防雷接地是通訊設(shè)備應(yīng)用中關(guān)鍵的工程可靠性要求之一。但在具體工程實踐中，人們往往過多的關(guān)注接地電阻的大小，認(rèn)為設(shè)備只要接地了，而且接地阻抗?jié)M足要求就可以了，而忽略或沒有關(guān)注等電位連接的重要性。而且實際工程故障中，很多都是因為沒有實現(xiàn)等電位連接而造成的。

      本文通過一個雷擊案例的研究，詳細(xì)說明了等電位連接對雷擊電流泄放路徑的影響，等電位連接是保證防雷系統(tǒng)功能正常的前提。接地網(wǎng)、等電位連接和避雷器要互相配合才能實現(xiàn)防雷的目標(biāo)。

1、設(shè)備接地方案

      目前通信機房內(nèi)設(shè)備的接地方案通常有兩種，一種是星形接地方案，一種是網(wǎng)狀接地方案 [1-2]。如圖 1（a）所示，星形接地方式的機房內(nèi)，電源、承載、傳輸?shù)仍O(shè)備的接地線均由總接地排引接。如設(shè)備機架與總接地排相距較遠(yuǎn)時，可以采用兩級接地排。如圖 1（b）所示，網(wǎng)狀連接的機房內(nèi)，應(yīng)沿墻壁設(shè)置環(huán)形接地匯集線。機房內(nèi)電源、承載、傳輸?shù)仍O(shè)備的接地線均就近接到環(huán)形接地匯集線上。環(huán)形接地匯集線與地網(wǎng)應(yīng)在機房四邊（多點）連接。

2、不等電位連接改變預(yù)期的雷電泄放路徑

2.1  雷擊故障現(xiàn)象

      某產(chǎn)品在現(xiàn)場正常使用過程中，某雷雨天出現(xiàn)部分單板燒壞的故障。主要燒壞的器件是電源入口處的保險絲、防護器件瞬態(tài)抑制二極管（TVS）和壓敏電阻，如下圖 2 所示。

2.2 原因分析

      設(shè)備電源和單板的電源入口都有浪涌的差模和共模防護（TVS 實現(xiàn)差模防護，壓敏電阻實現(xiàn)共模防護），如圖 2 所示。按照工程電源防雷設(shè)計 [3]，機房外 AC 電源至少具有一級防雷（至少 80 kA）能力，機房內(nèi) AC配電柜至少具有二級防雷（至少 40 kA），DC 電源至少具有 15 kA 的防雷能力。設(shè)備設(shè)計的防雷指標(biāo)（根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，要求設(shè)備防雷能力差模防護 4 kV，共模防護6 kV）滿足產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)測試驗證，實際防護能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計指標(biāo)。

2.2.1 設(shè)計的預(yù)期雷擊電流泄放路徑

      按照設(shè)計的預(yù)期雷電流泄放路徑（見圖 3 中細(xì)的紅色箭頭），雷電流首先通過第一級 AC 防雷泄放，少部分雷電流進(jìn)入到機房。進(jìn)入到機房的雷電流再依次通過 AC 電源柜的二級防雷泄放、AC/DC 的三極防雷泄放，最后進(jìn)入到通信設(shè)備的雷電流應(yīng)該非常小或在通訊設(shè)備的防護等級之內(nèi)，不會造成設(shè)備的損壞，實現(xiàn)多級防雷相互配合的防雷目的。

      通信設(shè)備前級有多級防雷，依然出現(xiàn)燒壞防通信設(shè)備的情況。經(jīng)過進(jìn)一步的排查和分析，發(fā)現(xiàn)雷電造成的沖擊電流并沒有按照預(yù)期的設(shè)計泄放路徑逐級泄放到大地，而是進(jìn)入了最后的通信設(shè)備（見圖 3 中的粗的紅色箭頭），導(dǎo)致設(shè)備燒壞。

2.2.2  不等電位改變沖擊電流的泄放路徑

      通過對現(xiàn)場進(jìn)一步的排查和分析，發(fā)現(xiàn)給設(shè)備供電的兩路 DC 電源 ：

（1）第一路 DC 電源（即圖 3 中通訊機房 1 中的AC/DC 電源柜）和設(shè)備在同一個機房。

（2）第二路 DC 電源經(jīng)過防雷箱進(jìn)入到通信機房 2 的 AC 電源柜，再通過 AC/DC 電源柜輸出的 -48 V DC電源從通信機房 2 進(jìn)入到通信機房 1。

      工程現(xiàn)場的防雷和接地都比較規(guī)范，現(xiàn)場測量各設(shè)備的接地電阻，機房 1 基本都在 4 Ω 左右，也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于 5 Ω 的要求 ；機房 2 都在 1 Ω 以下，也滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

      雖然兩個機房的接地都滿足規(guī)范要求，但機房 1 和機房 2 的地樁接地體之間沒有連接，即接地點 1 和接地點 2 沒有實現(xiàn)等電位連接，導(dǎo)致沖擊電流沒有按照設(shè)計預(yù)期的接地點 1 泄放，而是進(jìn)入了通信設(shè)備，經(jīng)過通信設(shè)備內(nèi)部電路轉(zhuǎn)到第二路 DC 電源，最終通過接地阻抗更低的接地點 2 泄放到大地。因此雷電沖擊電流通過通信設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備的燒壞。

2.3  故障模擬

      如圖 4 所示，根據(jù)現(xiàn)場供電和接地情況，進(jìn)行了沖擊電流模擬實驗。設(shè)備接 A（-48VA/-48VARTN）和B（-48VB/-48VBRTN）兩路電源，接地線串聯(lián)一個電阻，模擬現(xiàn)場接地點 1 的接地阻抗。-48 VBRTN（設(shè)備B 路 DC 電源的正極）直接接地，模擬現(xiàn)場接地點 2。

      在 -48 VARTN（設(shè)備 A 路 DC 電源的正極）和大地 PE（設(shè)備接地點）之間施加沖擊電流，模擬雷電流對設(shè)備造成的影響。對設(shè)備電源口進(jìn)行沖擊電流測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)沖擊電流達(dá)到 4 kA 左右的時候，設(shè)備出現(xiàn)了和現(xiàn)場一樣的故障現(xiàn)象。

      為了驗證等電位連接的重要性，把圖 4 中的 -48VBRTN 也連接到 D 點，同時增加和減小電阻的阻值，即在等電位連接的條件下，增加接地阻抗或減小接地阻抗，分別進(jìn)行沖擊電流的測試，如圖 5 所示。測試沖擊電流達(dá)到 10 kA，設(shè)備都正常工作。表明設(shè)備之間實現(xiàn)了等電位的連接，接地電阻略大或略小，對防雷的影響是非常小的。在工程防雷設(shè)計中，等電位連接比接地電阻更重要，等電位連接能保證防雷措施能正確的發(fā)揮作用，顯著提高設(shè)備的防雷能力。因此等電位不需要絕對的零電位，只要雷電造成的等電位連接點的瞬態(tài)電位不超過設(shè)備與大地之間的耐壓即可。

4、等電位連接的方案及注意事項