接地電阻值對防雷效果的影響

韓方雨 于華都

（1. 長吉城際鐵路有限責任公司，長春 130000；2. 中國鐵路通信信號集團公司 基礎設備事業部，北京 100166）

隨著鐵路發展步伐的加快，鐵路信號技術取得突飛猛進的發展，信號設備向數字化、網絡化、智能化和綜合化方向邁進，大規模集成電路等低耐壓器件在信號設備中大量使用。這些微電子設備在大幅度提升信號設備技術水平的同時，也面臨著嚴峻的雷電考驗，這主要由于微電子設備對過電壓和電磁感應的敏感性所決定。因此，雷電災害對信號設備所帶來的危害越來越大，對信號設備的雷電防護已成為保證鐵路安全運輸的重要課題。在此僅對接地電阻值對雷電防護效果的影響進行探討，不當之處請專家批評指正。

1 目前防雷的主要設備

防雷設備是設備的雷電保護裝置，其對設備的保護方式是在雷電及電磁脈沖侵入時，應能及時限制雷電高壓并將雷電大電流引導入地，防雷設備是根據雷電的危害特點研制的。防雷設備主要包括：改善電磁兼容環境條件，包含屏蔽、等電位設置以及合理布線；分區分級設置防雷保安器；良好的接地措施等。在此，僅就良好的接地措施對防雷設備防護效果的影響進行分析，尤其是接地電阻值大小對防雷效果的影響進行重點分析。

雷電災害主要有直擊雷、感應雷(包括靜電感應和電磁感應)和球形雷，但不論哪種雷害，都表現為高電壓、大電流和地電位反擊的形式。

針對上述雷電危害的特點，防雷設備的防護原理就是限壓、泄流和等電位連接。防雷設備限壓主要是對雷電高電壓進行限制，使得到達被保護設備端的雷電壓低于被保護設備的耐壓；泄流就是對雷電大電流能迅速引導入地，使得進入被保護設備的雷電流在安全范圍內；等電位連接是把同一區域內的設備等電位連接后，再做接地處理。

2 良好接地的防雷效果分析

在目前的防雷設備中，限壓功能是利用防雷保安器來實現的，通過合理地選用防雷保安器，實現對不同耐壓等級的設備進行防護；等電位連接不難理解，不再解釋；而泄流的主要因素就是接地，影響泄流能力的因素，除了防雷保安器的通流能力外，還受到泄流線路長度、電阻值和接地電阻值的大小影響。在影響泄流能力的因素中，防雷保安器、線路容易人為控制，而接地電阻值不容易人為控制，其主要原因是受投資能力的限制。因為做接地有時要在山區、沙漠地質環境下，在這樣的地質環境下要把接地電阻做得很小很困難，尤其是在投資有限的情況下就更困難。那么在接地電阻不能有效地做到很小的情況下，接地電阻值的大小對防雷效果的影響有多大呢？

當有雷電流通過接地電阻時，會造成接地點的地電位升。在通過同樣的雷電流時，接地電阻值大，地電位升的幅度就高，接地電阻值小，地電位升的幅度就低，但地電位升是不可避免的。地電位升對被防護設備有危害，這是由于地電位升引起的反擊所致，稱之為地電位反擊。

地電位反擊通常是指：建筑物的外部防雷系統（如避雷針、避雷網等）遭受直接雷擊，則在接地電阻的兩端產生危險過電壓，此過電壓由設備的接地線、建筑物或附近其他建筑物的外部防雷系統或其他自然接閃物（各種管道、電纜屏蔽管等）引入設備，造成設備的損壞現象。

地電位的反擊通常存在2種形式：（1）雷電流流入大地時，由于泄放電流較大和接地電阻的存在，產生較大的壓降，使地電位抬高，反向擊穿設備；（2）2個地網之間，由于沒有足夠的安全距離，其中一個地網接受了雷電流，產生高電位，則向沒有接受雷擊的地網產生反擊，使得該接地系統上帶有危險的高電壓。雷電流泄放產生高壓示意如圖1所示。

圖1表明，建筑物在遭受直接雷擊時，雷電流將沿建筑物防雷系統各引下線和接地體入地，在此過程中，雷電流將在入地點的大地產生暫態高電壓。如果引下線與周圍網絡設備絕緣距離不夠，且設備的電源系統PE線接地及信號系統邏輯接地與避雷系統不共地，則將在兩者之間出現很高電壓，并會發生放電擊穿，導致設備嚴重損壞，甚至危及人身安全。

地電位暫態高電位不僅危害本建筑物內的設備，還會危及到相鄰建筑物內的設備。該相鄰建筑物內的設備雖然沒有遭直接雷擊，但在附近建筑物遭雷擊后，暫態高電位將沿地下管道傳至相鄰建筑物內的設備接地系統，對線路發生反擊，使得與這些線路相連接的設備受到暫態高電位的損害。地電位反擊可感生出幾kV到幾十kV至數百kV的反擊電壓，這種反擊會沿著電力系統的零線，保護接地線和各種形式的接地線，以波的形式傳入室內或傳播到更大的室內范圍，造成大面積的危害。

國家標準GB 50057-94（2000）《建筑物防雷設計規范》第三章，第3.4.8條規定：為防止雷電流流經引下線和接地裝置時產生的高電位對附近金屬物或線路的反擊，則其間的最小安全距離應按下列表達式計算：

式中：Se2為地中的距離；Ri為引下線的沖擊接地電阻；kc為分流系數。

在鐵運【2006】127號《鐵路信號維護規則》中，規定這個安全距離為20 m。

3 解決地電位反擊的方法

針對地電位反擊問題的解決方法：（1）引入了等電位連接的原理，實現本防護區域內設備地電位升相同，很好地解決了本防護區域的設備地電位反擊問題；（2）對于使用不同接地裝置的2個防護區設備，為很好地解決地電位升高引起的反擊問題，就要保證兩個接地裝置間保持足夠的安全距離，最少要保持20 m以上。

4 結論

綜上所述，接地電阻值越小，地電位升就越小，地電位反擊電壓就低，對本防護區域和臨近防護區域的設備影響就小，防雷效果好。但如果接地裝置與其他接地裝置間有足夠的距離，同時，本防護區域內的設備進行了很好的等電位連接，即使接地電阻值較大，也能很好地解決地電位反擊問題。因此，在有限的投資條件下，一味地強調要把接地電阻值做小是沒有必要的。

[1] 鐵運【2006】6號 關于印發《鐵路信號設備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導意見》的通知[S].

[2] GB 50057-94（2000）建筑物防雷設計規范[S].