防雷等電位連接系統探析

梁文鋼 張燦

摘要：近幾年，我國經濟迅速發展，人民生活水平逐步提高，居住環境日益改善，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，樓內隨著辦公自動化的發展，計算機及其網絡的大量使用，對雷電干擾、地電位的干擾要求越來越嚴。十幾年前普通老百姓家中的家用電器大多還只有電視機，如今大屏幕液晶平板電視、冰箱、洗衣機、空調、電熱水器、微波爐都已經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，在特殊情況時十幾伏的電壓也是非常危險的。因此，高層建筑的接地問題也就顯得越來越重要。

關鍵詞：雷電防護;等電位連接

引言

防雷等電位連接是將分開的導電裝置各部分用等電位連接導體或電涌保護器（SPD）做等電位連接。它在內部防雷裝置中的目的是減小建筑物金屬構件與設備之間或設備與設備之間由雷電流產生的電位差。防雷等電位連接區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器做等電位連接。

室外防雷保護的目的是防止雷電直接擊中建筑物引起建筑物著火，或擊壞建筑物的結構，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，室內防雷保護的目的，則注重保護人身和室內設施的安全，特別是電氣裝置和設備等的安全。因此必須防止建筑物內部及電氣裝置內部由于過電壓而擊穿，同時也應把電氣系統內的感應電壓限制在安全值之內。這后一種情況對工作電壓和絕緣水平都很低的電子系統就顯得更為重要。在電子計算機上，一個微小的干擾可能造成電子計算機系統癱瘓，從而產生較大的經濟損失。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。

雷電對建筑物的破壞力十分巨大，它不僅會毀壞建筑物本身，對于建筑物內人的生命財產安全危害也不容忽視。

本論文以現代建筑物為主要研究對象，針對現代建筑雷電防護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行了研究分析。通過對電氣安全、防雷設計規范以及實際工程中等電位連接幾個方面，重點研究了等電位連接在雷擊防護、觸電保護等發揮的作用及其重要性，以及等電位的檢查與測量的要求，確保等電位連接的可靠性，保護人員和設施的安全。

等電位連接是綜合防雷系統中最重要的一項基本措施，在電氣安全技術不斷地發展和更新的進程中，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60年代起大力推廣等電位聯結安全技術的應用，新建建筑物中基本上都采用了等電位聯結。根據理論研究，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，整個建筑物就會成為一個統一的等電位提體，從而起到防雷作用。它對用電安全、防雷以及電子信息設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發生火災、爆炸、生命危險的事故機率。

等電位聯結主要是起各種保護作用，雷擊保護IEC標準中指出，等電位連接是內部防雷措施的一部分。當雷擊建筑物時，雷電傳輸有梯度，垂直相鄰層金屬構架節點上的電位差可能達到10kV量級，危險極大。但等電位聯結將本層柱內主筋、建筑物的金屬構架、金屬裝置、電氣裝置、電信裝置等連接起來，形成一個等電位連接網絡，可防止直擊雷、感應雷、或其他形式的雷，避免火災、爆炸、生命危險和設備損壞。

等電位聯結在高層建筑物接地的特點和要求包括：

1.現代的高層建筑物，由于柱、梁、板都采用預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，但由現場和模型試驗證明：在雷擊情況下，建筑物的鋼筋網還不是一個等電位的“法拉第籠子”。裝設在建筑物內部的弱電子裝置和電力設備以及其他電器用具仍然會受到反擊過電壓的作用，有可能發生損壞或誤動作，如計算機系統“死機”等。因此，認為只要將建筑物的鋼筋網接地，就能保證安全的設想是不切合實際的。

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作接地體，有時工頻接地電阻可以達到1Ω的要求，另外，充分利用高層建筑物地面上的鋼筋網格框架作接地線，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。

根據上述高層建筑物的接地特點，針對反擊過電壓的保護，對高層建筑物接地系統的要求如下：

（1）凡進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鍵。

豎井的位置最好是在建筑物的中心，因為建筑物中心的電磁場最弱。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，對每一層樓的沉陷縫，至少要在兩處用柔軟的導線把斷開的鋼筋連接起來。

（4）安裝在高層建筑物的電力設備、電器用具以及照明燈具等，宜采用接零保護，電源變壓器低壓側的中性點經擊穿保險接地。一方面可以提高保護接地的可靠性;另一方面可以避免工頻零序電流經過建筑物的鋼筋回流到電源中性點時，對計算機的接地線，產生地電位干擾。

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

（5）用于防雷保護的導線，在選擇其材料和截面時，使用年限、抗腐蝕性、耐熱性、機械強度、安裝便利性和費用等。

（6）導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，隨著人工氣象觀測設備的逐步淘汰，自動氣象站已成采集各種氣象要素的主體設備。正確認識防雷與接地工作，做好日常維護工作，保障自動氣象站的安全正常運行，主要技術有：

1. 用于自動氣象站的防雷工程務必做好系統接地，“接地”是防雷技術中的重要環節，無論直擊雷、感應雷或其他形式的雷，都將通過接地裝置導入大地。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. 自動氣象站觀測場內的所有觀測設備均在直擊雷范圍，必須用避雷針進行保護，主要采用避雷針、避雷帶、避雷網等傳統避雷裝置，可利用風桿或風塔作為避雷針的引下線或使用獨立引下線。這些避雷設施能對直擊雷進行有效的防御，同時也比較經濟、簡單。

3. 自動氣象站工作室內應作等電位處理。可采用均壓環連接或網形連接，并應與建筑物內鋼筋或人工接地體作連接;室內所有設備的金屬外殼、防靜電接地、信號地、PE線和SPD接地線、屏蔽金屬管和屏蔽線纜的金屬外護層均應就近與等電位連接板進行電氣連接。

參考文獻

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