)火線開關,又關掉了分路開關火線與零線的雙 聯(lián)開關,結果也因雷電產(chǎn)生的地電位高壓反擊到機房的UPS設備

10、，與UPS內部電池電壓之間產(chǎn)生了電位差，燒毀了 UPS電源和UPS供電的其它設備。事實說明雷電防護是一個系統(tǒng) 工程，不是簡單的堆砌。這一點同樣十分重要。2. 等電位與地線的關系：我們在位于高山、海島上的軍事陣地上實施雷電防護工程，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，許多接地電阻大于100歐姆，但是我們嚴謹?shù)囊勒諊鴺撕虸EC標準，實施等電位防護，達到了雷電防護的目的。安裝在陣地的雷電 防護系統(tǒng)至今已經(jīng)運行了數(shù)年，效果良好。結論：地線是為設備提供人身安全保障和設備運行的基本環(huán)境，與雷電防護成功與否無關。雷電防護的成敗主要是等電位問題。3. 等電位的相對性與絕對性：

11、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。即可以機房內減少人員的雷電安全隱患，又可以是一個防護與被防護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。在學習標準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)，設備地線在與配電保護地線之間有2V的電位差時，也不能機械等電位，也要實施瞬態(tài)等電位。結論：時，還要學習被保護設備的有關技術資料。只有認真學習之后，再實施雷電防護工作，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)過學習發(fā)現(xiàn)有的工程安裝時欠推敲，可能存在事故隱患， 那么一定不要