防雷等電位連接系統(tǒng)探析

梁文鋼 張燦

摘要：近幾年，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民生活水平逐步提高，居住環(huán)境日益改善，一些大中城市的高層建筑如雨后春筍般拔地而起。眾所周知，高層建筑由于在地面凸起的高度更容易遭到雷電的危害，特別是近年來樓房越來越高，樓內(nèi)隨著辦公自動(dòng)化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)的大量使用，對(duì)雷電干擾、地電位的干擾要求越來越嚴(yán)。十幾年前普通老百姓家中的家用電器大多還只有電視機(jī)，如今大屏幕液晶平板電視、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電熱水器、微波爐都已經(jīng)成為一般家庭的常用電器。我們知道36V是安全電壓，但只是在一般情況下，在特殊情況時(shí)十幾伏的電壓也是非常危險(xiǎn)的。因此，高層建筑的接地問題也就顯得越來越重要。

關(guān)鍵詞：雷電防護(hù);等電位連接

引言

防雷等電位連接是將分開的導(dǎo)電裝置各部分用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器（SPD）做等電位連接。它在內(nèi)部防雷裝置中的目的是減小建筑物金屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè)備與設(shè)備之間由雷電流產(chǎn)生的電位差。防雷等電位連接區(qū)別于電氣安全的等電位連接，最主要是將不能直接連接的帶電體通過電涌保護(hù)器做等電位連接。

室外防雷保護(hù)的目的是防止雷電直接擊中建筑物引起建筑物著火，或擊壞建筑物的結(jié)構(gòu)，閃電放電必須用接閃裝置把它攔截并使雷電流通過引下線和接地極而安全地泄入大地。與此不同，室內(nèi)防雷保護(hù)的目的，則注重保護(hù)人身和室內(nèi)設(shè)施的安全，特別是電氣裝置和設(shè)備等的安全。因此必須防止建筑物內(nèi)部及電氣裝置內(nèi)部由于過電壓而擊穿，同時(shí)也應(yīng)把電氣系統(tǒng)內(nèi)的感應(yīng)電壓限制在安全值之內(nèi)。這后一種情況對(duì)工作電壓和絕緣水平都很低的電子系統(tǒng)就顯得更為重要。在電子計(jì)算機(jī)上，一個(gè)微小的干擾可能造成電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)癱瘓，從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。因而高層建筑的防雷接地問題，也就越來越引起人們的重視。

雷電對(duì)建筑物的破壞力十分巨大，它不僅會(huì)毀壞建筑物本身，對(duì)于建筑物內(nèi)人的生命財(cái)產(chǎn)安全危害也不容忽視。

本論文以現(xiàn)代建筑物為主要研究對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)代建筑雷電防護(hù)中等電位連接的概念、基本原則、方法和等電位連接的作用進(jìn)行了研究分析。通過對(duì)電氣安全、防雷設(shè)計(jì)規(guī)范以及實(shí)際工程中等電位連接幾個(gè)方面，重點(diǎn)研究了等電位連接在雷擊防護(hù)、觸電保護(hù)等發(fā)揮的作用及其重要性，以及等電位的檢查與測(cè)量的要求，確保等電位連接的可靠性，保護(hù)人員和設(shè)施的安全。

等電位連接是綜合防雷系統(tǒng)中最重要的一項(xiàng)基本措施，在電氣安全技術(shù)不斷地發(fā)展和更新的進(jìn)程中，我們注意到大量電氣事故是由過大的電位差引起的。為防止過大的電位差而導(dǎo)致的種種電氣事故，國際上非常重視等電位連接的作用，從20世紀(jì)60年代起大力推廣等電位聯(lián)結(jié)安全技術(shù)的應(yīng)用，新建建筑物中基本上都采用了等電位聯(lián)結(jié)。根據(jù)理論研究，等電位連接作用范圍越小，電氣就越安全。建筑物做好等電位連接后，整個(gè)建筑物就會(huì)成為一個(gè)統(tǒng)一的等電位提體，從而起到防雷作用。它對(duì)用電安全、防雷以及電子信息設(shè)備的正常工作和安全使用都十分重要，等電位連接可有效減小在需要防雷的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)的事故機(jī)率。

等電位聯(lián)結(jié)主要是起各種保護(hù)作用，雷擊保護(hù)IEC標(biāo)準(zhǔn)中指出，等電位連接是內(nèi)部防雷措施的一部分。當(dāng)雷擊建筑物時(shí)，雷電傳輸有梯度，垂直相鄰層金屬構(gòu)架節(jié)點(diǎn)上的電位差可能達(dá)到10kV量級(jí)，危險(xiǎn)極大。但等電位聯(lián)結(jié)將本層柱內(nèi)主筋、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、電氣裝置、電信裝置等連接起來，形成一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，可防止直擊雷、感應(yīng)雷、或其他形式的雷，避免火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)和設(shè)備損壞。

等電位聯(lián)結(jié)在高層建筑物接地的特點(diǎn)和要求包括：

1.現(xiàn)代的高層建筑物，由于柱、梁、板都采用預(yù)制件焊接成一座整體的框架，這樣雖然有利于建筑物的鋼筋接地，但由現(xiàn)場(chǎng)和模型試驗(yàn)證明：在雷擊情況下，建筑物的鋼筋網(wǎng)還不是一個(gè)等電位的“法拉第籠子”。裝設(shè)在建筑物內(nèi)部的弱電子裝置和電力設(shè)備以及其他電器用具仍然會(huì)受到反擊過電壓的作用，有可能發(fā)生損壞或誤動(dòng)作，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“死機(jī)”等。因此，認(rèn)為只要將建筑物的鋼筋網(wǎng)接地，就能保證安全的設(shè)想是不切合實(shí)際的。

2.充分利用高層建筑物鋼筋混凝土的樁基和地下建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)作接地體，有時(shí)工頻接地電阻可以達(dá)到1Ω的要求，另外，充分利用高層建筑物地面上的鋼筋網(wǎng)格框架作接地線，可以起到比較顯著的分流效果。例如，曾用波形為0.7/20μs，幅值為185A的沖擊電流，測(cè)試某高層建筑物的鋼筋模型的分流情況表明，流過鋼筋柱最大沖擊電流為總電流的2.36%，最小為1.61%，可見分流效果顯著。

根據(jù)上述高層建筑物的接地特點(diǎn)，針對(duì)反擊過電壓的保護(hù)，對(duì)高層建筑物接地系統(tǒng)的要求如下：

（1）凡進(jìn)入高層建筑物的電線，宜采用兩端外皮接地的電纜，最好將電纜直埋地下。電纜直埋段的長(zhǎng)度不宜小于10m。

（2）沿建筑物縱向高度布置的電線或電纜，宜敷設(shè)在有屏蔽的豎井中，豎井可用厚度為3～4mm的鋼板或鋼筋混凝土板制作。各段豎井的接頭應(yīng)緊密連接，使接觸電阻盡可能減小，這是決定豎井屏蔽效果好壞的關(guān)鍵。

豎井的位置最好是在建筑物的中心，因?yàn)榻ㄖ镏行牡碾姶艌?chǎng)最弱。最重要的是要保證豎井的縱向電阻最小。

（3）為了提高分流效果和均衡電位，對(duì)每一層樓的沉陷縫，至少要在兩處用柔軟的導(dǎo)線把斷開的鋼筋連接起來。

（4）安裝在高層建筑物的電力設(shè)備、電器用具以及照明燈具等，宜采用接零保護(hù)，電源變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)經(jīng)擊穿保險(xiǎn)接地。一方面可以提高保護(hù)接地的可靠性;另一方面可以避免工頻零序電流經(jīng)過建筑物的鋼筋回流到電源中性點(diǎn)時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)的接地線，產(chǎn)生地電位干擾。

采用交流三相四線制供電時(shí)，零線要緊貼著相線敷設(shè)，以便減小相線和零線回路的電抗。

（5）用于防雷保護(hù)的導(dǎo)線，在選擇其材料和截面時(shí)，使用年限、抗腐蝕性、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、安裝便利性和費(fèi)用等。

（6）導(dǎo)體的接頭可采用夾具和緊壓裝置，如用螺絲固定、鉚接、熔焊、錫焊、銅焊或用金屬片包扎。

另外，隨著人工氣象觀測(cè)設(shè)備的逐步淘汰，自動(dòng)氣象站已成采集各種氣象要素的主體設(shè)備。正確認(rèn)識(shí)防雷與接地工作，做好日常維護(hù)工作，保障自動(dòng)氣象站的安全正常運(yùn)行，主要技術(shù)有：

1. 用于自動(dòng)氣象站的防雷工程務(wù)必做好系統(tǒng)接地，“接地”是防雷技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，無論直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。從防雷的角度講，把接閃器與大地做好電氣連接的裝置稱為接地裝置，它的作用是把雷電對(duì)接閃器閃擊的電荷盡快泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

2. 自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的所有觀測(cè)設(shè)備均在直擊雷范圍，必須用避雷針進(jìn)行保護(hù)，主要采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等傳統(tǒng)避雷裝置，可利用風(fēng)桿或風(fēng)塔作為避雷針的引下線或使用獨(dú)立引下線。這些避雷設(shè)施能對(duì)直擊雷進(jìn)行有效的防御，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。

3. 自動(dòng)氣象站工作室內(nèi)應(yīng)作等電位處理?？刹捎镁鶋涵h(huán)連接或網(wǎng)形連接，并應(yīng)與建筑物內(nèi)鋼筋或人工接地體作連接;室內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、防靜電接地、信號(hào)地、PE線和SPD接地線、屏蔽金屬管和屏蔽線纜的金屬外護(hù)層均應(yīng)就近與等電位連接板進(jìn)行電氣連接。

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作者簡(jiǎn)介：梁文鋼（1969-）男，漢族，四川省綿陽人，大專學(xué)歷，助理工程師，從事雷電防御工作。