防雷接地引起的若干问题

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宁翔防雷

 接地——什么叫接地？接地就是将电气设备的某一可导电部分与大地作电气连接或金属性连接，称电气接地，简称接地。我们通常把大地当做参考电位，即零电位，实际上这个零电位是很不稳定的。 
     因此，电子设备的接地工作，一直以来，都是电磁防护领域的重要课题。在进入数字化网络时代以后，大量的计算机、通信等工作在低电压等级（±2V DC，±5V DC，±12V DC）的电子设备得到广泛应用，有线、无线网络的结合也越来越紧密，设备的运行环境也从过去的专业机房扩展到各种复杂环境。网络化给电子设备的防护和接地带来了新的挑战。 
     目前，防雷系统的接地主要采用分散式接地和联合接地。 
 分散接地——就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。（在此不做讨论） 
     联合接地，联合接地方式也称单点接地方式，所有接地系统共用一个共同的“地”。这是我们目前普遍采用的接地方式，即将工作接地(直流工作接地或者交流工作接地)、保护接地（机壳接地）、防雷接地（防雷器件或者接闪器、防雷线的接地）统一与电子设备所在建筑物地基下铺设的接地网(或者另建的联合接地网)连接。这样可以有效避免各接地体、各系统之间出现耦合影响或电位差。下面我们就来了解下，“接地”——这一重要防雷措施要素，给整个电源、电子或通信网络系统带来的若干问题。 
1、 地电位反击 
     我们以移动通信基站为例，大家知道，电压反击是当雷电流沿基站的接闪器（铁塔）、避雷器等引雷器件对地泄放时，由于地网接地电阻的存在引起基站的地电位升高，基站直流负荷如BTS和光端机电源、开关电源整流模块、基站的动力环境监控器等设备相对远端地一般都存在寄生电容，这些设备一端与工作接地相连，无流的远端地与基站的工作接地间存在电位差（工作地与地网相连），因而产生差模脉冲电压，当超过设备的容许限度（耐压值）时必然造成设备的损坏。基站的单相交流负荷如基站空调、照明等设备的零线接在变压器的交流地上，当雷电流沿基站的避雷器对地泄放时，变压器的交流地和交流重复接地的电位也会升高，因此基站的单相交流设备也同样存在地电压反击的问题。基站设备接地的简单等效电路，我们把基站设备与接地有关的电路简单等效为线路电阻、线路寄生电感（可忽略不计）、线路负载（如传感器、BTS、空调、灯具等）终端对远端地的寄生电容组成的串联回路。假设基站的冲击接地电阻r为2Ω，防雷器对地的泄放电流为2kA，这时基站的接地排的瞬间电压为U=I×r=4kV，负载两端的瞬间浪涌电压可达4kV，如不采取措施，必然造成设备损坏。
同时，由于联合接地的原因，地电位的提高也必然造成保护地（即机壳接地）电位的提高，这样，当机壳与设备电路间的电压差达到击穿电压时，必然造成通信设备外壳与电子元器件间的放电，致使设备短路损坏甚至起火。该案例在长沙移动出现过多次，BTS二次电源模块与机壳间放电，机壳和模块被烧融。  
2、 变压器的损坏 
我们以民用变压器为例（损坏频率高）。我们常见的变压器损坏，通常是雷电流击穿损坏变压器高压端线圈（绕组），其原因主要是雷电波侵入配电变压器高压侧绕组所引起的正、逆变换过电压造成的，而这两个变换的产生都与接地有关。 
3、 对信号系统的干扰 
     我们在监控系统防雷的施工过程中会发现一个怪现象，当在视频线路上或着网络线路上安装信号保护器时，安装前设备正常，安装防雷器并接地后发现监视器出现雪花点或无显示，网络则出现数据丢包或失常。

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