防雷接地及電涌保護(hù)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(shè)范圍之內(nèi)，對接地體腐蝕性極大。故埋設(shè)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(gè)引下點(diǎn)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?yàn)锽V-1x70可視為不被腐蝕，從而也掌握了整個(gè)接地網(wǎng)的腐蝕狀況。

　　當(dāng)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?yàn)槔纂娏魍ㄟ^接地金屬體時(shí)，導(dǎo)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(jì)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(dǎo)線而不是水平接地體，包圍導(dǎo)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(jì)算范圍可包括整個(gè)接地網(wǎng)。由于土壤電阻率≤100時(shí)，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(cuò)誤？雷電流通過導(dǎo)線是否同樣也會產(chǎn)生較大的電感？是否也會有個(gè)計(jì)算范圍？如果有，這個(gè)范圍應(yīng)該多大？BV-1x70是否過大？

　　下面再說電涌保護(hù)。

　　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(guān)柜及Dyn11干式變壓器，低壓TN-S接地形式，10kV進(jìn)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(diǎn)通過一根BV-1x 120導(dǎo)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(dāng)雷擊建筑物時(shí)，通過避雷網(wǎng)——引下線——接地銅排——BV-120導(dǎo)線，使雷電流傳遞到變壓器中性點(diǎn)，中性點(diǎn)產(chǎn)生高電壓。雷電流分流至開關(guān)柜母線上的L1，L2，L3，N，PE各線，N線和PE線的電壓同時(shí)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(shè)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(jìn)入低壓系統(tǒng)，而直擊在建筑物上的雷電流，到達(dá)變壓器中性點(diǎn)時(shí)已經(jīng)大幅衰減，故LPZ0B和LPZ1的交界點(diǎn)不是電源進(jìn)線開關(guān)，而是在那個(gè)接地銅排上。因此低壓開關(guān)柜進(jìn)線開關(guān)處電涌保護(hù)器應(yīng)選擇8/120波形。

　　1、“由于土壤電阻率≤100時(shí)，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(diǎn)GB 50057附錄三的解釋條文中有一個(gè)注釋，其只適用于引下線接地點(diǎn)距接地體最遠(yuǎn)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(cuò)誤？雷電流通過導(dǎo)線是否同樣也會產(chǎn)生較大的電感？是否也會有個(gè)計(jì)算范圍？如果有，這個(gè)范圍應(yīng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求不一樣，一般在65平方到105平方之間。

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

　　你這個(gè)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(shè)備呢？我感覺你混淆了‘反擊電壓’和‘反擊電流’這兩個(gè)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(jìn)入低壓系統(tǒng)，而直擊在建筑物上的雷電流，到達(dá)變壓器中性點(diǎn)時(shí)已經(jīng)大幅衰減，故LPZ0B和LPZ1的交界點(diǎn)不是電源進(jìn)線開關(guān)，而是在那個(gè)接地銅排上。”

　　這個(gè)是確立不使用10/350波形電涌保護(hù)器的理由嗎？未免有點(diǎn)牽強(qiáng)……

　　5、“似乎全世界的低壓開關(guān)柜都是通過架空線引入，而且還是低壓架空線.”

　　這個(gè)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(diǎn)距接地體最遠(yuǎn)端距離不大于20米的情況”

　　這點(diǎn)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(diǎn)到接地極最遠(yuǎn)端距離不大于20米的情況”，那就比較容易理解了，因?yàn)樵谕寥离娮杪蕿?00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(shè)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(diǎn)”，在這里應(yīng)該是BV線和接地極之間的焊接點(diǎn)，而不是BV線和接地銅排之間的連接點(diǎn)。

　　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(chǔ)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(diǎn)以及其它等電位連接的金屬體。

　　4. 牽強(qiáng)嗎？也許吧，那么用10/350是否就不牽強(qiáng)呢？按照我的理解（當(dāng)然理解未必正確），10/350電涌保護(hù)器是為了在該點(diǎn)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(gè)LPZ0B和LPZ1的交界點(diǎn)，從而在下一級使用8/120電涌保護(hù)。如果說不管是在LPZ1區(qū)內(nèi)還是在LPZ0B和LPZ1的交界點(diǎn)，只要是電源進(jìn)線開關(guān)，就要加10/350，那我覺得很難理解。對于雷電流而言，決定它強(qiáng)弱的是LPZ各區(qū)劃分，到底是進(jìn)線開關(guān)還是出線開關(guān)，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(jìn)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(jìn)線開關(guān)用10/350是理所當(dāng)然的，因?yàn)榧芸站€在連接電涌保護(hù)器之前，不可能像建筑物那樣也搞個(gè)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(rèn)定了這個(gè)最原始的配電方式？總是對此津津樂道，對其它進(jìn)線方式總是那么含糊其辭。

　　那么這個(gè)入侵電力系統(tǒng)的雷電流到底有多大呢？《建筑物防雷設(shè)計(jì)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(dāng)無法估算時(shí)……”。我不明白編規(guī)范的專家為什么要繞這么個(gè)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(yīng)該通過所有引下線分流吧？按照規(guī)范這個(gè)建筑物最少應(yīng)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(shí)候，是否分流的電流比例都一樣呢？這個(gè)比例能不能更大？能大多少？

　　接下來，假設(shè)開關(guān)柜有一支路給UPS配電，那么在這配電開關(guān)前還要加一個(gè)8/120電涌保護(hù)器，這個(gè)電涌保護(hù)器通流容量能比進(jìn)線處的電涌保護(hù)器小多少？我看有文章說上級電涌保護(hù)器“應(yīng)該”已經(jīng)卸放掉90%的入侵雷電流了，下級只要10%計(jì)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(guān)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(jìn)線處廠家已經(jīng)配備了自帶的電涌保護(hù)，不勞我們費(fèi)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(hù)接地工作接地最后都引到一個(gè)銅排上，由銅排上引出一條BV-1x70導(dǎo)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(dǎo)線具體應(yīng)該引到哪個(gè)位置呢？引到一樓的接地銅排嗎？那么當(dāng)雷擊建筑物時(shí)，控制室的接地母排會遇到和變壓器中性點(diǎn)一樣的問題——雷電流從一樓接地銅排分流、電壓升高，由這個(gè)方向入侵的雷電波絲毫不弱于從變壓器中性點(diǎn)入侵的雷電波。只不過在開關(guān)柜進(jìn)線處有大容量的電涌保護(hù)器卸流，而在控制室這個(gè)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(hù)器通流容量卻都小的要命，結(jié)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(shè)備，其實(shí)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(hù)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(dǎo)線上哪一點(diǎn)，和一樓的接地銅排還是等電位。也許，在連接點(diǎn)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(rèn)為靠幾根接地極就能起到上述多重電涌保護(hù)器的作用。

　　那么，這條儀表接地線應(yīng)該連到哪呢？

　　另外，由于是TN-S供電，如果某臺戶外用電設(shè)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(guān)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(jìn)線開關(guān)處才有可能。