防雷接地及电涌保护的方案和问题

　　地下水位在地下0.5-2米，随涨潮落潮而变化，考虑到地下水主要是海水，且水位变化范围恰在接地体敷设范围之内，对接地体腐蚀性极大。故埋设的接地网由铜包钢接地极和BV-1x70接地线组成，两者连接采用放热焊接。
　　建筑物顶部采用Φ10镀锌扁钢做避雷网，利用建筑物钢筋作为引下线，每根钢筋都≥Φ10，上端与避雷网焊接，下端与70mm2裸铜绞线放热焊接。每个引下点的裸铜绞线一端至少和一根钢筋焊接，另一端引至室内接地铜排。再从接地铜排上分别引线至室外地下接地极（铜包钢）和接地环线（BV-1x70）。由于是在地上“分别引线”，就可以在地上直接测量每根接地极的接地电阻以及腐蚀状况，因为BV-1x70可视为不被腐蚀，从而也掌握了整个接地网的腐蚀状况。
　　当然，这样就没有了水平接地体，相比之下，接地电阻会较高。但考虑到沿海地区土壤接地电阻很低（<100），故这方面问题不大。
　　因为雷电流通过接地金属体时，导致周围土壤被电离，产生很大的电抗。故冲击接地电阻只能计算一定区域内的接地体，按照建筑物防雷规范，区域半径与土壤电阻率的开方成正比。但由于这里采用的是BV-1x70导线而不是水平接地体，包围导体的不是土壤而是PVC，电阻率几乎可视为无穷大，因此冲击接地电阻的计算范围可包括整个接地网。由于土壤电阻率≤100时，接地体冲击接地电阻等于其工频接地电阻，故每根引下线的冲击接地电阻均可等同于全厂接地网的工频接地电阻。
　　此工程工频接地电阻<1 ohm以上表述有无错误？雷电流通过导线是否同样也会产生较大的电感？是否也会有个计算范围？如果有，这个范围应该多大？BV-1x70是否过大？
　　下面再说电涌保护。
　　此工程的配电控制楼共3层，一楼电缆层，二楼配电室，三楼中央控制室，该建筑物为二类防雷。配电室内布置10kV和0.4kV开关柜及Dyn11干式变压器，低压TN-S接地形式，10kV进线电缆200米外埋地引入，低压电缆通过金属桥架引出，顶层桥架有金属盖板。
　　变压器中性点通过一根BV-1x 120导线（考虑到短路电流热稳定）引至一楼接地铜排，该铜排如上所述，与引下线和室外接地网相连，兼做等电位排。
　　当雷击建筑物时，通过避雷网——引下线——接地铜排——BV-120导线，使雷电流传递到变压器中性点，中性点产生高电压。雷电流分流至开关柜母线上的L1，L2，L3，N，PE各线，N线和PE线的电压同时升高，电压差为0，但是入侵相线的高频雷电流，由于经过变压器低压绕组，相位改变，和N线、PE线电位差超过了电气设备的承受能力，产生电涌。
　　考虑到此处直击雷不可能通过架空线直接进入低压系统，而直击在建筑物上的雷电流，到达变压器中性点时已经大幅衰减，故LPZ0B和LPZ1的交界点不是电源进线开关，而是在那个接地铜排上。因此低压开关柜进线开关处电涌保护器应选择8/120波形。
　　1、“由于土壤电阻率≤100时，接地体冲击接地电阻等于其工频接地电阻，故每根引下线的冲击接地电阻均可等同于全厂接地网的工频接地电阻。”
　　对于这一点GB 50057附录三的解释条文中有一个注释，其只适用于引下线接地点距接地体最远端距离不大于20米的情况。因此需妥善考虑。
　　2、“以上表述有无错误？雷电流通过导线是否同样也会产生较大的电感？是否也会有个计算范围？如果有，这个范围应该多大？BV-1x70是否过大？”
　　你说的很清楚，难得有说这么清楚的。如果你使用的是BV-1×70电缆，且从接地铜排到接地体的电缆长度不大于20米的话，这段电缆上的压降是很小的，可以满足使用要求。不过一般是使用BV-2的电缆。对于接地连接线，个标准要求不一样，一般在65平方到105平方之间。
　　3、“当雷击建筑物时，通过避雷网——引下线——接地铜排——BV-120导线，使雷电流传递到变压器中性点，中性点产生高电压。雷电流分流至开关柜母线上的L1，L2，L3，N，PE各线，N线和PE线的电压同时升高……”
　　你这个路径我感觉有问题。线路上的阻抗怎么都比接地阻抗大，那雷电流为什么不流向大地反要流向设备呢？我感觉你混淆了‘反击电压’和‘反击电流’这两个概念。这种路径不成立。
　　4、“考虑到此处直击雷不可能通过架空线直接进入低压系统，而直击在建筑物上的雷电流，到达变压器中性点时已经大幅衰减，故LPZ0B和LPZ1的交界点不是电源进线开关，而是在那个接地铜排上。”
　　这个是确立不使用10/350波形电涌保护器的理由吗？未免有点牵强……
　　5、“似乎全世界的低压开关柜都是通过架空线引入，而且还是低压架空线.”
　　这个说的太绝对了。没有见过不等于没有。至少我见过全线地埋铠装32千米的线路。
　　1.“只适用于引下线接地点距接地体最远端距离不大于20米的情况”
　　这点我觉得有疑问：所谓20米是怎么出来的？如果把上述话改成“只适用于镀锌扁钢从引下线接地点到接地极最远端距离不大于20米的情况”，那就比较容易理解了，因为在土壤电阻率为100的情况下，如果有水平接地体的话，冲击接地电阻有效范围半径恰恰是20米。而现在我通过BV线连接接地铜排和接地极，这样的20米距离限制是否还有必要呢？
　　2.BV线从接地铜排上直接引至地下直埋，连接到20米外的一根接地极；和BV线从接地铜排引出，在地上敷设20米，再引入地下与接地极连接，两者接地效果有何不同呢？或许，规范上所谓的“引下线接地点”，在这里应该是BV线和接地极之间的焊接点，而不是BV线和接地铜排之间的连接点。
　　3.这里我可能没说清楚，大部分雷电流自然会从建筑物基础和人工接地极分流，但是还有一部分会分流至变压器中性点以及其它等电位连接的金属体。
　　4. 牵强吗？也许吧，那么用10/350是否就不牵强呢？按照我的理解（当然理解未必正确），10/350电涌保护器是为了在该点遭到未衰减的直击雷电流情况下，能够卸放大部分雷电流，使雷电流衰减，形成一个LPZ0B和LPZ1的交界点，从而在下一级使用8/120电涌保护。如果说不管是在LPZ1区内还是在LPZ0B和LPZ1的交界点，只要是电源进线开关，就要加10/350，那我觉得很难理解。对于雷电流而言，决定它强弱的是LPZ各区划分，到底是进线开关还是出线开关，对雷电流大小而言毫无意义。
　　5. 我只是觉得很多防雷文章甚至防雷规范，都只知道论述“低压架空线引入”，对其它情况的进线带来的变化视而不见。就像是上面论述的情况，如果低压架空线引入，进线开关用10/350是理所当然的，因为架空线在连接电涌保护器之前，不可能像建筑物那样也搞个接地排分流。我冒昧的揣测一下，雷电对电力系统的伤害最初就是从雷击架空线引起的，防雷产业由此起步，是否防雷界也就认定了这个最原始的配电方式？总是对此津津乐道，对其它进线方式总是那么含糊其辞。
　　那么这个入侵电力系统的雷电流到底有多大呢？《建筑物防雷设计规范》P34要求按照附录6估算，可问题是附录6根本没说怎么估算，幸好接着说了句“当无法估算时……”。我不明白编规范的专家为什么要绕这么个圈子，直接告诉我们“按照附录6参数，根据以下方法估算”不就得了？
　　给出的估算方法看后的疑问：全部雷电流应该通过所有引下线分流吧？按照规范这个建筑物最少应该有8根引下线，那么每根引下线上的电流就是150/8=18.75kA？那我把外墙的16根柱子全做成引下线，是否就是 150/16=9.375kA？雷电流到了引下线接地处又开始分流了，“全部雷电流的50%流入建筑物接地装置”——为什么？引下线冲击电阻10Ω、4Ω、1Ω的时候，是否分流的电流比例都一样呢？这个比例能不能更大？能大多少？
　　接下来，假设开关柜有一支路给UPS配电，那么在这配电开关前还要加一个8/120电涌保护器，这个电涌保护器通流容量能比进线处的电涌保护器小多少？我看有文章说上级电涌保护器“应该”已经卸放掉90%的入侵雷电流了，下级只要10%计算就可以了。姑妄言之，姑妄听之吧。另外对于10/350和8/120的换算也是笔糊涂账。
　　接下来，从出线开关引出电缆，TN-S配电，引至放在3楼控制室的UPS盘柜，UPS以及控制盘柜进线处厂家已经配备了自带的电涌保护，不劳我们费神选型——反正选也是瞎选，呵呵呵！
　　然后就是控制室内等电位连接，保护接地工作接地最后都引到一个铜排上，由铜排上引出一条BV-1x70导线与全厂接地网相连，由于接地网工频接地电阻小于1，这样做是没有问题的……
　　但是慢着，这条BV-1x70导线具体应该引到哪个位置呢？引到一楼的接地铜排吗？那么当雷击建筑物时，控制室的接地母排会遇到和变压器中性点一样的问题——雷电流从一楼接地铜排分流、电压升高，由这个方向入侵的雷电波丝毫不弱于从变压器中性点入侵的雷电波。只不过在开关柜进线处有大容量的电涌保护器卸流，而在控制室这个方向，地线电压大幅升高，相线、N线电压不变，此处的电涌保护器通流容量却都小的要命，结果只能被烧毁。也就是说，如果控制室的接地排和一楼的接地铜排直接相连，那么前者——包括与之连接的电子设备，其实处于LPZ1区，而不是LPZ3、LPZ4.如果它们在LPZ1区说不会被烧毁，那么我们刚才从电源处开始加了一级又一级的电涌保护又有什么意义呢？
　　那么我们直接把这条BV线接到外部的地下接地环网上，是否就没问题了呢？很遗憾，接地环网也是由BV-1x70连接起来的，无论选择地下导线上哪一点，和一楼的接地铜排还是等电位。也许，在连接点和接地铜排之间还会有几根接地极，能够再分流一部分，但我不认为靠几根接地极就能起到上述多重电涌保护器的作用。
　　那么，这条仪表接地线应该连到哪呢？
　　另外，由于是TN-S供电，如果某台户外用电设备遭雷击，比如路灯，那么雷电波完全可以通过电缆中的PE线传至开关柜PE母排，也就是说任何一条支路都可能遭受雷电波入侵，并不只是进线开关处才有可能。