再论外部防雷和内部防雷的区别

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1、.再论外部防雷和内部防雷的区别中国科学院电工研究所  马宏达摘  要：介绍了雷电反击作用于供电系统的试验和反击雷电过电压的试验，说明了系统防雷和整体防雷的思想。关键词：建筑物防雷  SPD  系统防雷    《防雷世界》杂志2003年第8期刊登了“外部防雷与内部防雷的区别”一文，此文未能充分表达笔者中心思想，特此补充说明并向读者致歉。    从建筑物外面沿电气线路引入过电压波的防护用多级SPD逐级消减脉冲电压值，搞防雷设计的人都比较熟悉了；然而当雷击建筑物发生雷电反击现象时，LPZ1区内的电位随接地网的电位而整体抬高，反击雷电流将延接地导体向外

2、扩散而不是向建筑物内部的电气线路扩散[1]。这一模式的转变往往被人忽略，而误认为雷电波仍在向室内电气设备流去。此时LPZ1区内的震荡电压和电流来源于电磁感应和电磁耦合，这一点IEC防雷标准并没有说明白；IEC61312-3：2000，IDT《雷电电磁脉冲的防护，第三部分：对浪涌保护器的要求》文本中图B1，图B2，图B7，图B9，图B10都是讲的雷电流向外部其它建筑物和变压器扩散的情况。在雷电反击情况下，用架空线供电的建筑物遭受雷击时容易产生扩大的雷击事故，这一点我国防雷工作者早有察觉。我国防雷学者是采用对进出线做屏蔽段来解决这一问题的。一、雷电

3、反击作用于供电系统的试验[2]    1958年清华大学朱德恒老师带领学生做了建筑物遭受雷击时其内部电气设备有无反击危险的模拟试验。笔者按文[2]将此试验重述如下：试验代表建筑物有自己的变电所，经主变压器供电，负荷采用铠装电缆或铁管敷线接至变压器上。假设变压器中心点的工作接地及外壳的保护接地和防雷接地相连结。图1代表变压器高压绕组一端开路，一端经100Ω电阻接地，这种情形相当于Y/Y0接线，高压绕组由架空线供电的运行方式。 ... 图1  防雷接地与变压器工作接地共用时的冲击试验K——长100m的电力电缆，Tp——3kV、10kVA配电变压器 

4、    试验中电缆拉直，以绝缘子架起，将外壳对地绝缘。如图l加冲击电压于电缆首端外导体，然后测量电缆外导体首端1，末端3及内芯首端2，末端4之电压。测得之示波图如图2所示。  图2  防雷接地与变压器工作接地共用时冲击试验示波图1、2、3、4——代表各点(参看图1)的示波图...     由图2可见，内芯和外皮间电压基本相同。如将变压器去掉，将4点开路或将4点与3点相连时，所得结果完全一样。这是因为电缆外导体将内芯完全电磁屏蔽之故。因此在3和4点之间接入不论何种型式和容量的变压器时，示波图亦应相同。此时电缆或变压器低压绕组与铁芯间均无反击危险。

5、    但若变压器中性点具有独立的工作接地，它和防雷接地不相连接，则情况就不同了。按图3进行冲击试验，所得之示波图如图4所示。  图3  防雷接地与变压器工作接地分开时的冲击试验图4  防雷接地与变压器工作接地分开时冲击试验示波图 ...    当电压波作用于电缆外导体时，内芯将通过变压器低压绕组和接地电阻从地中补充电荷。当电压波刚作用于外导体时，内芯首端离接地点远，有较大之电感，因而具有较高之电位，但随着时间增加，内芯电位很快衰减至零。离末端越近，其电位衰减得也越快，因而内芯与外导体间出现了电位差。其值视雷电流及接地电阻之大小而定，可达到很大

6、的数值，亦即此时电缆有反击危险。显然这种结线方式是不好的。    若变压器工作接地及保护接地和防雷接地接在一起，则高压绕组对低压绕组和变压器外壳间将出现很大电位差，其值视接地电阻及雷电流数值而定。因此高压进线须装设保护装置(如浪涌保护器SPD等)。实际上由架空线供电时变压器高压总是装有SPD的。所以我们主张用电缆段和铁管穿线的方法为建筑物供电，这些防雷作法有充分的实验根据和40余年的运行经验，而且写入了GB50057-94《建筑物防雷设计规范》第3.3.9条第二款第一项和第三款第一项条文之中。我国的这些先进的防雷理论应该写进防雷规范的第六章中，

7、对有误导作用的规范条文应该进行修改。如果还有争议大家可以用实验来检验。二、一栋建筑物的雷电耗能渠道要设计好    现在我国防雷公司发明了电子触发型的SPD1器件用以解决SPD1不能先期动作的问题，对此我们表示赞赏。无论如何，我们要研究出适用于各种建筑物和对应于各种情况的最佳防雷方案。我认为将反击雷电流放入电网和相邻建筑物中去扩大雷击事故，不如把反击雷电流引入电缆外皮和屏蔽铁管使其入地更安全更合理。这种系统防雷和整体防雷的思想才是笔者的中心看法，它无意间竟因为10/350μs波形的争议被冲淡了。有人质问：“10/350μs波形已纳入IEC标准中，

8、如果要否定它，就要拿出实测、统计和分析数据，并在IEC的会议上取得多数同意才能成为新的波形。在此之前也就只能照章行事，执行IEC的标准”。    这一