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 功的基本保證作者:日期: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(xué)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(dān)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(xùn)， 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(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=labX

2、 Rab+LabX dl/dt,其中，lab為導(dǎo)線電流， Rab為導(dǎo)線電阻，Lab為導(dǎo)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：IEC1024規(guī)定：為實現(xiàn)雷擊保護-電位均衡應(yīng)采用均壓等電位導(dǎo)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(shè)備、各種導(dǎo)電體，供電及通訊設(shè)備連接在一起。二、等電位的基本目的： 1人身防護：在機房內(nèi)，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(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

3、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，最大限度的保護機房內(nèi)部人員的人身安全。2設(shè)備防護：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。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(dǎo)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(shè)備全部擊毀

4、，而防雷器件安然無恙，這是為什么？如圖所示：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lcd=O，lef=O，則：Uc=Ud， Ue=Uf?，F(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8/20卩S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=lab x R

5、ab假設(shè) Rab=0+Lab x dl/dt=1 米x 1 卩 H x 40KA/8 卩 S=5KV假 設(shè)每米電纜線長度電感按照1卩H計算，即：Uab電位差可以到達 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，在電源防一次雷暴中，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：計 算 機 機 房 設(shè)電源防雷器件并聯(lián)在配電柜的電源進線與地排上，其中a到b和c到d是防雷器件的安裝連線。防雷器件在8/20卩S雷電電磁脈沖感應(yīng)過電壓的額

6、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=lad x Rad假設(shè)Rad=0+UCUC為 防雷器件的殘余電壓1400V+Lad x dl/dt=0.5米x 1卩H x 40KA/8卩S+1400V=3900V假設(shè)每米電纜線長度電感按照1卩H計算，即：Uad電位差可以到達 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

7、述問題呢？早在國家標準和IEC標準中有過明確的闡述，但是由于任何標準在開始執(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)。UPS計算e2 因地制宜的解決等電位問題:電源防 aI均壓等電位銅帶 大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(shè)備。這是最理想的等電位防雷保護系統(tǒng)安裝方法。擊電力線雷電襲K/計A /算市機電源防 電機進房入設(shè)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

8、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(shè)備，這就是等電位的防護精華。四、實現(xiàn)等電位防護時存在的誤區(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

9、護了機房內(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：

10、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(nèi)，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(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，與雷電防護成功與否無關(guān)。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：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

11、學(xué)習(xí)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(shè)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(jié)論：時，還要學(xué)習(xí)被保護設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料。只有認真學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)有的工程安裝時欠推敲，可能存在事故隱患，那么一定不要顧及自己的