什么是地电位升高,以及地电位升高的原因
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2026-03-04 18:43:43
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一、什么是地电位升高?

地电位升高,是指在接地系统中,当大电流(如雷电流或电气故障电流)流入接地装置时,由于接地电阻及土壤电阻率的存在,在接地极与远方“零电位大地”之间产生电压差,使接地装置及其周围一定范围内的地表电位整体抬升的现象。

在防雷工程中,当建筑物遭受雷击时,雷电流经接闪器、引下线流入接地装置。由于雷电流幅值极大(常见为几十kA,极端可达数百kA),根据欧姆定律:

U = I × R

即便接地电阻仅为1Ω,当流入电流为50kA时,理论瞬时电位升高可达50kV。

此时接地体周围形成明显的电位梯度分布:

距离接地极越近,电位越高;

随距离增加,电位呈环形递减;

远离接地装置的“无限远大地”作为参考零电位。

这种电位差会导致:

跨步电压风险

接触电压风险

设备间反向电位差冲击

地闪回击现象

二、地电位升高的类型

从电流性质来看,地电位升高主要分为两类:

1️⃣ 雷电暂态地电位升高

当雷电击中建筑物或线路时,雷电流在微秒级时间内迅速上升至峰值,具有:

峰值高(10kA~200kA)

上升陡(8/20μs或10/350μs波形)

高频分量多

电磁耦合强

在如此陡峭的暂态冲击下:

接地系统不仅存在电阻效应;

还存在明显的电感效应;

接地引下线产生附加感应电压。

因此,雷电暂态地电位升高往往远高于简单电阻计算值,是高频冲击与土壤电阻综合作用的结果。

2️⃣ 工频稳态地电位升高

在电力系统发生接地故障时(如单相接地短路),故障电流流入接地系统,持续时间较长(数百毫秒至数秒),形成稳态地电位升高。

例如在三相四线制低压系统中:

当某一相导体对地短路;

故障电流通过PE线或接地极入地;

在接地装置上产生电压升高;

引发设备壳体带电或保护误动作。

与雷电暂态不同,工频地电位升高属于相对低频、持续时间较长的电压抬升,但同样具有触电与设备损坏风险。

三、地电位升高的根本原因

地电位升高的本质原因可归纳为以下几个方面:

1️⃣ 大电流入地

包括:

雷电流

接地故障电流

操作过电压电流

电流幅值越大,产生的电位抬升越高。

2️⃣ 接地电阻存在

接地系统并非理想零电阻。其等效阻抗包括:

接地体电阻

土壤电阻率

散流电阻

接地引下线电阻

即使接地电阻小于1Ω,在大电流冲击下仍会形成高电压。

3️⃣ 土壤电阻率分布不均

不同土壤结构(黏土、砂石、岩石)电阻率差异显著,影响散流效果。

高电阻率地区:

电流扩散困难

电位梯度更陡

危险范围更大

4️⃣ 接地系统布置不合理

接地网面积不足

等电位连接不充分

不同系统接地分离

都会导致局部电位差过大。

四、地电位升高带来的典型危害

地闪回击(Back Flashover)

设备绝缘击穿

低压系统反向浪涌

信号系统误动作

跨步电压触电风险

其中,“地闪回击”是雷电防护中的重点风险之一。

五、地闪回击机理

当地电位迅速升高时:

接地体电位可能高于建筑内部金属系统电位;

形成反向电位差;

产生从接地系统向设备或线路“反向击穿”的现象;

这种现象称为地闪回击。

其本质是电位不均衡导致的反向击穿放电。

在石化、电力、轨道交通、通信基站等场景中尤为常见。

六、工程解决思路

针对地电位升高问题,应采取综合防护策略:

降低接地电阻

扩大接地网

实现等电位联结

分级设置浪涌保护器(SPD)

关键设备前端设置抗地电位反击装置

七、天盾雷电地闪回击保护技术应用

在复杂电磁环境及高雷暴区域,传统SPD难以完全解决地电位反击问题。为此,天盾雷电结合多年工程实践,研发了地闪回击保护器,专门针对地电位反向冲击场景进行防护设计。

其技术特点包括:

高通流容量设计

快速响应结构

多级限压技术

抗反向冲击能力强

专用于抑制地电位突升引发的回击电压

在电力系统、石油化工、轨道交通等重点项目中,该产品已成功应用于复杂接地系统环境,有效降低雷电暂态地电位升高带来的二次损害风险。

地电位升高是防雷与接地工程中的核心问题之一。其产生机制源于“大电流入地 + 接地阻抗存在”,在雷电与故障工况下均可能发生。只有通过科学接地设计与针对性防护装置配置,才能实现系统真正的安全稳定运行。

在高标准防雷需求场景下,引入专业的地闪回击防护技术,是现代防雷体系升级的重要方向。

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