2.4 雷电导致的暂态电位升高

2.4.1 暂态电位升高的原理

当雷电流流过防雷装置中各分支导体和接地体时，将会在分支导体的电感、电阻和接地电阻上产生压降，使防雷装置中各部位的对地电位都有不同程度的升高。由于雷电流持续时间很短，这种电位升高现象所持续的时间很短，所以称为暂态电位升高。如图2-6所示，在该系统中任意一点A处的暂态电位UA为

式中　UA——A点的暂态电位，V；

Rg——冲击接地电阻，Ω；

h——A点到地面的高度，m；

L0——单位长度的引下线的寄生电感，μH/m，一般L0=1.2～1.5μH/m；

i——雷电流，kA。

由式（2-19）可知，被击物体上出现的暂态电位幅值由两个分量组成，即由雷电流幅值与接地电阻所决定的压降和由雷电流波头陡度与通流路径电感所决定的压降。其中，前者称为暂态地电位，由于此电位的出现而产生的电位升高称为地电位抬高，它是雷电安全防护设计中一个很重要的指标；后者称为暂态电位抬高。地电位抬高不仅会危害到电子设备、电气设备，同时也会对周围的人员造成危害。而暂态电位抬高则可能使周围的导体带上高电位，损坏电子设备和电机绕组。另外，暂态电位抬高又会与周围的金属体之间形成电位差，当这一电位差超过两者之间空气间隙的绝缘耐受强度时，间隙就会被击穿，使金属体也带上高电位，而这一已带上高电位的金属体又有可能对附近其他金属体发生间隙击穿。

2.4.2 暂态电位升高的危害

雷电反击是指受直击雷的金属体在接闪瞬间与大地间存在很高的电压，这种电压对与大地连接的其他金属物发生闪击的现象称为雷电反击。

图2-6 暂态电位示意图

发生雷击时接闪器是受雷环节，通过引下线将雷电流引入接地装置泄散到大地。在这个过程中，沿着接闪的引下线产生了雷电流，在建筑物防雷装置的接地母线上产生暂态电位升高现象。如果电源线、信号线、铁管等未做等电位连接、屏蔽和安装避雷器等措施，与接地母线之间的距离不能达到施工要求时，就会导致接地母线与它们之间发生反击，对电气设备造成危害。而雷电流经接地体散入大地时，也会在周围土壤中产生电压降，使地面上不同的地点之间出现电位差，如果人站在这块电压不均匀的地面上，人的两脚之间就会产生跨步电压。另外当人接触与防雷装置相连的金属物体时，也会造成触电。

如图2-6所示，出于抗电磁干扰的考虑，将某些重要的电子设备安置在金属网屏蔽的空间，内金属屏蔽网与建筑物接地系统可靠连接，在发生直接雷击时，雷电流流过屏蔽室接地连线的寄生电感和接地电阻后，将产生很高的暂态电位，使屏蔽室的暂态电位抬高，而来自远处的信号线此时尚处于零电位，则在小孔处屏蔽体与信号线之间将出现很高的电位差，这一高电位差很容易将两者间气隙击穿，使信号线也带上高电位。该高电位将会直接损坏室内的电子设备，也将沿信号线传输到远处线路终端，侵害终端处的电子设备。除此之外，暂态电位的抬高还会在临近未受雷击的建筑物内引起反击。如图2-7所示，三座相邻的建筑物均分别与同一供水管道有接地连接。当其中一座建筑物，如建筑物2遇到雷击时，雷电流将通过建筑物2的防雷系统引下线和接地连线与供水管道等进入各建筑物的接地体，使各建筑物的暂态地电位都抬高，于是在没有采取暂态过电压保护措施的建筑物3中带高电位的地线将会对其附近的电源线和通信线发生反击，使得与这些线路相连接的电气或电子设备受到暂态高电位的损坏。

图2-7 暂态电位在临近建筑物间反击示意图

在设计、施工雷电防御装置时，不可能在多处敷设接地装置，一般都采用共用接地体，引下线和各种管道、电源、线路之间进行电气连接，连接方式多用搭接、连接母板和母线环等方式做等电位连接，以避免产生雷电反击。