一种雷电流分级泄放的防雷接地装置的制作方法

本实用新型涉及防雷技术领域，具体涉及一种雷电流分级泄放的防雷接地装置。

背景技术：

雷电是自然界存在的一种放电现象，当云层中的的电荷量积累到一定程度时，会通过打雷形式进行放电。伴随移动通信产业近些年发展速度的加快,通信网络在世界范围内的覆盖范围也在不断扩大，移动通信基站在工作的过程中,经常会因为受到雷击影响,导致设备故障、损坏、供电中断，影响信号传输质量和信号覆盖范围受到极大的影响；基站的频率越来越高、通信设备越来越小型化；随着高频移动通信网络的普及,也在一定程度上使移动通信基站的数量也在大量增加，根据传统防雷技术实行标准地网建设占地面积大，尤其对于寸土寸金的城市来说，通信基站建设标准地网几乎不可能。如果通信设备不接地，雷电流入侵时，雷电流会通过与电气设备物理连接线(电源线、信号线等)作为泄放通道，从而引起电气设备过流而损坏；或仅做一个小型地网(地阻过高)，即使采用等电位连接器(spd)，雷电入侵时，高电位瞬间直达电气设备各功能接地点(防雷接地、安全保护地、工作地等)，而往往工作地是电气设备中高集成电路参考地，其电路中大量使用集成芯片、感性和容性元器件，其耐压水平极为有限。工作地的高电位引入会造成电气设备中的高集成电路致命性损坏。

公告号为cn209150715u的实用新型专利公开了一种抗强雷电浪涌防止燃烧多通道隔离接地的装置，存在瞬间地电位抬升的反击穿问题,仍然存在高电位瞬间直达电气设备各功能接地点,即防雷接地、安全保护地、工作地等，尤其接地电阻较大时尤为明显，工作接地的泄流残压无法有效抑制,无法满足特殊用地场合的需求等问题，为了满足特殊场合的需求，结合小型接地网，需实现一种建立在等电位基础上的分级泄放，逐级降低各接地铜排的泄流残压，使电气设备工作接地处于最低电位水平的技术与方法。

技术实现要素：

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种雷电流分级泄放的防雷接地装置，其具体技术方案如下：

一种雷电流分级泄放的防雷接地装置，包括一个首端接地铜排、一个尾端接地铜排以及至少一个中间接地铜排，所述首端接地铜排和中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，所述首端接地铜排与中间接地铜排通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接，所述中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联有尾端高频阻波器，所述首端接地铜排与避雷针的引下线连接，所述尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，并且所述尾端接地铜排还与电气设备的电源零线连接。通过首端接地铜排、中间接地铜排以及尾端接地铜排形成分级泄放的形式，逐级降低了加载在各接地铜排上的电压，并且保证与电气设备工作地连接的尾端接地铜排电位始终最低水平。

进一步的，所述中间接地铜排与光纤的金属构件连接和/或者通过等电位连接器与市电等电位连接。

进一步的，包括第一中间接地铜排和第二中间接地铜排，所述第一中间接地铜排与第二中间接地铜排通过中间保护间隙和中间高频阻波器并联电路连接，所述第一中间接地铜排与光纤的金属构件连接，所述第二中间接地铜排通过等电位连接器与市电等电位连接。根据雷电流入侵的可能性概率大小和强度进行评估，直击雷电流最大因此避雷针与首端接地铜排连接，光纤含有金属铠装构件有可能产生直击雷以及感应雷，因此光纤与第一中间铜排连接，供电线路可能产生感应雷，因此与第二中间接地铜排连接。通过上述设置有利于根据各种入侵的雷电流的概率和强度从高到低对地进行分级泄放。将雷击电流能量分层次进行削弱，确保与电气设备工作地相连的接地铜排处于低电位水平。

进一步的，所述首端保护间隙的击穿阀值为400～1200v，通流容量为50～100ka-10/350μs波形，所述中间保护间隙的击穿阀值为800～1600v，流通量为20～50ka-10/350μs波形。

进一步的，所述首端高频阻波器和中间高频阻波器的电感量分别为300μh～10mh，最大通过电流为30a；所述尾端高频阻波器的电感量为600μh～10mh，最大通过电流为15a。

进一步的，所述所述首端高频阻波器所在的电路上和中间高频阻波器所在的电路上分别串联有常闭接触器。

进一步的，所述尾端接地铜排与电源零线之间串联有空气开关。通过空气开关的断开，防止供电系统中的零线中出现的故障电流，导致的接地电极发热和触电事故。

进一步的，还包括智能检测模块，所述智能检测模块包括地阻测量模块和开关量检测模块，所述所述地阻测量模块用于测量各接地铜排所对应的接地极的接地电阻，所述开关量检测模块用于检测空气开关的状态，所述地阻测量模块和开关量检测模块分别与mcu处理器连接，地阻测量模块和开关量检测模块将检测到的信息传递至mcu处理器。

进一步的，所述首端高频阻波器所在的电路上和中间高频阻波器所在的电路上分别串联有常闭接触器。

进一步的，所述电气设备包括信号收发器和电源柜，电气设备的金属外壳、动力线、信号线分别直接或间接与中间接地铜排连接形成等电位结构，并由与之相连的接地极提供泄放通道。

另外本实用新型还提供了一种分级泄放方法，采用保护间隙并联高频阻波器的方式连接首端接地铜排和中间接地铜排，所述首端接地铜排和中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，形成雷电流分级泄放的结构，同时中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联尾端高频阻波器，使得首端接地铜排、中间接地铜排以及尾端接地铜排之间高、低电位分开且电位依次降低；将首端接地铜排与避雷针的引下线连接，尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，并按照直击雷电流或感应雷电流的大小依次将光纤和市电与中间接地铜排连接，且根据入侵雷电流大小进行分级泄放；使电气设备在雷电流入侵时处于等电位，且保证了电气设备的工作地始终处于最低电位水平。

进一步的，所述保护间隙的击穿电压阀值小于高频阻波器最大通过电流通过时加载在高频阻波器上的电压。

有益效果：1.本实用新型通过保护间隙和高频阻波器并联电路的方式，在雷电流入侵时的高频阻波器的阻隔作用、接地极泄流和保护间隙导通的相互配合与协调，使多个接地铜排形成分级泄放的结构，无论雷电流从哪里入侵，若雷电流过大则击穿保护间隙，通过各接地铜排逐级对地泄放，各接地铜排的电位逐级下降，使得与电气设备连接的尾端接地铜排电位始终最低水平。

2.在没有雷电流入侵的情况下，高频阻波器为低阻状态，多个接地铜排的接地极联合接地构成一个接地地阻比较小的地网；通过电气设备电源零线的重复接地，为电气设备提供一个可靠安全的工作接地，同时电源零线之间串联有空气开关。通过空气开关的断开，防止供电系统中的零线中出现的故障电流，导致的接地电极发热和触电事故；当有雷电波入侵时，高频阻波器和放电间隙协调下各自分开泄流或逐步泄流，确保与电气设备工作地相连的接地铜排处于低电位水平。

3.本实用新型通过有限接地极的分级泄放、高低电位阻隔技术，实现在较小占地面积情况下、有限接地极的高接地电阻情况下确保电气设备安全运行，大大节约占用土地、资金和人员投入。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的示意图；

图2为本实用新型实施例2的示意图；

图3为本实用新型实施例3的示意图；

图4为本实用新型实施例4的示意图；

图5为本实用新型实施例5的示意图。

附图标记：1-首端接地铜排；2-第一中间接地铜排；3-第二中间接地铜排；4-尾端接地铜排；5-中间接地铜排；6-首端保护间隙；7-中间保护间隙；8-首端高频阻波器；9-中间高频阻波器；10-尾端高频阻波器；11-接地极；12-避雷针；13-光纤；14-市电；15-电气设备；16-等电位连接器；17-空气开关；18-常闭接触器；19-智能检测模块；20-地阻测量模块；21-雷击计数模块；22-开关量检测模块；23-mcu处理器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、原理及优点更加清楚明白，以下结合附图及雷电入侵可能性实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，包括一个首端接地铜排、一个尾端接地铜排以及至少一个中间接地铜排，所述首端接地铜排和中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，所述首端接地铜排与中间接地铜排通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接，所述中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联有尾端高频阻波器，所述首端接地铜排与避雷针的引下线连接，所述尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，并且所述尾端接地铜排还与电气设备的电源零线连接。

在本实施例中，首先确定土壤导电率ρ，一般来说合适雷电流泄流的土壤导电率为50～300ω.m，土壤导电率选取极限值300ω.m进行计算，接地极采用直径为50mm的镀锌钢管，镀锌钢管的工频接地电阻的计算公式为：r地＝kρ其中k为简化系数，当采用直径为50mm，长度为2m的镀锌钢管时，简化系数可取0.38，即每根接地极的接地电阻为:0.38*300＝114ω；选取首端保护间隙的击穿阀值1200v，流通容量为50ka-10/350μs波形，首端高频阻波器电感量300μh，可通过最大电流30a，尾端高频阻波器电感量600μh，最大可通过电流15a。当频率为50khz的雷电流入侵避雷针时，雷电流也同时向首端高频阻波器分流，此时首端高频阻波器会会产生阻抗约为2πfl＝94ω，其中f为雷电流的频率，l为电感量，当通过首端高频阻波器的电流强度达到最大电流时，首端高频阻波器两端的电压差超过2800v，该电压远大于首端保护间隙的击穿阀值，因此首端保护间隙导通，雷电流通过中间接地极对地泄放，此时首端接地铜排和中间接地铜排的接地极都介入汇流，综合工频接地电阻约为60ω。更利于对直击雷电流从首端接地铜排所对应的接地极进行泄放或临近接地铜排相连的接地极进行泄放，这种分级泄放方式，将直击雷电流能量分层次进行削弱，确保与电气设备工作地相连的接地铜排处于低电位水平。

实施例2

如图2所示，一种雷电流分级泄放的防雷接地装置，包括一个首端接地铜排、一个尾端接地铜排以及至少一个中间接地铜排，所述首端接地铜排和中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，所述首端接地铜排与中间接地铜排通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接，所述中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联有尾端高频阻波器，所述尾端接地铜排与电源零线连接，所述首端接地铜排与避雷针的引下线连接，所述尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，所述中间接地铜排与光纤的金属铠装构件连接。

在本实施例中，雷电流泄流的方式与实施例1的方式相同，即首端接地铜排和中间接地铜排的接地极通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接进行分级泄放，不同之处在于将光纤的金属铠装构件与中间接地铜排连接，由于光纤的金属铠装构件存在直击雷的概率，但是直击雷的概率较小，同时还存在发生感应雷的可能性，感应雷的能量小于直击雷的能量，因此将光纤的金属铠装构件与中间接地铜排连接，更利于对直击雷电流或感应雷电流从中间接地铜排所对应的接地极进行泄放或临近接地铜排相连的接地极进行泄放，这种分级泄放方式，大大抑制了入侵光纤的金属铠装构件的雷电流，对其分层次进行削弱，确保与电气设备工作地相连的接地铜排处于低电位水平。

实施例3

如图3所示，一种雷电流分级泄放的防雷接地装置，包括一个首端接地铜排、一个尾端接地铜排以及至少一个中间接地铜排，所述首端接地铜排和中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，所述首端接地铜排与中间接地铜排通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接，所述中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联有尾端高频阻波器，所述尾端接地铜排与电源零线连接，所述首端接地铜排与避雷针的引下线连接，所述尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，所述中间接地铜排通过等电位连接器与市电连接。

在本实施例中，雷电流泄流的方式与实施例1的方式相同，即首端接地铜排和中间接地铜排的接地极通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接进行分级泄放，不同之处在于将中间接地铜排通过等电位连接器与市电连接，由于市电主要受感应雷的影响，因此将中间接地铜排通过等电位连接器与市电连接，更利于对来自于市电的感应电流从中间接地铜排所对应的接地极进行泄放或与临近接地铜排相连的接地极进行泄放，同时，通过spd等电位连接器使电气设备各个功能接地达到等电位结构。

实施例4

如图4所示，一种雷电流分级泄放的防雷接地装置，包括一个首端接地铜排、一个尾端接地铜排以及两个中间接地铜排，分别为第一中间接地铜排和第二中间接地铜排，所述首端接地铜排、第一中间接地铜排和第二中间接地铜排分别通过接地极与大地连接，所述首端接地铜排与第一中间接地铜排通过首端保护间隙和首端高频阻波器并联电路连接，所述第一中间接地铜排与第二中间接地铜排通过中间保护间隙和中间高频阻波器并联电路连接，所述第二中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联有尾端高频阻波器，所述尾端接地铜排与电源零线连接，所述首端接地铜排与避雷针的引下线连接，所述尾端接地铜排与电气设备的工作地连接，所述第一中间接地铜排与光纤的金属铠装构件连接，所述第二中间接地铜排通过等电位连接器与市电连接，所述尾端接地铜排与电源零线之间串联有空气开关，所述空气开关的额定电流为10a。

在本实施例中，采用保护间隙并联高频阻波器的方式依次顺序连接首端接地铜排、第一中间接地铜排和第二中间接地铜排，同时中间接地铜排与尾端接地铜排之间串联尾端高频阻波器，形成雷电流分级泄放的结构，并按照雷电流或感应电流的大小依次将光纤和市电与中间接地铜排连接，使电气设备的保护地始终处于最低电位。

在本实施例中选取首端保护间隙的击穿阀值1200v，通流容量为50ka-10/350μs波形，中间保护间隙的击穿阀值为1600v，通流容量为35ka-10/350μs波形，首端高频阻波器和中间高频阻波器电感量均为300μh，可通过最大电流均为30a，当首端高频阻波器两端的电压差超过首端保护间隙的击穿电压阀值时，首端保护间隙动作，首端接地铜排和第一中间接地铜排均介入汇流，综合工频接地电阻约为60ω，同理，当剩余雷电流向中间高频阻波器分流时，若中间高频阻波器两端的电压大于中间保护间隙的电压阀值时，中间保护间隙动作，首端接地铜排、第一中间接地铜排以及第二中间接地铜排均介入汇流，此时综合工频接地电阻约为40ω。这种分级泄放结构，分层实现等电位，实现将入侵雷电流从高电位到低电位将雷击电流能量分层次进行削弱，确保与电气设备工作地相连的接地铜排处于低电位水平。

实施例5

如图5所示，本实施例在实施例4的基础上增加智能检测模块，通过传感器与测量技术对接地电阻、开关量以及雷击次数进行监测，所述智能检测模块包括地阻测量模块、雷击计数模块、雷电峰值与波形监测模块、spd漏电流监测模块和开关量监测模块，所述地阻测量模块用于测量各接地铜排所对应的接地极的接地电阻；所述首端高频阻波器所在的电路上和中间高频阻波器所在的电路上分别串联有常闭接触器，在平常的工作中常闭接触器闭合,测量接地电阻时将常闭接触器断开；所述雷击计数模块用于记录避雷针、光纤的金属铠装构件以及市电的被雷击次数；所述雷电峰值与波形监测模块用于记录入侵的雷电流的峰值和波形等特性；所述spd漏电流监测模块用于监测等电位工作状态、参数变化和使用寿命；所述开关量检测模块用于检测空气开关的状态；所述地阻测量模块、雷电峰值与波形监测模块、spd漏电流监测模块、雷击计数模块和开关量监测模块分别与mcu处理器连接，并将所检测到的信息传递至mcu处理器。

在本实施例中，地阻测量模块可以但不限于采用申请号为2019109522762的实用新型专利中所公开的接地电阻测量装置及测量，来测量接地铜排接地极的接地电阻；雷击计数模块可以但不限于采用申请号为2019211105984的实用新型所公开的雷击计数装置；雷电峰值与波形监测模块可以但不限于采用申请号为202010111232x的实用新型专利所公开的方法进行测量；所述spd漏电流监测模块可以但不限于采用申请号为：2019216861386的实用新型专利所公开的的装置进行监测；开关量检测模块可以但限于采用申请号为2015209320927的实用新型专利所公开的串联型节点开关量监测模块。

通过智能检测模块对接地电阻、雷电峰值和波形、spd漏电流、空气开关的状态以及雷电流入侵计数等数据进行监测，预警各电气部件参数与条件匹配或为调整电气部件参数提供数据，达到发挥分级泄放最佳性能；同时为及时排除故障和电气设备工作正常提供有力保障。

在上述实施例1-5中，所述电气设备包括但不限于信号收发器、电源柜、空调、交换机、散热器等设备，电气设备的金属外壳、动力线、信号线分别直接或间接与中间接地铜排连接形成等电位结构，并由与之相连的接地极提供泄放通道；其工作接地与尾端接地铜相连接。

应当注意的是，上述防雷接地装置不仅可以应用于基站防雷的布置，也可以适用于加油站、机房等需要进行防雷接地的场所，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。