浅谈建筑物的等电位连接及其应用.doc

浅谈建筑物防雷中的等电位连接及其应用
The Equipotential Arrangement and Application
for Lightning Protection on the Buildings
（聂新宇 湖南省防雷中心 410007）
(Nie Xin-yu,,lightning protection center of hunan province,410007,china)

前言
等电位连接是综合防雷系统中的最重要的一项基本措施。等电位连接是为了减少人体同时接触不同电位引起的电击危险，同时也为了防范雷电危害以及满足信息设备抗干扰等要求。GB50057—94里强调了等电位连接在内部防雷中的作用。另外，《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343—2004又重新强调了等电位连接的重要地位，规定需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施，这就又赋予等电位连接的强制性条文的性质,可见等电位连接在建筑物防雷系统中的重要作用。但是很多工程的设计和施工并不强调等电位连接的作用，，或者等电位设置不完善，比如实际的设计有些无卫生间的等电位，还有防雷装置检测中往往忽视等电位端子的检查。不完善的等电位连接措施对于采取共用接地系统的建筑物留下了事故的隐患。因此在本文中，简要的阐述一下等电位连接在建筑物中的重要作用及应用。

一、建筑物等电位连接的基本情况
1.等电位连接的分类及其连接的导电部分
　　(1)总等电位连接(MEB) 总等电位连接的作用在于降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害，它应通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板(接地母排)将下列导电部分互相连通：进线配电箱的PE(PEN)母排；公用设施的金属管道，如上、下水、热力、煤气等管道；建筑物金属结构；如果设置有人工接地，也包括其接地极引线。　建筑物每一电源进线都应做总等电位连接，各个总等电位连接端子系统应就近通过联结线互相导通，使整个建筑物处于同一电位水平上。
　 (2)辅助等电位连接(SEB) 在导电部分间用导线直接连通，使其电位相等或相近，称作辅助等电位联结。
　(3)局部等电位连接(LEB) 在一局部场所范围内将各可导电部分连通，称作局部等电位连接。可通过局部等电位联结端子板将下列部分互相连通：PE母线或PE干线；公用设施的金属管道；建筑物金属结构。局部等电位连接可看作在一局部场所范围内的多个辅助等电位连接
二、建筑物等电位连接的重要性
建筑物内作了总等电位连接后，其电气装置的PE线和外露导电部分、电气装置外导电部分和接地系统都互相连通，从而在建筑物内形成一电位相等或接近的区域。这样当任一管线因雷击导入危险高电位时整个建筑物降同时升高至同一电位，在其内将不出现电位差，借以避免许多电气危险。具体来说主要有以下作用：
2．1 等电位连接防止雷电波沿线侵入建筑物

一般来说,进出建筑物有各种管线,包括配电系统架空或埋地电缆、电子信息系统信号线、金属水管、煤气管道等,若不进行等电位连接,进出建筑物的各种管线会将直击或感应的雷电波引入建筑物,击毁设备和危及生命安全。各种进线与设备等电位连接后(电缆和信号线应通过电涌保护器SPD 与设备外壳等电位连接) ,并通过地线泄放雷电流,从而保障设备和人身安全但浪涌保护器都有一定的残压存在,进线与设备外壳之间实际上是准等电位,所以应选用与设备绝缘耐压水平相配合的浪涌保护器。　对于屏蔽进线, IEC61643 —12 中是这么说明的:“在屏蔽电缆的情况下,屏蔽层的两端应与地直接或经SPD等电位连接。这种情况下,流经电缆的大部分将流入屏蔽层(典型值50 %) ,小部分将流入电缆内部的导体。”若进线有金属管屏蔽或是采用屏蔽电缆的情况下,在雷电防护L PZOA 区或L PZOB区与L PZ1 区交界面上将屏蔽层与防雷装置等电位连接。

2．2 等电位连接防止地电位升高对室内设备的反击

　建筑物遭雷击后,雷电流通过引下线流入接地装置,瞬间形成很高的地电位。。室内设备
外壳通过楼层引下线或者均压环钢筋引出接地端子进行接地。在雷击瞬间,设备外壳电位就等于楼层的地网电位。高电位的设备外壳对电源火线放电,雷电流能量通过火线对设备造成损坏。这就形成了地电位对设备的反击。容易遭受直击雷的高层建筑物,引下线很长,雷击瞬间,雷击点引下线附近设备外壳电位升高到所在楼层的高电位,其值远大于低压设备6 kV 耐压值,导致地电位对电源线路反击。　因为电感电势与雷电陡度、导线长度成正比,所以做等电位连接时应尽量减小导线长度,也不要形成感应环形回路的配线,引下线应多点与均压环连接以均衡电位。电源进线、信号线都应通过浪涌防护器与地电位(PE 线) 做等电位连接,通过SPD 的钳压作用,防止反击。为了有效泻流、钳压,应在各防雷分区界面通过多级SPD 与地电位等电位连接。
三、等电位连接在建筑物中的应用
①对建筑物来说,建筑物的基础就是建筑物的接地系统。将用作垂直接地体的桩的四根主
筋分别用二根与用作水平接地体的承台、地梁的配筋上、下层作等电位焊接,将用作引下线的二根立柱主筋分别与承台、地梁的上、下层配筋作等电位焊接,并将承台、地梁的配筋连接成沿建筑物四周的环形自然接地体,建筑物内如通信系统地、电力工作地、安全地、防雷地等所有接地和建筑物外的所有人工地均应以等电位连接的形式接到该自然接地体中形成共地。在自然体附近的各种金属管道和金属构件在地下均应与它作等电位连接。

②防雷装置应形成等电位的“法拉第笼”。引下线宜利用一定跨度的柱内主筋自下而上贯通,将接地装置与屋顶接闪器(避雷针及避雷带网格) 等电位连接。应利用楼层圈梁主筋通长焊接作均压环,并与各引下线连接。为防侧击雷的雷击，按建筑物各个防雷类别的要求,在一定高度上将外侧金属门窗、栏杆、金属广告牌架通过从均压环引出的等电位端子板与防雷装置连接。应在适当位置从均压环引出接地端子板,以便供局部等电位接地。③在进户处(L PZOA 区或L PZOB 区与L PZ1 区交界面) 设置总等电位连接。在各个单元配电处设置总等电位接地端子板(MEB) ,总等电位接地端子板通过接地线(铜芯线或者扁钢) 与接地体连接。N线重复接地、PE 线、电缆屏蔽层及护套金属管槽、第一级浪涌保护器接地线应与总等电位母线排连接。进出金属钢管已经通过环形接地体进行总等电位连接,此时人工环形接地体就作为总等电位连接带使用。

④每层楼宜设置楼层等电位接地端子板,在设备机房设置局部等电位接地端子板。楼层等电位接地端子板与总等电位接地端子板之间通过在电气竖井内明敷的接地干线连接,接地干线应与楼层主筋做等电位连接。局部等电位接地端子板与楼层等电位接地端子板连接,并与预留的楼层主筋接地端子做等电位连接。

⑤应该作局部等电位连接的有信息系统机房、卫生间、电梯机房、高低压配电房、重要设施如水泵房、消防控制室等,应将室内设备金属外壳、金属门窗、PE 线、直流工作接地线、浪涌保护器接地线等接到等电位连接板上。等电位连接网络结构有S 型星形结构和M 形网状结构以及它们的混合结构。应该根据电子信息系统的复杂程度和工作频率的高低选择等电位结构,以便有效地消除杂讯干扰。S 型星形结构是设备并联式一点接地,宜适用设备相对较少,局部的、电平相近的低频电子设备系统,比如消防、设备监控、声控系统等,其等电位连接线之间要确保足够的绝缘,可以间隔布线并且在地板敷设绝缘纸。M形网状结构是设备多点接地,宜适用较大规模的、频率f > 10 MHz 的高频电子设备系统,比如计算机房、网络系统等,其等电位连接网应通过多点组合到共用接地系统中。S 型与M 形组成的混合结构宜适用更复杂的、低频与高频之间的系统。⑥保护地线(PE 线) 应在每楼层重复接地。PE线在总等电位接地端子从N 线重复接地点引出后,在电气竖井内明敷。在每层楼电气竖井内保护地线应与预留等电位端子连接,而且在信息系统机房再做一次局部等电位连接。局部等电位连接后还可以减小间接接触电压,减少触电事故的发生。

⑦屋面各种金属构件应与接闪器作等电位连接。建筑物楼顶的一些金属物和设备,比如消防管道、通风排气管道、卫星信号接收器、风机、太阳能热水器、航空障碍灯、空调冷却塔等,容易遭受直击雷或者静电感应产生高电位导致损坏。而且它们并不是孤立而是通过各种管线与室内相连的,有可能将雷电波引入室内。所以楼顶的金属物和设备应与防雷装置进行等电位连接。例如对于航空障碍灯,宜设置避雷短针保护,风机、太阳能热水器金属外壳应与屋面的接闪器做等电位连接。天馈线、电缆应通过浪涌避雷器与防雷装置做等电位连接,其屏蔽层或护套金属管两端也要做等电位连接。

⑧竖直金属管道、走线桥架的多点重复接地。竖直金属管、电梯金属导轨应上下两端与防雷装置做等电位连接,宜每隔20 m 再做一次连接。室内各种走线桥、架应在适当地方与防雷装置做等电位连接。

⑨规定各种等电位连接线的最小规格。按照GB 50343 —2004 的规定,接地装置与总等电位连接带的连接导体截面积,铜质接地线≥50 mm2 ,钢质接地线≥80 mm2 。电子信息机房与总等电位连接带之间接地干线采用截面积不小于35 mm2 铜芯线。安全防范系统、火灾报警系统、建筑设备监控系统、有线电视系统的接地干线采用截面积不小于16mm2 的铜芯绝缘导线。电源线路第一级浪涌保护器接地线宜采用截面积不小于25 mm2 的铜导线,与相线连接的铜导线截面积不小于16 mm2 。信号线路浪涌保护器接地线宜采用截面积不小于1. 5mm2 的铜芯导线。天馈线路浪涌保护器接地线应采用截面积不小于6 mm2 的多股绝缘铜导线。楼层配线柜接地线采用截面积不小于16 mm2 的绝缘铜导线。

⑩等电位连接导通性测试。等电位连接完毕后应进行导通性测试,测试用电源可采用空载电压为4～24V 的直流或交流电源,测试电流应≥0. 2A ,当测得等电位联结端子板与等电位联结范围内的金属管道等金属末端之间的电阻不超过3Ω 时,可认为等电位联结是有效的。如发现导通不良的管道的连接处,应作跨接线,在投入使用后应定期作导通性测试。

四、结束语

综上所述可知, 如果一个建筑物等电位连接做好了, 建筑物内处处等电位, 各设备等电位, 而且四周设置了屏蔽, 当发生雷击时, 即使接地电阻不是很小, 但人和设备在里面都是很安全的。因此，等电位连接在建筑物及其电子信息系统是最重要的一项防雷安全措施，对一般建筑物来说等电位连接工程实质上是建筑物的防雷隐蔽工程,因此做好建筑物的防雷隐蔽工程监督工作是我们各级防雷机构所面临的一项紧迫任务。

参考文献
[1 ] 　GB 50057 —94 ,建筑物防雷设计规范
[2 ] 　GB 50343 —2004 ,建筑物电子信息系统防雷技术规范
[3 ] 周扬天，《等电位连接在建筑物中的作用》
[ 4 ] 虞　昊, 等. 现代防雷技术基础. 1995