三类不同等电位连接措施的探讨

梁友+张玉竹+叶远航

摘 要：等电位连接关系到火灾、爆炸、引致生命危险以及电气设备及用电安全，本文根据等电位连接的不同特点和作用，从防雷等电位连接、防人身电击的等电位连接、信息技术设备的等电位连接三个方面进行分类，探讨等电位连接的相关技术问题，介绍具体做法，对进一步完善等电位连接措施及安装应用水平提供借鉴。

关键词：等电位连接；防雷；防人身电击

1 引言

等电位连接是雷电防护和电气安全中最重要的基本措施之一。但是很多工程的设计和施工并不强调等电位连接的作用，特别是部分新建建筑物的图纸中都没有等电位连接专项设计这一项，或者等电位设计不完善，还有防雷安全检测、检查中往往忽视等电位连接措施的测试和检查。另一方面，电气电子系统设备与人们的日常生活息息相关，然而由于用电不当，绝缘老化，保护装置不完善、不到位引起的火灾，电击等事故给人们造成了重大损失和危害，其中最常见的事故是接地故障，会造成电弧起火和触电危险。本文对几种不同等电位连接措施进行分析，探讨等电位连接措施在建筑物防雷以及电气安全中的作用。

2 防雷等电位连接

防雷等电位是将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电子装置等用金属导体或通过电涌保护器（SPD）连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差，保证需要雷电防护的空间内避免发生电击事故和电气事故的一项重要措施。对建筑物来说，除本身的梁、柱、墙及楼板内的结构钢筋要互相连接贯通外，建筑物内部及附近所有的大金属物，如大型机械设备、电气设备、各种电机外壳及其相互连通的金属导管线路、水管、煤气管、大型金属物、电缆金属屏蔽层以及建筑物的接地线等，应用电气连接的方法直接连接起来，使整座建筑物成为一个良好的等电位体，可以有效地防止建筑物内各部件高电位差的反击及电气火灾和爆炸等事故。

电涌保护器（SPD）已广泛应用于电气电子系统，它是一种间接的等电位连接，用以限制大气过电压，免受雷电造成的危害。需要说明的是，SPD不能保护暂时的工频过电压。

另外，雷电流是一种频率极高的高频脉冲电涌，通常频率大于1MHZ，持续时间为微秒级。对高频等电位连接的要求，显然不同于防电击的工频等电位连接。假设接地线长10m，电感为1μH/m，当f=10MHZ时，则感抗X=2πfL=628Ω。可见感抗的作用远远大于电阻，起主导作用。由于集肤效应的作用，交变电流在导体中流动时，其分布是不均匀的，在导体表面电流密度较大，越靠近导体中心电流密度越小，高频时的电流基本上在导体（导线）表面流动，因此要求防雷等电位连接线应具有足够的截面积和表面积，连接导线的走线应尽量短和直，应尽量利用建筑物内大量的金属构件和金属管道作为连接线的并联通路，从而大幅度地降低防雷等电位连接系统的高频阻抗。因此，为了减少雷击电磁脉冲干扰和闪电感应效应，穿过防雷区界面的所有导电物、电力线、通信线等，均应在界面处做等电位连接，而各种屏蔽结构或设备外壳等其它局部金属物，也应就近连到等电位连接带；所有电梯轨道、吊车、金属地板及门框、金属桥架及金属管道等大尺寸的导电物，应以最短路径连接到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物，各导电体之间宜有多次互相连接。

3 防人身电击的等电位连接

防人身电击是指防间接电击保护或防间接接触保护。在正常情况下，电气线路和设备的外露可导电部分是不带电的；故障时，由于绝缘损坏导致电气设备外露可导电部分（如金属外壳）带电，此时人若触及带电的金属外壳，可能会造成电击事故。防间接触电保护措施中，最常用的是自动切断电源保护措施。具体的要求是：当TN或TT系统电气装置内某一点发生接地故障时，该点的电源，应由设于此的保护电器（断路器或熔断器）及时自动切断，消除因故障引起的致人伤亡的危险接触电压。然而，仅靠保护电器切断接地故障的保护措施，有可能会因保护电器产品本身的质量，或者技术参数选择不当以及施工及维护管理不善等问题，使保护电器的动作不完全可靠，从而不能防止或杜绝危险的接触电压对人身的伤害。

为此，IEC及国家标准都规定了在采用自动切断电源保护措施时，还应采用等电位连接措施，使人所能同时触及的外露可导电部分之间的电位相近或相等，以降低人体受到电击时的接触电压，提高电气安全水平。也就是说，在选用断路器（或熔断器）作为保护电器的保护措施时，一定要联合使用总等电位连接措施。两者不可分割。防人身电击采用的等电位连接主要用来传导电位，使电位相等或相近，而非用来传送大幅值电流，因此，用于防电击目的的连接导线，其选用的截面比PE线小得多，也不同于防雷所用的等电位连接导线。

总等电位设置主要是在雷电防护区的交接处，在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）的界面处设置总等电位连接端。一般建筑物的总等电位连接都设在配电（柜）箱的附近或各种导体管件进入建筑物的入口处。总等电位连接主要有PE线、PEN干线、电气装置接地极的接地干线、建筑物的水管、煤气管、暖气管道、空调管道以及条件许可时的建筑物金属构件等导体。总等电位连接的作用是均衡电位以降低接触电压，它不是一项可有可无的电气安全措施。IEC標准和一些技术先进国家的电气规范都将总等电位连接列为接地故障保护的基本条件《低压配电设计规范》（GB50054-2011）规定，总等电位应与“电气装置接地极的接地干线”连接，即实施了接地（或重复接地）。然而总等电位连接的内涵远比只做重复接地丰富，其降低接触电压的功效，也远优于只做重复接地，做总等电位连接后，所降低预期接触电压的数值，为仅做重复接地的降低值的3.5倍，即总等电位连接降低接触电压的作用远优于重复接地。一般规范在规定实施总等电位后，不再提及重复接地。

总等电位连接的作用在于降低建筑物内接触电压和不同金属部件间的电位差，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，可通过进线配电箱近旁的总等电位连接端子板实现等电位连接。如浴室、游泳池等场所在电气设备进行设计时，对防电击的等电位连接提出了严格的要求，必须要选择防潮型的设备，并确保插座的位置能够达到相应的安全要求，做好相应的等电位连接，在浴室做局部等电位就是在浴室墙下预埋一个局部等电位连接端子板，再将浴室内各金属管道和金属部件与之连接。

4 信息技术设备的等电位连接

信息技术设备的等电位连接是保证设备正常工作的重要措施之一，与防人身电击的等电位连接最大不同特点是，信息技术设备的工作频率高，接地线和连通回路的高频阻抗大，为使设备间的信号电位相等或相近，要求等电位连接导线要尽可能短和直。为此，金属结构、管道等均可就近接于建筑物的接地母线，而不必接至汇集于建筑物的总等电位连接的接地母线，其目的是尽可能减少接地回路的阻抗。

《建筑物防雷设计规范》对信息技术设备等电位连接的基本形式作了介绍，有S型（又称星形结构）及M型（又称网形结构）两种基本形式。美国国家标准建议，当模拟电路的频率不大于300kHZ时，可采用S型或M型等电位连接网络；当数字电路的频率达MHZ级时，则应采用M型等电位连接网络；对复杂的电子信息系统，可采用两种结构结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，一个M型等电位连接网络可在接地基准点与共用接地系统相连。为了使设备间信号线的噪声水平尽量的低，要求设备的外壳用尽量短的直线与等电位网格相连，连接导线长度以不超过500mm为宜，网格的尺寸约为设备工作频率波长的1/10，通常取600×600mm。网格选用铜质材料，铜带宽可为60～80mm，铜带愈薄愈好，以增大表面积，减少高频集肤效应导致的高频阻抗。

5 结束语

等电位连接是接地故障保护实现安全要求的不可缺少的基本条件，是建筑物及其电子信息系统最重要的一项电气安全措施之一，对防雷、电子信息系统保护都具有重要意义。工程设计施工中，楼层下部有接地网，楼层内有等电位连接网络，楼顶有接闪带和接闪网，在电气上形成法拉第笼式结构，人和设备在此环境中无雷击危险。

参考文献

[1]由海涛.浅谈建筑工程中的等电位联结[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011，（06）.

[2]李宁，胡泉，李莹.等电位连接在现代建筑物防雷中的重要性[J].气象研究与应用，2007，28（04）.