浅析等电位连接在建筑物防雷中的作用

陈万祯

(张家口市气象局,河北张家口075000)

随着经济的发展和科学技术的进步,雷电作为一种自然现象,与人们日常生产和生活息息相关并产生重要影响,雷电的巨大能量和破坏力给人类生命和财产造成的损失也是惨重的.据不完全统计,中国每年有1 000多人因雷击伤亡,雷击造成的直接经济损失达数十亿元,雷电灾害已成为仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害.如何对建筑内的设备和人身安全进行有效的防护也就成为人们日益重视的问题,在国际电工标准IEC和 《建筑物防雷设计规范》GB 50057—94(2000年版)、《低压配电设计规范》GB 50054—95、《供配电系统设计规范》GB 50052—95、《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16—92等都将把等电位连接规定为电气安全的基本要求[1-3].

1 等电位连接的概念和几种常见类型

根据国际电工标准IEC61024-1规定,等电位连接 (EB)就是在内部防雷装置中,能减小有雷电流引起的电位差的那一部分.具体某一建筑物而言,也就是将建筑物中各电气装置和其它装置外露的金属及可导电部分、人工或自然接地体用导体连接起来.它的作用在于降低或减少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,实现电位均衡.

按照国际通行规则,总等电位连接 (MEB)主要在建筑物雷电防护区LPZ0区和LPZ1区界面处,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;局部等电位连接(LEB)在建筑物内的局部范围内按总等电位连接的要求再做一次等电位连接;辅助等电位连接 (SEB)在伸臂范围内有可能出现危险电位差的可同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外可导电部分 (如金属管道、金属结构件)之间直接用导体作连接.

2 等电位连接作用

2.1 建筑物自身等电位连接

建筑物的共用接地系统在大范围内即为等电位连接,钢筋混凝土结构建筑物利用基础内用作接地极的主筋做接地体,环形闭合,形成电气通路.通过建筑物柱内用作引下线的柱筋与楼层钢筋网及屋顶的避雷带 (针)连接在一起形成等电位,这样就在电气上成为法拉第笼式结构,它可以保证整个建筑物处在同一电位水平,人和设备在此环境中遭直击雷威胁的概率是非常低的.

2.2 金属管道等电位连接

通过对进入建筑物内的所有金属管道在LPZ0区LPZ1区界面处做等电位连接,在很大程度上可降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差,消除自建筑物外沿各种金属管道窜入的危险故障电压,减少由金属管道窜入的危险故障电压导致人身电击或电气火灾事故,经过长期的实践证明等电位连接对于建筑物的防雷电波侵入作用非常有效.

2.3 供配电系统的等电位连接

建筑物供配电系统通常是由城市电网引入的交流电源,当雷击于电网附近或直击在电网时,能够在线路上产生过电压波,这种过电压波沿线路传送进入户内,通过交流电源系统侵入设备,造成设备损坏、火灾及人员伤亡.雷电过电压波也能从交流电侧或通信线路传播到直流电源系统,危及直流电源及其负载电路的安全,在建筑物防雷区界面处做等电位连接,通过等电位端子板将电气装置的接地线与基础接地极相连.把通过电源线路传来的雷电流直接泄入大地,同时等电位连接又可以防止局部电位升高产生的电位差.按照国家强制性标准GB50054-95,对建筑物电源与设备的防雷接地应采用等电位连接.由于雷电流峰值非常大,流经之处都立即升至很高的电位 (相对于大地而言),因此对于附近尚处在大地电位的电气、电子设备和人产生旁侧闪烁,容易引起设备和人身事故.所以等电位连接是建筑物供配电系统防雷的关键措施这一.

如对于建筑物供配电系统采用TN系统而言,此系统等电位连接另一个重要作用是它可清除常用的TN系统内沿PEN线和PE线传导的故障电压引起的电气事故.在建筑物电源进线处设置电气接地母排,配电箱 (柜)内PE线、金属保护管、设备外壳和建筑物的地下钢筋均与此接地母排可靠连接.通过总等电位连接而处在同一电位上,建筑物内不会出现电位差.总等电位连接能消除TN系统沿PEN线、PE线传导来的故障电压 (也包括沿其他金属管道传导来的故障电压)引起的电击事故,所以等电位连接对TN系统电气装置非常重要.

2.4 信息系统的等电位连接

对信息系统的各个外露可导电部件应建立等电位连接网络,并与共用接地系统相连,接至共用接地系统的等电位连接网络有两种结构:S型 (星型)结构信息系统的所有金属组件仅通过一点与共用接地系统连接,形成Ss等电位连接网络.但是S型等电位连接网络用于相对较小、局部的系统,且所有设施管线和电缆宜从接地基准点处附近进入该信息系统;M型 (网型)结构系统的各金属组件通过多点接至共用接地系统,从而构成Mm等电位连接网络.通常,M型等电位连接网络宜用于延伸较大的开环系统,且在设备之间敷设许多线路和电缆,以及设施和电缆从若干处进入该信息系统.

对复杂的信息系统,可采用两种结构组合的等电位连接网络.一个S型局部等电位连接网络可与一个M型网状结构组合在一起.

2.5 功能性的局部等电位连接

带淋浴的卫生间、电梯机房、计算机机房、监控机房等宜做局部等电位连接.将局部范围内的各种金属管道、楼板中的钢筋以及电源的保护线和用电设备金属外壳等用-40×4热镀锌扁钢或6 mm2以上的铜芯导线相互联通.局部等电位连接进一步消除自总等电位连接后沿PEN线或金属管道传导的危险故障电压,降低预期接触电压.例如对于浴室被国际电工标准列为电击危险大的特殊场所,遭雷击击事故也屡屡发生,为此浴室内要求作局部等电位连接.在如此小范围内的等电位连接,施工操作简单方便,易于维护管理,安全效果明显,其故障时的电位差微不足道,有效地保证了人身安全.局部等电位连接对建筑物防雷和电子信息设备的防雷以及其抗干扰也是必不可少的.

3 结 论

雷电灾害被国际电工委员会 (IEC)称为 “电子化时代的一大公害”.从某种意义上说,科技越发达,雷击对人们的威胁就越大.建筑物防雷工作是一项较复杂的系统工程,根据气象部门防雷的经验,只要认真执行国家有关规范标准,一般情况下就能使其达到安全可靠和稳定运行的要求.

[1]GB50057-94.《建筑物防雷设计规范》.中国计划出版社,2001.2[S]

[2]JGJ/T16-92.《民用建筑电气设计规范》.中国计划出版社出版,1993.10[S]

[3]GB50052-95.《供配电系统设计规范》.中国计划出版社,1996[S]