等電位聯(lián)結(jié)設計方法探討

河南工程學院 周成虎 甕嘉民

為了保護人身安全、保護電子設備免受過電壓影響，在建筑電氣設計時常采用等電位聯(lián)結(jié)。設計時等電位聯(lián)結(jié)應確保在任何極端情況下均能正常工作。重要場合還可用電路分析軟件定量分析以確保設計合理。

一、等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)要避開防雷系統(tǒng)主回路

電氣設計方案多采用接地、等電位聯(lián)結(jié)與防雷系統(tǒng)合用。由于眾多電氣設計普遍未畫出等電位連接詳圖，僅在施工說明中描述等電位連接的技術(shù)要求，給施工埋下隱患。

由于等電位聯(lián)結(jié)、防雷、接地大部分是隱蔽工程，驗收是一次性的，加上缺乏設計完善的圖紙，現(xiàn)場施工人員往往將等電位連接線（多采用鍍鋅扁鋼）直接連接在附近的避雷引下線或各層的均壓環(huán)上，在雷擊發(fā)生時，錯誤聯(lián)結(jié)的等電位連接線的瞬間電壓可高達幾十kV以上，圖1為等電位聯(lián)結(jié)引出點圖，圖2為錯誤的等電位聯(lián)結(jié)等效電路圖。為了便于計算，假定雷擊電壓峰值為100kV，等電位聯(lián)結(jié)點以上柱筋的電阻（R1）為1Ω，等電位聯(lián)結(jié)點以下柱筋和基礎的電阻（R2）為1Ω，這時如果有人觸及等電位連結(jié)線，則通過人體（R3）的電壓峰值為50kV，足以致命。

圖 1 等電位聯(lián)結(jié)引出點

正確的等電位聯(lián)結(jié)方法應該是由建筑物內(nèi)部基礎引上至等電位聯(lián)結(jié)點，其等效電路原理如圖3所示。

有時標準圖集也會出現(xiàn)概念模糊的情況，給設計、施工造成誤導。例如，標準圖集02D501-2第43、44頁，金屬門窗的等電位聯(lián)結(jié)圖中將金屬門窗與圈梁、立柱相連，但未詳細說明可從哪些圈梁、立柱引出等電位連結(jié)線。假定立柱遭受雷擊則金屬門窗會產(chǎn)生高壓，并可能危及附近人員的人身安全。可見，標準圖集細化也是必要的。

圖 2 錯誤的等電位聯(lián)結(jié)等效電路

圖 3 正確的等電位聯(lián)結(jié)等效電路

二、等電位聯(lián)結(jié)要考慮建筑物壽命周期內(nèi)的最惡劣情況

室外的等電位網(wǎng)絡也普遍采用鍍鋅扁鋼作接地材料，使用到10年左右就無法確保接地的安全性，由于該類工程有些敷設在屋面、有些埋在地下，較為隱蔽，通常無法及時發(fā)現(xiàn)問題，容易造成隱患。筆者認為，改用不銹鋼材料雖然增加了一些造價，但安全性可以保證，使用壽命可以大大延長。

從財務評價的角度分析，改用不銹鋼材料僅僅增加了材料費用，使用壽命可以視為與建筑物相同。而定期更換鍍鋅扁鋼接地極，需要將暗敷的接地線及覆蓋物開挖、恢復，費用相當可觀。改用不銹鋼材料同時也減少了鋼鐵資源的使用，社會效益明顯。

三、弱電等電位聯(lián)結(jié)應與強電等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)分開敷設

弱電系統(tǒng)中信號幅值各不相同，其中電視信號峰峰值為1V以下，如果弱電與強電等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)合用會對弱電信號形成干擾，甚至損壞弱電設備。

通常建造獨立的弱電接地與等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)造價較高，可行性不強。許多接地圖紙將所有基礎圈梁焊接成電氣通路。這樣看起來很安全，但是仔細分析會發(fā)現(xiàn)鋼材也是有內(nèi)阻的，一旦強電線路漏電，接地線局部可能出現(xiàn)較高的電壓，危及弱電設備。工程設計時如將局部基礎圈梁、建筑物內(nèi)部基礎主筋焊接，構(gòu)成相對獨立的弱電等電位聯(lián)結(jié)接地系統(tǒng)，則是一個相對更安全可靠的辦法。

四、屋面設備等電位聯(lián)結(jié)要點

理論上，當雷電接近建筑物時，高壓沖擊波會沿金屬構(gòu)件引入大地，當所流經(jīng)的構(gòu)件為同一材質(zhì)，截面變化為由小到大時，不會出現(xiàn)波阻抗反射沖擊導致避雷線路擊毀的情況。屋面設備的接地體如果用銅質(zhì)等電位連接線，其一端聯(lián)結(jié)到設備上，另一端聯(lián)結(jié)到鋼質(zhì)避雷線上，雷擊時波阻抗反射和折射造成的沖擊可能會造成銅質(zhì)等電位連接線與鋼質(zhì)接地體聯(lián)結(jié)處擊毀的情況。因此，屋面設備的接地體應采用鋼質(zhì)材料。