接地电阻值对防雷效果的影响

韩方雨 于华都

（1. 长吉城际铁路有限责任公司，长春 130000；2. 中国铁路通信信号集团公司 基础设备事业部，北京 100166）

随着铁路发展步伐的加快，铁路信号技术取得突飞猛进的发展，信号设备向数字化、网络化、智能化和综合化方向迈进，大规模集成电路等低耐压器件在信号设备中大量使用。这些微电子设备在大幅度提升信号设备技术水平的同时，也面临着严峻的雷电考验，这主要由于微电子设备对过电压和电磁感应的敏感性所决定。因此，雷电灾害对信号设备所带来的危害越来越大，对信号设备的雷电防护已成为保证铁路安全运输的重要课题。在此仅对接地电阻值对雷电防护效果的影响进行探讨，不当之处请专家批评指正。

1 目前防雷的主要设备

防雷设备是设备的雷电保护装置，其对设备的保护方式是在雷电及电磁脉冲侵入时，应能及时限制雷电高压并将雷电大电流引导入地，防雷设备是根据雷电的危害特点研制的。防雷设备主要包括：改善电磁兼容环境条件，包含屏蔽、等电位设置以及合理布线；分区分级设置防雷保安器；良好的接地措施等。在此，仅就良好的接地措施对防雷设备防护效果的影响进行分析，尤其是接地电阻值大小对防雷效果的影响进行重点分析。

雷电灾害主要有直击雷、感应雷(包括静电感应和电磁感应)和球形雷，但不论哪种雷害，都表现为高电压、大电流和地电位反击的形式。

针对上述雷电危害的特点，防雷设备的防护原理就是限压、泄流和等电位连接。防雷设备限压主要是对雷电高电压进行限制，使得到达被保护设备端的雷电压低于被保护设备的耐压；泄流就是对雷电大电流能迅速引导入地，使得进入被保护设备的雷电流在安全范围内；等电位连接是把同一区域内的设备等电位连接后，再做接地处理。

2 良好接地的防雷效果分析

在目前的防雷设备中，限压功能是利用防雷保安器来实现的，通过合理地选用防雷保安器，实现对不同耐压等级的设备进行防护；等电位连接不难理解，不再解释；而泄流的主要因素就是接地，影响泄流能力的因素，除了防雷保安器的通流能力外，还受到泄流线路长度、电阻值和接地电阻值的大小影响。在影响泄流能力的因素中，防雷保安器、线路容易人为控制，而接地电阻值不容易人为控制，其主要原因是受投资能力的限制。因为做接地有时要在山区、沙漠地质环境下，在这样的地质环境下要把接地电阻做得很小很困难，尤其是在投资有限的情况下就更困难。那么在接地电阻不能有效地做到很小的情况下，接地电阻值的大小对防雷效果的影响有多大呢？

当有雷电流通过接地电阻时，会造成接地点的地电位升。在通过同样的雷电流时，接地电阻值大，地电位升的幅度就高，接地电阻值小，地电位升的幅度就低，但地电位升是不可避免的。地电位升对被防护设备有危害，这是由于地电位升引起的反击所致，称之为地电位反击。

地电位反击通常是指：建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，则在接地电阻的两端产生危险过电压，此过电压由设备的接地线、建筑物或附近其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏现象。

地电位的反击通常存在2种形式：（1）雷电流流入大地时，由于泄放电流较大和接地电阻的存在，产生较大的压降，使地电位抬高，反向击穿设备；（2）2个地网之间，由于没有足够的安全距离，其中一个地网接受了雷电流，产生高电位，则向没有接受雷击的地网产生反击，使得该接地系统上带有危险的高电压。雷电流泄放产生高压示意如图1所示。

图1表明，建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在入地点的大地产生暂态高电压。如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够，且设备的电源系统PE线接地及信号系统逻辑接地与避雷系统不共地，则将在两者之间出现很高电压，并会发生放电击穿，导致设备严重损坏，甚至危及人身安全。

地电位暂态高电位不仅危害本建筑物内的设备，还会危及到相邻建筑物内的设备。该相邻建筑物内的设备虽然没有遭直接雷击，但在附近建筑物遭雷击后，暂态高电位将沿地下管道传至相邻建筑物内的设备接地系统，对线路发生反击，使得与这些线路相连接的设备受到暂态高电位的损害。地电位反击可感生出几kV到几十kV至数百kV的反击电压，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。

国家标准GB 50057-94（2000）《建筑物防雷设计规范》第三章，第3.4.8条规定：为防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或线路的反击，则其间的最小安全距离应按下列表达式计算：

式中：Se2为地中的距离；Ri为引下线的冲击接地电阻；kc为分流系数。

在铁运【2006】127号《铁路信号维护规则》中，规定这个安全距离为20 m。

3 解决地电位反击的方法

针对地电位反击问题的解决方法：（1）引入了等电位连接的原理，实现本防护区域内设备地电位升相同，很好地解决了本防护区域的设备地电位反击问题；（2）对于使用不同接地装置的2个防护区设备，为很好地解决地电位升高引起的反击问题，就要保证两个接地装置间保持足够的安全距离，最少要保持20 m以上。

4 结论

综上所述，接地电阻值越小，地电位升就越小，地电位反击电压就低，对本防护区域和临近防护区域的设备影响就小，防雷效果好。但如果接地装置与其他接地装置间有足够的距离，同时，本防护区域内的设备进行了很好的等电位连接，即使接地电阻值较大，也能很好地解决地电位反击问题。因此，在有限的投资条件下，一味地强调要把接地电阻值做小是没有必要的。

[1] 铁运【2006】6号 关于印发《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》的通知[S].

[2] GB 50057-94（2000）建筑物防雷设计规范[S].