住宅樓低壓電源防雷

當前住宅建筑中大量涌入較貴重的家用電器，個人電腦也逐漸在家庭中普及。由于家用電器耐沖擊電壓水平低于低壓配電裝置(見GB50057－94局部修改征求意見稿(表6.4.3))，加強住宅建筑低壓電源防雷措施是很現實的事情。

　　眾所熟知，雷電能產生直擊雷害和感應雷害。感應雷害又有靜電感應與電磁感應之分。統計數字表明，雷電電壓通過金屬線引導到其他地方和室內造成的“高電位引入”危害，占雷害的絕大部分。設計工作者對該危害需給予足夠重視。

　　高電位引入的高電壓源有三種。第一種是直擊雷，直擊金屬導線上，高壓雷電以波的形式沿導線向兩端傳播進入室內；第二種是來自感應雷的高壓脈沖，即由于雷云之間放電或雷云對地放電所形成的靜電感應及電磁感應，通過場耦合到各種電線中，產生幾仟伏乃至幾十仟伏以上的感應高電位，也以波的形式傳入戶內；第三種是直擊雷在建筑物和建筑物附近入地，或建筑物防雷裝置采用共同接地，其接地極上泄放雷電流，都會在接地極上因電阻耦合發生數拾仟伏乃至上百仟伏的高電位，該電位通過電力系統的PE線或弱電系統的地線，也以波的形式傳入室內設備外殼(此刻設備芯線呈低電位)，形成過電壓危害，這類情況往往被忽視。

　　直擊雷擊中室外線路，擊中點的電位相當高，可能達數百萬數仟萬伏，但是沖擊波每經過一根電桿，桿上瓷瓶將對地閃絡放電，降落為磁瓶的閃絡電壓30～40仟伏。設波阻抗為300～600歐，則終端入地電流約80A左右，若雷擊點距建筑物入戶處很近也會到10KA以上。至于感應雷引起的高壓源，實際電壓及電流決不會超過直擊雷高壓源的數值。共用接地裝置上雷電流電阻耦合的高電位是多少呢?設接地裝置上泄放20KA雷電流，接地電阻4歐，也有80仟伏之高。無論強弱電設備均無法承受(注一)。這一點在GB50057－94防雷規范條文說明第3.2.3條已有論述。降低接地電阻也無能為力，所以“電子計算機機房設計規范”GB50174－93第6、4、3條不規定共用接地電阻小于1歐姆的要求，而改為服從于交流、直流、安全、防雷共同接地中 小值要求。

防止雷電波入侵危害的措施通常有下列方法：

(1)室外線路全線埋地敷設；

(2)采用電纜段進線方式供電；

(3)進出建筑物的架空線路，進出戶處加裝放電間隙和避雷器等。

(4)建筑物防直擊雷同各種電氣系統共用接地裝置時總進戶裝置處加避雷器。

　　第一種方法：防止高電位引入效果 佳，只要將電纜金屬外皮、鋼管等在進出建筑物處同電氣設備的接地極相連就可以了。這種方式幾乎不存在高電位引入的威脅。應該注意的是，建筑物防直擊雷接地極同電氣接地極共同泄放建筑物直擊雷電流時，會出現接地極上雷電流經電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在進戶處總配電裝置上裝設一組避雷器，將高電位鉗制在安全值即可解決。

　　第二種方法：當進出建筑物采用鎧裝電纜段或無鎧裝電纜段穿鋼管，距進戶處15米之外轉換為架空線路時，不僅在電纜進出戶處要將裝電纜外皮及保護鋼管與電氣設備接地極聯接，在轉換處應裝設低壓配電線路適用的避雷器，還要將避雷器、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具連在一起接地，沖擊接地電阻不大于30歐。建筑物防直擊雷接地極若同電氣接地極共用，同樣要在總配電裝置上加裝避雷器，以防止電阻耦合的高電位引入。電纜外導體對內導體有靜電屏蔽作用，電纜的外導體同內導體形成電容很容易將芯線上高頻性質的感應電荷泄放入地，可一定程度限制較低的感應雷電波侵入；采用電纜段進出線限制高位電引入是利用“電磁封鎖”原理，將侵入的高電壓限制在允許范圍內。

　　圖中二為負載阻抗，Rd為電纜外導體電阻。當雷電波UO到達電纜首端，避雷器P擊穿，電纜內外導體等電位連通，雷電流I1，經R1入地，另一部分I2經電纜外導體流通。雷電波屬高頻性質，集膚效應致使I2僅在外導體流通，外導體上雷電流在內導體上的感應反電勢抑制了電纜芯線的雷電流通過。若外導體電阻Rd為10毫歐級數值，I2為萬安級數值，由I2·Rd可知能把高電位引入U2限制在百分比之幾以內。采用電纜段進出線方法限制高電位侵入，一定要注意電纜外皮防雷目的的接地不要同電氣設備接地分別接地。這時U2≈12·R2因R2大于Rd，U2將大于圖一的U2。

　　第三種方法：對低壓架空進出線者，應在進出線處裝設避雷器并與瓷瓶鐵腳、金具連在一起接到電氣設備的接地的裝置上。當多回路進出線時，可僅在母線或總配電箱處裝設一組避雷器或其他方式的過電壓保護器，但瓷瓶鐵腳、金具等接到接地裝置上。這種架空進線引入的高電位 高，進出線處瓷瓶鐵腳、金具接地僅可把高電位鉗制在400KV水平，僅對保護人身安全是可靠的，必須再裝避雷器進一步把高電位繼續鉗制在電氣設備可承受的限制內。是兩級曳放雷電波能量。對保護耐壓較低的家電產品而言，有必要在分配電箱處設第二級避雷器，逐級泄放雷電能量，逐步降低所鉗制的過電壓限值。GB50057－94防雷規范條文說明第3.1.1條講，信息系統裝置附近的供電是否設過電壓保護器，應由信息線路設計者，設備制造廠解決。所以，強電設計人員目前執行GB50057－94，僅解決了電源進線部分的過電壓保護，已泄放掉大部分雷電波能量。但是為在末級配電箱裝二級細保護功能的避雷器打下了基礎。例如：用戶要對電腦電源實施過電壓保護，只要在電腦電源處裝一組電腦專用電源避雷器就可以了。

正因為目前只做到住宅樓進線處粗保護，所以當選用避雷器件時，要選用沖擊殘壓不大于1.3KV，響應時間短，通流容量當8/20US時大于30KA的產品，有利于覆蓋大多數家用電器電源安全保護范圍，可一定程度地減少家用電遭雷電波侵入危害而造成的損失。

　　結束語：

從GB50057－94防雷規范條文說明第3.2.4條來看，著重傾向于低壓電氣裝置不因高電位引入而損壞絕緣，當前建筑物防雷普遍推廣了防直擊雷接地同電氣接地共同接地裝置的措施，所以目前將GB50057－94防雷規范條文中3.2.4條第八款用于屬于三類防雷等經的住宅中，以解決共用接地裝置上雷電流電阻耦合產生的高電位引入是有必要的，以將保護范圍擴大到家用電器電源保護。

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