中山市气象局 广东 中山 528401
【摘 要】本文通过对发生在中山市火区开发区某站场雷击造成设备损坏的事故进行周围环境调查、现场勘查、剩磁测试和等电位连接方式等计算分析，找出该设备损坏的原因是：由于机房内设备等电位连接形式不当，造成设备之间的电位差，电位差大于设备的耐压从而损害设备，并根据实际情况提出了切实可行的整改意见。
【关键词】等电位连接；雷击；技术分析
引言
2016年7月4日14时左右，中山市火炬开发区附近闪电雷鸣，发生雷雨天气，位于火炬开发区的某站场办公楼二楼站控室内用于显示各监测设备情况的显示器损坏。业主认为造成该次设备损坏的原因可能是由于雷击造成的，希望调查找出原因，避免以后类似情况出现。有关技术人员赶到事发现场进行调查，了解雷电灾害损失情况、发生的具体时间地点和发生时的现场情况，并进行了事故原因的分析。
1 概况
该站场办公楼位于火炬开发区内，楼高3层，办公楼周围没有较高的建筑物，据现场人员反映，7月4日14时左右，附近发生雷雨天气现象，此时一阵闪电雷鸣，接着正在监视设备运行状况的显示器突然黑屏，什么也看不见，但电源显示灯还亮着；将连接服务器与显示屏之间的信号转换接头和显示屏之后，一切正常运行。
2 原因分析
2.1现场勘查
经检测，该办公楼已安装了符合国家规范《建筑物防雷设计规范》[1]的防直接雷装置，接地电阻2.4欧姆。
该站场高压电源线路埋地进入站场配电房，站场内电源和信号线路都安装了相应的浪涌保护器，办公楼配电间总开关之后安装了I级试验的单相电源SPD，Iimp=15kA，Up=2.0kV，在机房配电箱处安装了II级试验的单相电源SPD，In=20kA，Up=1.5kV，信号线路从与办公楼相距100米远的室外站场传感器开始埋地敷设进入办公楼站控室机房，站控室机房位于办公楼2层，服务器等通信设备距离外墙1.5米。显示屏设备摆放在机房中间位置，距离外墙约3米。信号线路埋地敷设，但敷设信号线路的线槽没有安装屏蔽设施。
站控室机房等电位采用S型连接方式，每个机柜或设备采用10mm2的多芯铜线连接到机房边的等电位汇流排上，这些连接线的长度在2~5米不等。
2.2剩磁测试分析
根据在雷击电流通路及其附近的铁钉、铁丝、钢管等铁磁性物体被雷击电流的磁场磁化，并留下一定强度的剩磁现象，对室外站场的部分防雷接闪器进行剩磁测试，测试结果为：4~7mT之间。根据《电气火灾原因技术鉴定方法第2 部分：剩磁法》[2]GBl6840.2规定：“处于雷电通道的杂散铁件、钉类、钢筋、金属管道的剩磁数据在1.5～10 mT 之间”，因此可以判断，该站场附近有接闪雷电流。
根据上述调查结果分析，2016年7月4日前后该站场附近发生过雷电接闪的事件，雷电接闪时在附近产生强大的交变电磁场，从而会耦合到附近的线路上去，特别是没有进行屏蔽的线路。
2.3 等电位连接方式的分析
上面分析结果可以得出，站场附近有雷电流接闪，室外敷设信号线路由于没有安装屏蔽设施，雷电流耦合到信号线路上，进入机房内，从显示屏黑屏，电源指示灯还亮着，说明电源部分没有损坏，而连接服务器和显示频的转换接头损坏了，说明信号线路的问题，但机房服务器没损坏，而显示屏损坏了，是什么原因？
如图1所示，假设有3kA大小雷电流沿信号线路进入站控室机房，先经过信号浪涌保护器，雷电流经信号浪涌保护器到达机柜等电位连接点，这时服务器前端的信号线、机柜接地端子与服务器是同一电位，服务器所在的机柜等电位连接点通过3米长截面积为10mm2的多芯铜线连接到机房边的等电位汇流排上，由于导线有感抗的存在，当雷电流流从机柜接地端子经3米长的导线流到机房汇流排时，导线就会产生的暂态电压降，这时机柜等电位连接点的电位和机房等电位汇流排的电位差U的计算如下：
U=L*S*di/dt
其中：L为连接导线的电感，取1.5μH/m。
S为连接导线的长度，取3m。
di/dt为雷电流的陡度，取3kA/8μS=0.375kA/μS
代入公式算得U=1.69kV。
同时，显示屏通过导线与机房汇流排连接，但由于连接导线没有雷电流流过，不产生电位差，所以显示屏与机房汇流排电位相等，所以机房服务器和显示屏之间的电位差也为1.69kV。VGA接口耐压在为250V，这1.69kV的电位差施加在信号接口上，足以造成接口设备的损坏。
从上面计算结果可以看出，雷电流通过信号浪涌保护器（SPD）排泄到机柜接地端子之后，通过3米长的连接导线，由于雷电流流经导线时，导线有感抗的存在，而造成设备之间的电压差，当电压差超过设备的耐压是，就会损坏设备，这就是站控室显示屏损坏的原因。
3、解决问题的措施
解决问题的方法是从损坏设备原因着手，减少服务器与显示屏之间的电位差，电位差是由于雷电流流经较长的等电位连接导线而产生的，因此，解决的方法是减短雷电流流经的距离，但由于机房有一定的面积，设备分散，等电位连接导线长度不能缩短，我们从改变等电位的连接方式出发来减少设备之间的电位差，安装浪涌保护器（SPD）机柜接地端子与机房等电位汇流排连接导线不变，而将其他机柜或设备连接到机房汇流排的接地线改为连接到安装浪涌保护器（SPD）机柜接地端子上来，如图2所示，雷电流虽然还是流经了3米长的连接导线才到机房的等电位汇流排，也在机柜接地端子和机房等电位汇流排之间产生1.69kV的电位差。但由于显示屏与机柜的接地端子相连，而且该接地导线没有雷电流经过，不会产生电位差，因此信号线、机柜接地端子、服务器和显示屏的电位都是相同的，他们之间没有电位差，从而保证了设备的安全。
4 结论
本文通过现场调查、取证和剩磁测试分析和等电位连接的计算分析，找出该站场由于雷击造成设备损坏的原因是：由于机房内设备等电位连接形式不当，造成设备之间的电位差，电位差电压大于设备的耐压从而导致损害设备。通过此次分析，提醒安装符合国家规范的防雷装置是重要的，同时以正确的方式安装防雷装置也是保障安全的措施之一。
参考文献：
[1] GB50057-2010建筑物防雷设计规范，北京：中国计划出版社，2011。
[2] 电气火灾原因技术鉴定方法第2部分：剩磁法（GB16840.2）. 北京：中国标准出版社，1997。
论文作者:黄柳卿,谢宝永,庄达,黄晓, 朱舒曼
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：电位论文; 电位差论文; 机房论文; 导线论文; 设备论文; 雷电论文; 机柜论文; 《低碳地产》2016年8月第15期论文;