防雷接地及電涌保護的方案和問題

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　地下水位在地下0.5-2米，隨漲潮落潮而變化，考慮到地下水主要是海水，且水位變化范圍恰在接地體敷設范圍之內(nèi)，對接地體腐蝕性極大。故埋設的接地網(wǎng)由銅包鋼接地極和BV-1x70接地線組成，兩者連接采用放熱焊接。

　　建筑物頂部采用Φ10鍍鋅扁鋼做避雷網(wǎng)，利用建筑物鋼筋作為引下線，每根鋼筋都≥Φ10，上端與避雷網(wǎng)焊接，下端與70mm²裸銅絞線放熱焊接。每個引下點的裸銅絞線一端至少和一根鋼筋焊接，另一端引至室內(nèi)接地銅排。再從接地銅排上分別引線至室外地下接地極（銅包鋼）和接地環(huán)線（BV-1x70）。由于是在地上“分別引線”，就可以在地上直接測量每根接地極的接地電阻以及腐蝕狀況，因為BV-1x70可視為不被腐蝕，從而也掌握了整個接地網(wǎng)的腐蝕狀況。

　　當然，這樣就沒有了水平接地體，相比之下，接地電阻會較高。但考慮到沿海地區(qū)土壤接地電阻很低（<100），故這方面問題不大。

　　因為雷電流通過接地金屬體時，導致周圍土壤被電離，產(chǎn)生很大的電抗。故沖擊接地電阻只能計算一定區(qū)域內(nèi)的接地體，按照建筑物防雷規(guī)范，區(qū)域半徑與土壤電阻率的開方成正比。但由于這里采用的是BV-1x70導線而不是水平接地體，包圍導體的不是土壤而是PVC，電阻率幾乎可視為無窮大，因此沖擊接地電阻的計算范圍可包括整個接地網(wǎng)。由于土壤電阻率≤100時，接地體沖擊接地電阻等于其工頻接地電阻，故每根引下線的沖擊接地電阻均可等同于全廠接地網(wǎng)的工頻接地電阻。

　　此工程工頻接地電阻<1 ohm以上表述有無錯誤？雷電流通過導線是否同樣也會產(chǎn)生較大的電感？是否也會有個計算范圍？如果有，這個范圍應該多大？BV-1x70是否過大？

　　下面再說電涌保護。

　　此工程的配電控制樓共3層，一樓電纜層，二樓配電室，三樓中央控制室，該建筑物為二類防雷。配電室內(nèi)布置10kV和0.4kV開關柜及Dyn11干式變壓器，低壓TN-S接地形式，10kV進線電纜200米外埋地引入，低壓電纜通過金屬橋架引出，頂層橋架有金屬蓋板。

　　變壓器中性點通過一根BV-1x 120導線（考慮到短路電流熱穩(wěn)定）引至一樓接地銅排，該銅排如上所述，與引下線和室外接地網(wǎng)相連，兼做等電位排。

　　當雷擊建筑物時，通過避雷網(wǎng)——引下線——接地銅排——BV-120導線，使雷電流傳遞到變壓器中性點，中性點產(chǎn)生高電壓。雷電流分流至開關柜母線上的L1，L2，L3，N，PE各線，N線和PE線的電壓同時升高，電壓差為0，但是入侵相線的高頻雷電流，由于經(jīng)過變壓器低壓繞組，相位改變，和N線、PE線電位差超過了電氣設備的承受能力，產(chǎn)生電涌。

　　考慮到此處直擊雷不可能通過架空線直接進入低壓系統(tǒng)，而直擊在建筑物上的雷電流，到達變壓器中性點時已經(jīng)大幅衰減，故LPZ0B和LPZ1的交界點不是電源進線開關，而是在那個接地銅排上。因此低壓開關柜進線開關處電涌保護器應選擇8/120波形。

　　1、“由于土壤電阻率≤100時，接地體沖擊接地電阻等于其工頻接地電阻，故每根引下線的沖擊接地電阻均可等同于全廠接地網(wǎng)的工頻接地電阻。”

　　對于這一點GB 50057附錄三的解釋條文中有一個注釋，其只適用于引下線接地點距接地體最遠端距離不大于20米的情況。因此需妥善考慮。

　　2、“以上表述有無錯誤？雷電流通過導線是否同樣也會產(chǎn)生較大的電感？是否也會有個計算范圍？如果有，這個范圍應該多大？BV-1x70是否過大？”

　　你說的很清楚，難得有說這么清楚的。如果你使用的是BV-1×70電纜，且從接地銅排到接地體的電纜長度不大于20米的話，這段電纜上的壓降是很小的，可以滿足使用要求。不過一般是使用BV-2的電纜。對于接地連接線，個標準要求不一樣，一般在65平方到105平方之間。

　　3、“當雷擊建筑物時，通過避雷網(wǎng)——引下線——接地銅排——BV-120導線，使雷電流傳遞到變壓器中性點，中性點產(chǎn)生高電壓。雷電流分流至開關柜母線上的L1，L2，L3，N，PE各線，N線和PE線的電壓同時升高……”

　　你這個路徑我感覺有問題。線路上的阻抗怎么都比接地阻抗大，那雷電流為什么不流向大地反要流向設備呢？我感覺你混淆了‘反擊電壓’和‘反擊電流’這兩個概念。這種路徑不成立。

　　4、“考慮到此處直擊雷不可能通過架空線直接進入低壓系統(tǒng)，而直擊在建筑物上的雷電流，到達變壓器中性點時已經(jīng)大幅衰減，故LPZ0B和LPZ1的交界點不是電源進線開關，而是在那個接地銅排上。”

　　這個是確立不使用10/350波形電涌保護器的理由嗎？未免有點牽強……

　　5、“似乎全世界的低壓開關柜都是通過架空線引入，而且還是低壓架空線.”

　　這個說的太絕對了。沒有見過不等于沒有。至少我見過全線地埋鎧裝32千米的線路。

　　1.“只適用于引下線接地點距接地體最遠端距離不大于20米的情況”

　　這點我覺得有疑問：所謂20米是怎么出來的？如果把上述話改成“只適用于鍍鋅扁鋼從引下線接地點到接地極最遠端距離不大于20米的情況”，那就比較容易理解了，因為在土壤電阻率為100的情況下，如果有水平接地體的話，沖擊接地電阻有效范圍半徑恰恰是20米。而現(xiàn)在我通過BV線連接接地銅排和接地極，這樣的20米距離限制是否還有必要呢？

　　2.BV線從接地銅排上直接引至地下直埋，連接到20米外的一根接地極；和BV線從接地銅排引出，在地上敷設20米，再引入地下與接地極連接，兩者接地效果有何不同呢？或許，規(guī)范上所謂的“引下線接地點”，在這里應該是BV線和接地極之間的焊接點，而不是BV線和接地銅排之間的連接點。

　　3.這里我可能沒說清楚，大部分雷電流自然會從建筑物基礎和人工接地極分流，但是還有一部分會分流至變壓器中性點以及其它等電位連接的金屬體。

　　4. 牽強嗎？也許吧，那么用10/350是否就不牽強呢？按照我的理解（當然理解未必正確），10/350電涌保護器是為了在該點遭到未衰減的直擊雷電流情況下，能夠卸放大部分雷電流，使雷電流衰減，形成一個LPZ0B和LPZ1的交界點，從而在下一級使用8/120電涌保護。如果說不管是在LPZ1區(qū)內(nèi)還是在LPZ0B和LPZ1的交界點，只要是電源進線開關，就要加10/350，那我覺得很難理解。對于雷電流而言，決定它強弱的是LPZ各區(qū)劃分，到底是進線開關還是出線開關，對雷電流大小而言毫無意義。

　　5. 我只是覺得很多防雷文章甚至防雷規(guī)范，都只知道論述“低壓架空線引入”，對其它情況的進線帶來的變化視而不見。就像是上面論述的情況，如果低壓架空線引入，進線開關用10/350是理所當然的，因為架空線在連接電涌保護器之前，不可能像建筑物那樣也搞個接地排分流。我冒昧的揣測一下，雷電對電力系統(tǒng)的傷害最初就是從雷擊架空線引起的，防雷產(chǎn)業(yè)由此起步，是否防雷界也就認定了這個最原始的配電方式？總是對此津津樂道，對其它進線方式總是那么含糊其辭。

　　那么這個入侵電力系統(tǒng)的雷電流到底有多大呢？《建筑物防雷設計規(guī)范》P34要求按照附錄6估算，可問題是附錄6根本沒說怎么估算，幸好接著說了句“當無法估算時……”。我不明白編規(guī)范的專家為什么要繞這么個圈子，直接告訴我們“按照附錄6參數(shù)，根據(jù)以下方法估算”不就得了？

　　給出的估算方法看后的疑問：全部雷電流應該通過所有引下線分流吧？按照規(guī)范這個建筑物最少應該有8根引下線，那么每根引下線上的電流就是150/8=18.75kA？那我把外墻的16根柱子全做成引下線，是否就是 150/16=9.375kA？雷電流到了引下線接地處又開始分流了，“全部雷電流的50%流入建筑物接地裝置”——為什么？引下線沖擊電阻10Ω、4Ω、1Ω的時候，是否分流的電流比例都一樣呢？這個比例能不能更大？能大多少？

　　接下來，假設開關柜有一支路給UPS配電，那么在這配電開關前還要加一個8/120電涌保護器，這個電涌保護器通流容量能比進線處的電涌保護器小多少？我看有文章說上級電涌保護器“應該”已經(jīng)卸放掉90%的入侵雷電流了，下級只要10%計算就可以了。姑妄言之，姑妄聽之吧。另外對于10/350和8/120的換算也是筆糊涂賬。

　　接下來，從出線開關引出電纜，TN-S配電，引至放在3樓控制室的UPS盤柜，UPS以及控制盤柜進線處廠家已經(jīng)配備了自帶的電涌保護，不勞我們費神選型——反正選也是瞎選，呵呵呵！

　　然后就是控制室內(nèi)等電位連接，保護接地工作接地最后都引到一個銅排上，由銅排上引出一條BV-1x70導線與全廠接地網(wǎng)相連，由于接地網(wǎng)工頻接地電阻小于1，這樣做是沒有問題的……

　　但是慢著，這條BV-1x70導線具體應該引到哪個位置呢？引到一樓的接地銅排嗎？那么當雷擊建筑物時，控制室的接地母排會遇到和變壓器中性點一樣的問題——雷電流從一樓接地銅排分流、電壓升高，由這個方向入侵的雷電波絲毫不弱于從變壓器中性點入侵的雷電波。只不過在開關柜進線處有大容量的電涌保護器卸流，而在控制室這個方向，地線電壓大幅升高，相線、N線電壓不變，此處的電涌保護器通流容量卻都小的要命，結果只能被燒毀。也就是說，如果控制室的接地排和一樓的接地銅排直接相連，那么前者——包括與之連接的電子設備，其實處于LPZ1區(qū)，而不是LPZ3、LPZ4.如果它們在LPZ1區(qū)說不會被燒毀，那么我們剛才從電源處開始加了一級又一級的電涌保護又有什么意義呢？

　　那么我們直接把這條BV線接到外部的地下接地環(huán)網(wǎng)上，是否就沒問題了呢？很遺憾，接地環(huán)網(wǎng)也是由BV-1x70連接起來的，無論選擇地下導線上哪一點，和一樓的接地銅排還是等電位。也許，在連接點和接地銅排之間還會有幾根接地極，能夠再分流一部分，但我不認為靠幾根接地極就能起到上述多重電涌保護器的作用。

　　那么，這條儀表接地線應該連到哪呢？

　　另外，由于是TN-S供電，如果某臺戶外用電設備遭雷擊，比如路燈，那么雷電波完全可以通過電纜中的PE線傳至開關柜PE母排，也就是說任何一條支路都可能遭受雷電波入侵，并不只是進線開關處才有可能。