高层建筑的防雷保护接地.ppt

众所周知，高层建筑由于在地面凸起的高度更容易遭到雷电的危害。特别是近年来楼房越来越高，楼内随着办公自动化的发展，计算机及其网络的大量使用，对雷电干扰、地电位的干扰要求越来越严。因此，高层建筑的接地问题也就显得越来越重要。
室外防雷保护的目的是防止雷电直接击中建筑物引起建筑物着火，或击坏建筑物的结构，闪电放电必须用接闪装置把它挡截并使雷电流通过引下线和接地极而安全地泄入大地。与此不同，室内防雷保护的目的，则注重保护人身和室内设施的安全，特别是电气装置和设备等的安全。因此必须防止建筑物内部及电气装置内部由于过电压而击穿，同时也应把电气系统内的感应电压限制在安全值之内。这后一种情况对工作电压和绝缘水平都很低的电子系统就显得更为重要。在电子计算机上，一个微小的干扰可能造成电子计算机系统瘫痪，从而产生较大的经济损失。因而高层建筑的防雷接地问题，也就越来越引起人们的重视。

一、沿导线的电位降
当雷电流通过接地引下线时，在导线的周围产生磁场并沿着导线产生一电压降（图19-1），在单位时间内单位导体上的这种电压降可以用下式表示

它由传播速度v=300m/μs及波头陡度为di/dt的电流所产生。波阻抗Z约为300-500Ω。根据以上的数值，对陡度为kA/μs的雷电流来说，沿导线的电位降约为1-1.7kV/m。
另外，防雷装置可用一个集中元件的电路来代表。沿导线的电压夹降为

式中L——导线电感
R——有效电阻
i——雷电流
ui——电位降
Z、R、L——引下线DC的波阻抗、电感、电阻
长导线的电感约为1-1.5μH/m，由此可知，对于陡度为1kV/μs的雷电流来说，其电感电压降约为1-1.5kV/m，在波头的持续时间内导线上的电阻电压降微不足道。在截面为50mm2的铜导线上，电压降仅为0.36V/（m.kA），而在同截面钢线上则为3.4V/（m.kA）。
以测量到的最大雷电流陡坡100kA/μs来计算，在10m长的单根引下线上，电感电压降约为1-1.5MV。但这一高电压只出现于雷电流波头存在的一瞬间，为时也不过1μs或更短。由于电晕损耗，这一电压将进一步降低。
如果使雷电流分布在几条并联的引下线上，由于每根引下线的雷电流陡度系按并联导线的根数成反比而减小，所以感应电压降大为减低。但这一关系只适用于根数不多而长度相近的并联引下线。然而，即使把无限数目的导线沿圆周排列在一起，它的感应电压降也只是减小一些而已。
二、接地极本身及其附近的电压降
当雷电流i通过接地极流入大地时，沿地表的电位分布见图19-2，在入地点和大地上远处某一点之间将产生一电压降

式中Le——接地极的有效电感
Re——相对于真正零电位面的电阻。在图19-2（a）中，表示当电流i通过单独接地极E而泄入大地时的电位分布；图19-2（b）表示将接地极改为几级环形接地装置后电位分布的情况。对于短接地极可不计电感的影响，对于较长的接地极要考虑接地极的电感，但长度更长时需视为波阻抗，在电阻率很高的土壤中，单根长接地极的波阻抗为150Ω。如果兼顾电位均衡目的而采用了环形接地极或网形接地装置，则电感的影响可以忽略。接地电阻并不影响着沿周围地面的电位分布。如图19-2所示。离接地极越远，所造成跨步电压越低。将不同直径的环形接地极埋于不同的深度，如图19-2（b）所示，可以把跨步电压限制在安全水平。
为了把建筑物入口处的跨步电压减小到最低值，可埋设一个如图19-2中M所示的接地网。在很多场合可采取一种简便的措施，如铺上厚度至少20cm的绝缘层，这绝缘层可为砾石或沥青混凝土。三、感应电压
闪电通道上电荷随着时间的变化产生位移电流，并使绝缘的金属物体得以电容性充电。雷电流产生的磁场变化在金属环路中感应出电压和电流，如图19-3所示。在偶尔情况下，金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比，在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说这种危险只出现于陡度大的雷电流波头部分，而持续的时间不会超过1-2μs，感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。图中i为雷电流，P为在引下线旁边的孤立金属部件。

式中U——引下线电压
Uc——P上的电容性感应电压。
图7-4所示的是另一种型式的环路，它是由距离引下线DC中心为a处的一根金属导线B所构成。导线B可以是绝缘的或可与引下线DC分开接地。流经引下线的雷电流i，对1kA/μs的电流陡度，在沿半径为r的引下线DC的方向上，宽度为a，长度为1m的环路所感应的电压为

因此，对于分别可得=0，0.46，0.92，1.38，1.84（kV/m）（kA/μs）。
当环的宽度为1m或更大一些时，感应电压的数值。约为1-1.7（kV/m）（kA/μs）。当引下线的直径增大时，例如采用钢管，则感应电压将显著降低