三類不同等電位連接措施的探討

梁友+張玉竹+葉遠(yuǎn)航

摘 要：等電位連接關(guān)系到火災(zāi)、爆炸、引致生命危險(xiǎn)以及電氣設(shè)備及用電安全，本文根據(jù)等電位連接的不同特點(diǎn)和作用，從防雷等電位連接、防人身電擊的等電位連接、信息技術(shù)設(shè)備的等電位連接三個(gè)方面進(jìn)行分類，探討等電位連接的相關(guān)技術(shù)問題，介紹具體做法，對(duì)進(jìn)一步完善等電位連接措施及安裝應(yīng)用水平提供借鑒。

關(guān)鍵詞：等電位連接；防雷；防人身電擊

1 引言

等電位連接是雷電防護(hù)和電氣安全中最重要的基本措施之一。但是很多工程的設(shè)計(jì)和施工并不強(qiáng)調(diào)等電位連接的作用，特別是部分新建建筑物的圖紙中都沒有等電位連接專項(xiàng)設(shè)計(jì)這一項(xiàng)，或者等電位設(shè)計(jì)不完善，還有防雷安全檢測(cè)、檢查中往往忽視等電位連接措施的測(cè)試和檢查。另一方面，電氣電子系統(tǒng)設(shè)備與人們的日常生活息息相關(guān)，然而由于用電不當(dāng)，絕緣老化，保護(hù)裝置不完善、不到位引起的火災(zāi)，電擊等事故給人們?cè)斐闪酥卮髶p失和危害，其中最常見的事故是接地故障，會(huì)造成電弧起火和觸電危險(xiǎn)。本文對(duì)幾種不同等電位連接措施進(jìn)行分析，探討等電位連接措施在建筑物防雷以及電氣安全中的作用。

2 防雷等電位連接

防雷等電位是將處在需要防雷空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來的導(dǎo)體物、電氣和電子裝置等用金屬導(dǎo)體或通過電涌保護(hù)器（SPD）連接起來，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差，保證需要雷電防護(hù)的空間內(nèi)避免發(fā)生電擊事故和電氣事故的一項(xiàng)重要措施。對(duì)建筑物來說，除本身的梁、柱、墻及樓板內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋要互相連接貫通外，建筑物內(nèi)部及附近所有的大金屬物，如大型機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、各種電機(jī)外殼及其相互連通的金屬導(dǎo)管線路、水管、煤氣管、大型金屬物、電纜金屬屏蔽層以及建筑物的接地線等，應(yīng)用電氣連接的方法直接連接起來，使整座建筑物成為一個(gè)良好的等電位體，可以有效地防止建筑物內(nèi)各部件高電位差的反擊及電氣火災(zāi)和爆炸等事故。

電涌保護(hù)器（SPD）已廣泛應(yīng)用于電氣電子系統(tǒng)，它是一種間接的等電位連接，用以限制大氣過電壓，免受雷電造成的危害。需要說明的是，SPD不能保護(hù)暫時(shí)的工頻過電壓。

另外，雷電流是一種頻率極高的高頻脈沖電涌，通常頻率大于1MHZ，持續(xù)時(shí)間為微秒級(jí)。對(duì)高頻等電位連接的要求，顯然不同于防電擊的工頻等電位連接。假設(shè)接地線長(zhǎng)10m，電感為1μH/m，當(dāng)f=10MHZ時(shí)，則感抗X=2πfL=628Ω。可見感抗的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻，起主導(dǎo)作用。由于集膚效應(yīng)的作用，交變電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，其分布是不均勻的，在導(dǎo)體表面電流密度較大，越靠近導(dǎo)體中心電流密度越小，高頻時(shí)的電流基本上在導(dǎo)體（導(dǎo)線）表面流動(dòng)，因此要求防雷等電位連接線應(yīng)具有足夠的截面積和表面積，連接導(dǎo)線的走線應(yīng)盡量短和直，應(yīng)盡量利用建筑物內(nèi)大量的金屬構(gòu)件和金屬管道作為連接線的并聯(lián)通路，從而大幅度地降低防雷等電位連接系統(tǒng)的高頻阻抗。因此，為了減少雷擊電磁脈沖干擾和閃電感應(yīng)效應(yīng)，穿過防雷區(qū)界面的所有導(dǎo)電物、電力線、通信線等，均應(yīng)在界面處做等電位連接，而各種屏蔽結(jié)構(gòu)或設(shè)備外殼等其它局部金屬物，也應(yīng)就近連到等電位連接帶；所有電梯軌道、吊車、金屬地板及門框、金屬橋架及金屬管道等大尺寸的導(dǎo)電物，應(yīng)以最短路徑連接到最近的等電位連接帶或其它已做了等電位連接的金屬物，各導(dǎo)電體之間宜有多次互相連接。

3 防人身電擊的等電位連接

防人身電擊是指防間接電擊保護(hù)或防間接接觸保護(hù)。在正常情況下，電氣線路和設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分是不帶電的；故障時(shí)，由于絕緣損壞導(dǎo)致電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分（如金屬外殼）帶電，此時(shí)人若觸及帶電的金屬外殼，可能會(huì)造成電擊事故。防間接觸電保護(hù)措施中，最常用的是自動(dòng)切斷電源保護(hù)措施。具體的要求是：當(dāng)TN或TT系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)某一點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，該點(diǎn)的電源，應(yīng)由設(shè)于此的保護(hù)電器（斷路器或熔斷器）及時(shí)自動(dòng)切斷，消除因故障引起的致人傷亡的危險(xiǎn)接觸電壓。然而，僅靠保護(hù)電器切斷接地故障的保護(hù)措施，有可能會(huì)因保護(hù)電器產(chǎn)品本身的質(zhì)量，或者技術(shù)參數(shù)選擇不當(dāng)以及施工及維護(hù)管理不善等問題，使保護(hù)電器的動(dòng)作不完全可靠，從而不能防止或杜絕危險(xiǎn)的接觸電壓對(duì)人身的傷害。

為此，IEC及國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了在采用自動(dòng)切斷電源保護(hù)措施時(shí)，還應(yīng)采用等電位連接措施，使人所能同時(shí)觸及的外露可導(dǎo)電部分之間的電位相近或相等，以降低人體受到電擊時(shí)的接觸電壓，提高電氣安全水平。也就是說，在選用斷路器（或熔斷器）作為保護(hù)電器的保護(hù)措施時(shí)，一定要聯(lián)合使用總等電位連接措施。兩者不可分割。防人身電擊采用的等電位連接主要用來傳導(dǎo)電位，使電位相等或相近，而非用來傳送大幅值電流，因此，用于防電擊目的的連接導(dǎo)線，其選用的截面比PE線小得多，也不同于防雷所用的等電位連接導(dǎo)線。

總等電位設(shè)置主要是在雷電防護(hù)區(qū)的交接處，在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）的界面處設(shè)置總等電位連接端。一般建筑物的總等電位連接都設(shè)在配電（柜）箱的附近或各種導(dǎo)體管件進(jìn)入建筑物的入口處?？偟入娢贿B接主要有PE線、PEN干線、電氣裝置接地極的接地干線、建筑物的水管、煤氣管、暖氣管道、空調(diào)管道以及條件許可時(shí)的建筑物金屬構(gòu)件等導(dǎo)體。總等電位連接的作用是均衡電位以降低接觸電壓，它不是一項(xiàng)可有可無的電氣安全措施。IEC標(biāo)準(zhǔn)和一些技術(shù)先進(jìn)國家的電氣規(guī)范都將總等電位連接列為接地故障保護(hù)的基本條件《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）規(guī)定，總等電位應(yīng)與“電氣裝置接地極的接地干線”連接，即實(shí)施了接地（或重復(fù)接地）。然而總等電位連接的內(nèi)涵遠(yuǎn)比只做重復(fù)接地豐富，其降低接觸電壓的功效，也遠(yuǎn)優(yōu)于只做重復(fù)接地，做總等電位連接后，所降低預(yù)期接觸電壓的數(shù)值，為僅做重復(fù)接地的降低值的3.5倍，即總等電位連接降低接觸電壓的作用遠(yuǎn)優(yōu)于重復(fù)接地。一般規(guī)范在規(guī)定實(shí)施總等電位后，不再提及重復(fù)接地。

總等電位連接的作用在于降低建筑物內(nèi)接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害，可通過進(jìn)線配電箱近旁的總等電位連接端子板實(shí)現(xiàn)等電位連接。如浴室、游泳池等場(chǎng)所在電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)防電擊的等電位連接提出了嚴(yán)格的要求，必須要選擇防潮型的設(shè)備，并確保插座的位置能夠達(dá)到相應(yīng)的安全要求，做好相應(yīng)的等電位連接，在浴室做局部等電位就是在浴室墻下預(yù)埋一個(gè)局部等電位連接端子板，再將浴室內(nèi)各金屬管道和金屬部件與之連接。

4 信息技術(shù)設(shè)備的等電位連接

信息技術(shù)設(shè)備的等電位連接是保證設(shè)備正常工作的重要措施之一，與防人身電擊的等電位連接最大不同特點(diǎn)是，信息技術(shù)設(shè)備的工作頻率高，接地線和連通回路的高頻阻抗大，為使設(shè)備間的信號(hào)電位相等或相近，要求等電位連接導(dǎo)線要盡可能短和直。為此，金屬結(jié)構(gòu)、管道等均可就近接于建筑物的接地母線，而不必接至匯集于建筑物的總等電位連接的接地母線，其目的是盡可能減少接地回路的阻抗。

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)信息技術(shù)設(shè)備等電位連接的基本形式作了介紹，有S型（又稱星形結(jié)構(gòu)）及M型（又稱網(wǎng)形結(jié)構(gòu)）兩種基本形式。美國國家標(biāo)準(zhǔn)建議，當(dāng)模擬電路的頻率不大于300kHZ時(shí)，可采用S型或M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)數(shù)字電路的頻率達(dá)MHZ級(jí)時(shí)，則應(yīng)采用M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)；對(duì)復(fù)雜的電子信息系統(tǒng)，可采用兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)S型局部等電位連接網(wǎng)絡(luò)可與一個(gè)M型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組合在一起，一個(gè)M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)可在接地基準(zhǔn)點(diǎn)與共用接地系統(tǒng)相連。為了使設(shè)備間信號(hào)線的噪聲水平盡量的低，要求設(shè)備的外殼用盡量短的直線與等電位網(wǎng)格相連，連接導(dǎo)線長(zhǎng)度以不超過500mm為宜，網(wǎng)格的尺寸約為設(shè)備工作頻率波長(zhǎng)的1/10，通常取600×600mm。網(wǎng)格選用銅質(zhì)材料，銅帶寬可為60～80mm，銅帶愈薄愈好，以增大表面積，減少高頻集膚效應(yīng)導(dǎo)致的高頻阻抗。

5 結(jié)束語

等電位連接是接地故障保護(hù)實(shí)現(xiàn)安全要求的不可缺少的基本條件，是建筑物及其電子信息系統(tǒng)最重要的一項(xiàng)電氣安全措施之一，對(duì)防雷、電子信息系統(tǒng)保護(hù)都具有重要意義。工程設(shè)計(jì)施工中，樓層下部有接地網(wǎng)，樓層內(nèi)有等電位連接網(wǎng)絡(luò)，樓頂有接閃帶和接閃網(wǎng)，在電氣上形成法拉第籠式結(jié)構(gòu)，人和設(shè)備在此環(huán)境中無雷擊危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]由海濤.淺談建筑工程中的等電位聯(lián)結(jié)[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011，（06）.

[2]李寧，胡泉，李瑩.等電位連接在現(xiàn)代建筑物防雷中的重要性[J].氣象研究與應(yīng)用，2007，28（04）.