等電位連接和共用接地系統(tǒng)

1、等電位連接和共用接地系統(tǒng)在防雷裝置的設(shè)置上人們往往比較注意外部防雷裝置和內(nèi)部的電涌保護(hù)，容易忽視等電位連接在雷電防護(hù)的重要作用。有時(shí)還特意設(shè)置單獨(dú)的接地裝置，單獨(dú)的引下線，還錯(cuò)誤的提出“共網(wǎng)不共線，分類接地網(wǎng)，不串不共用，一點(diǎn)接地法”的口號(hào)，一方面給設(shè)計(jì)施工增加了難度和增大了開支，另一方面違背了等電位的基本原理，會(huì)給被保護(hù)設(shè)備以及人身安全造成潛在的威脅。1、基本概念防雷等電位連接一一是將分開的導(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。它包括在內(nèi)部防雷裝置中，其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

2、，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。等電位連接網(wǎng)絡(luò)一一是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的外露各導(dǎo)電部分做等電位連接的各導(dǎo)體所組成的網(wǎng)絡(luò)。共用接地系統(tǒng)一一是一建筑物接至接地裝置的所有互相連接的金屬裝置（包括外部防雷裝置），并且是一個(gè)低電感的網(wǎng)形接地系統(tǒng)。接地基準(zhǔn)點(diǎn)一一是一系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡(luò)與共用接地系統(tǒng)之間唯一的一點(diǎn)連接點(diǎn)。信息系統(tǒng)的等電位連接：各種形式的電子系統(tǒng)的應(yīng)用在不斷增加，這些系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)等，在國際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)中將它們統(tǒng)稱為信息系統(tǒng)。對(duì)信息系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分應(yīng)建立等電位連接網(wǎng)絡(luò)，原則上一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)不需要連到大地，但通常所考慮的所有等電位連接網(wǎng)絡(luò)都會(huì)有

3、通大地的連接。信息系統(tǒng)的各金屬組件（如各種箱體、殼體、機(jī)架）與建筑物共用接地系統(tǒng)的等電位連接有兩種原則方法，見圖13中的h和g。圖13中的h為S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，即星形結(jié)構(gòu)或通稱為單點(diǎn)接地；g為M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)形結(jié)構(gòu)或通稱為多點(diǎn)接地。當(dāng)采用S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該信息系統(tǒng)的所有金屬組件，除等電位連接點(diǎn)外，應(yīng)與共用接地系統(tǒng)的各組件有足夠的絕緣（10kV1.2/50s）。通常，S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)用于相對(duì)較小、限定于局部的系統(tǒng)，所有服務(wù)性設(shè)施和電纜僅在一點(diǎn)進(jìn)入該信息系統(tǒng).本網(wǎng)絡(luò)應(yīng)僅通過唯一的一點(diǎn)（即接地基準(zhǔn)點(diǎn)ERP）組合到共用接地系統(tǒng)中去。在此情況下，在各設(shè)備之間的所有線路和電纜應(yīng)按照星形結(jié)

4、構(gòu)與各等電位連接線平行敷設(shè)，以避免產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)路。由于采用唯一的一點(diǎn)進(jìn)行等電位連接，故不會(huì)有與雷電有關(guān)聯(lián)的低頻電流進(jìn)入信息系統(tǒng)，而信息系統(tǒng)內(nèi)的低頻干擾源也不會(huì)產(chǎn)生大地電流。做等電位連接的這唯一的點(diǎn)也是接電涌保護(hù)器以限制傳導(dǎo)來的過電壓的理想連接點(diǎn)。如果采用M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)，則該信息系統(tǒng)的各金屬組件不應(yīng)與共用接地系統(tǒng)各組件絕緣。M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)通過多點(diǎn)組合到共用接地系統(tǒng)中去。通常，本網(wǎng)絡(luò)用于延伸較大和開環(huán)的系統(tǒng)，而且在設(shè)備之間敷設(shè)許多線路和電纜，服務(wù)性設(shè)施和電纜在幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)入該信息系統(tǒng)。本網(wǎng)絡(luò)用于各種高頻也能得到一個(gè)低阻抗網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)所具有的多重短路環(huán)路對(duì)磁場(chǎng)將起到衰減環(huán)路的作用，從而在信息系

5、統(tǒng)的鄰近區(qū)使初始磁場(chǎng)減弱。在復(fù)雜系統(tǒng)中，兩種型式（M型和S型）的優(yōu)點(diǎn)可組合在一起。a一防雷裝置的接閃器以及可能是建筑物空間屏蔽的一部分（如金屬屋頂）；b一防雷裝置的引下線以及可能是建筑物空間屏蔽的一部分（如金屬立面、墻內(nèi)鋼筋）；c一防雷裝置的接地裝置（接地體網(wǎng)絡(luò)、共用接地體網(wǎng)絡(luò)）以及可能是建筑物空間屏蔽的一部分（基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋和基礎(chǔ)接地體）；d內(nèi)部導(dǎo)電物體，在建筑物內(nèi)及其上的金屬裝置（不包括電氣裝置），如電梯軌道，吊車，金屬地面，金屬門框架，各種服務(wù)性設(shè)施的金屬管道，金屬電纜橋架，地面、墻和天花板的鋼筋；e-（局部）信息系統(tǒng)的金屬組件，如箱體、殼體、機(jī)架；f一代表局部等電位連接帶（單點(diǎn)連接）的接地

6、基準(zhǔn)點(diǎn)（ERB;g-（局部）信息系統(tǒng)的網(wǎng)形等電位連接結(jié)構(gòu)；h-（局部）信息系統(tǒng)的星形等電位連接結(jié)構(gòu)；i固定安裝的I級(jí)設(shè)備（引入PE線）和n級(jí)設(shè)備（不引入PE線）；等電位連接帶：k一主要供電力線路的、供電力設(shè)備等電位連接用的總接地端（總接地帶、總接地母線、總等電位連接帶）也可用作共用等電位連接帶；l一主要供信息線路和電纜用的、供信息設(shè)備等電位連接用的等電位連接帶（環(huán)形等電位連接帶、水平等電位連接導(dǎo)體，在特定情況下：采用金屬板）。也可用作共用等電位連接帶。用接地線多次接到接地系統(tǒng)上做等電位連接（典型值為每隔5m連一次）；m一局部等電位連接帶：1-等電位連接導(dǎo)體，2-接地導(dǎo)體，3-服務(wù)性設(shè)施的金屬管

7、道，4-信息線路或電纜,5-電力線路或電纜；Q一進(jìn)入LPZ1區(qū)處，用于外來服務(wù)性設(shè)施的等電位連接（管道、電力和通信線路或電纜）。2、等電位連接的設(shè)置位置GB50054-95中從電氣安GB50054-95系強(qiáng)制性圖11在標(biāo)明LPZ劃分的同時(shí)說明了做等電位連接的位置。在低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范全的角度提出總等電位連接，局部等電位連接和輔助等電位連接的概念和方法。鑒于國標(biāo)，是建筑電氣設(shè)計(jì)必須遵循的，因此，將防雷等電位連接與之結(jié)合是有益的。1 .總等電位連接（MEB:GB50054-95第4.4.4條規(guī)定總等電位連接的導(dǎo)電體有：PE、PENT線；電氣裝置接地極的接地干線；建筑物內(nèi)的水管，采暖和空調(diào)管道等金屬管

8、道（原文中含煤氣管，國際標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定煤氣管道不應(yīng)直接連接），條件許可的建筑物金屬構(gòu)件等導(dǎo)電體。上述導(dǎo)電體宜在進(jìn)入建筑物處接向總等電位連接端子。等電位連接中金屬管道連接處應(yīng)可靠地連通導(dǎo)電。內(nèi)部防雷要求將外部防雷裝置的外敷引下線（利用建筑物內(nèi)垂直鋼筋為引下線的已含在建筑物的金屬構(gòu)件中，無需再做連接）在地下室或靠近地平線處與總等電位連接端子連接。這樣可以消除在建筑物上落雷時(shí)，雷電流I在接地電阻上產(chǎn)生大幅值的電壓降IR,避免因引下線與建筑物內(nèi)金屬部分或人體之間可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)的電位差而引起跳擊。電源線路和信號(hào)線路上因雷電感應(yīng)產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，為保護(hù)信息設(shè)備，也要在入戶處做總等電位連接。由于電源線路上的帶電

9、導(dǎo)體和信號(hào)線路的芯線不能用導(dǎo)線直接連接，此時(shí)應(yīng)用電涌保護(hù)器做等電位連接。原則上等電位連接的位置應(yīng)在雷電防護(hù)區(qū)的交界處，即進(jìn)入建筑物入口處，但有時(shí)被保護(hù)設(shè)備不一定會(huì)恰好設(shè)在交界處而是在其附近，這時(shí)當(dāng)線路能承受發(fā)生的電涌電壓時(shí)，SPD可安在被保護(hù)設(shè)備處，而線路應(yīng)在交界處做一次連接。在大建筑物內(nèi)可能有多個(gè)電源進(jìn)線和多個(gè)接地母排（等電位連接帶），這些接地母排應(yīng)互相連通，以實(shí)現(xiàn)全建筑范圍內(nèi)的等電位連接。在防雷等電位連接中指LPZO與LPZ1區(qū)交界處的連接。2 .局部等電位連接（LEB）:在高層建筑物內(nèi)裝設(shè)電子設(shè)備，使用“共網(wǎng)不共線”，即使用一根設(shè)備專用引下線接至共用接地裝置（網(wǎng)），會(huì)產(chǎn)生什么效果呢？由表

10、2可以得知一根專用接地線在高頻下其阻抗為：長度（*卜）OJMKlJiMhEiomiuhaa7-XL34UDA2萬Ml6q0.Itl口,3力stoal.M12±40.葡IWOI.MJ1才31o.3n/W力34o.5nL5口由5M)M出口表225mm2銅導(dǎo)體在自由大氣中的電阻和電抗將信息系統(tǒng)的工作頻率1MHz專用引下線18m的R、coL代入上式，阻抗高達(dá)近200，因此當(dāng)這個(gè)接地裝置的阻抗既便很低（如小于1Q）也是毫無意義的。當(dāng)在信息系統(tǒng)上安裝電涌保護(hù)器時(shí)，在電涌保護(hù)器承受雷電流沖擊而對(duì)地泄放時(shí)，被保護(hù)的信息系統(tǒng)設(shè)備絕緣承受的電涌電壓為電涌保護(hù)器上的殘壓和其連接線上的電壓降之和，即：U=U

11、res+L（di/dt）其中殘壓Ures與電涌保護(hù)器的性能有關(guān)，di/dt為雷電流的陡度，L與專用引下線的長度成正比，專用引下線過長，整個(gè)U值將偏大，而使設(shè)備損壞。因此在IEC60364-5-534中規(guī)定，電涌保護(hù)器連接線的全長不宜超過0.5m。而為了達(dá)到這個(gè)要求，則必須在設(shè)備所在樓層按S型或M型設(shè)接地基準(zhǔn)點(diǎn)（ERP或環(huán)型接地母排，并將其與建筑物主鋼筋連接，達(dá)到局部等電位連接。在防雷等電位連接中指LPZ1和LPZ2區(qū)交界處的連接。3 .輔助等電位連接（SEB:GB50054-95第4.4.5條規(guī)定：當(dāng)電氣裝置或電氣裝置某一部分的接地故障保護(hù)不能滿足切斷故障回路的時(shí)間要求時(shí)，尚應(yīng)在局部范圍內(nèi)作輔

12、助等電位連接。當(dāng)難以確定輔助等電位連接的有效性時(shí)，可采用下式進(jìn)行校驗(yàn)：R=50/Ia式中：R-可同時(shí)觸及的外露可導(dǎo)電部分和裝置外可導(dǎo)電部分之間，故障電流產(chǎn)生的電壓降引起接觸電壓的一段線段的電阻（）。Ia-切斷故障回路時(shí)間不超過5秒的保護(hù)電器動(dòng)作電流（A）。輔助等電位連接在防雷等電位連接中主要指LPZ2和LPZ3交界處以及后續(xù)雷電防護(hù)區(qū)的交界處的連接。3、共用接地系統(tǒng)和電子設(shè)備的獨(dú)立接地電子設(shè)備接地技術(shù)是一探討多年的問題。在工程中經(jīng)常遇到的有防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防靜電接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地（信號(hào)地、邏輯地）等。其作用可分為保護(hù)性接地和功能性接地二大類。目前人們最關(guān)心的是對(duì)

13、功能地的保護(hù)。在電子信息設(shè)備的電路中，輸入信息、傳輸信息、轉(zhuǎn)換能量、放大信號(hào)、邏輯運(yùn)算、輸出信號(hào)等一系列過程都是通過微電位或微電流快速進(jìn)行的，且設(shè)備之間常通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作，除需穩(wěn)定的電源外，尚需一穩(wěn)定的基準(zhǔn)接地點(diǎn)，又稱為信號(hào)參考電位。如使用懸浮地不易消除靜電，易受電磁場(chǎng)的干擾而使參考電位變動(dòng)。以往在實(shí)際工作中大量采用TN-C系統(tǒng)供電（俗稱零地合一），50Hz的工頻干擾經(jīng)由設(shè)備外殼，元件底板串入信息系統(tǒng)，使功能性（直流）地要與保護(hù)性地隔離，對(duì)防雷接地更是談虎色變要避而遠(yuǎn)之。然而隨著建筑物面積和高度的增大，隨著城市建筑的發(fā)展，功能性地與保護(hù)性地的分離已越來越困難，同時(shí)使用多個(gè)接地系統(tǒng)必然在建筑

14、物內(nèi)引進(jìn)不同的電位導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)功能故障或損壞。因此采用等電位連接和共用接地系統(tǒng)后，使訊號(hào)接地不形成閉合回路，共模型態(tài)的雜訊不易產(chǎn)生，同時(shí)可消除靜電和電場(chǎng)的干擾，不易受磁場(chǎng)干擾。共用接地系統(tǒng)已為國際標(biāo)準(zhǔn)采用，并逐步在我國國家標(biāo)準(zhǔn)中推廣。1 .供電系統(tǒng)的說明：在低壓配電系統(tǒng)中常用的型式有TN型：系統(tǒng)中，電源有一點(diǎn)與地直接連接，又可分為：TN-C:在此系統(tǒng)中，整個(gè)中性線（N）與保護(hù)線（PE）是合一的。TN-C-S:在此系統(tǒng)中N線與PE線只有在變壓器電力系統(tǒng)接地點(diǎn)連接（即PEN線），進(jìn)入建筑物后N與PE不可連接。TN-S:在整個(gè)系統(tǒng)中N線與PE線是分開的，N線不接地。IT型：在此系統(tǒng)中，電源與地絕緣或

15、一點(diǎn)經(jīng)阻抗接地，電氣裝置外露可導(dǎo)電部分則接地。TT型：在此系統(tǒng)中，電源有一點(diǎn)與地直接連接，負(fù)荷側(cè)電氣裝置外露可導(dǎo)電部分連接的接地極和電源的接地極無電氣聯(lián)系。在電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-93第6.1.9條規(guī)定“電子計(jì)算機(jī)低壓配電系統(tǒng)應(yīng)采用頻率50Hz,電壓220/380V,TN-S或TN-C-S系統(tǒng)”。在GB50057-94局部修訂條文（征求意見稿）中也提出“當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物內(nèi)總配電盤開始引出的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)”。這是由于在一建筑物內(nèi)采用共用接地系統(tǒng)之后，若采用TN-C供電系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的工頻電流及其諧波電流對(duì)設(shè)備的干擾。干擾來源于TN-C系統(tǒng)中

16、“中性導(dǎo)體電流”（在三相系統(tǒng)中由于不平衡電荷在PEN線上產(chǎn)生的電流）分流于PEN戔、信號(hào)交換用的電纜的屏蔽層，基準(zhǔn)導(dǎo)體和室外引來的導(dǎo)電物體之間。而采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，這種“中性導(dǎo)體電流”僅在專用的中性導(dǎo)體（N）中流動(dòng)，不會(huì)通過共用接地系統(tǒng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾。當(dāng)然，在實(shí)際工程中常由于接地方法有問題可能導(dǎo)致中性線（N）與地（PE）接觸，使系統(tǒng)全部或部分又轉(zhuǎn)回為TN-C系統(tǒng)，再度產(chǎn)生干擾，這一點(diǎn)只能依靠檢測(cè)才能找出故障的起因。2 .獨(dú)立接地不利于過電壓保護(hù)以往采用電子設(shè)備的獨(dú)立接地在實(shí)踐中確已消除了連續(xù)的低平噪聲，但也有突然發(fā)生的大災(zāi)害事件。分析這些事件得出，由于采用獨(dú)立接地所以在雷雨天氣條

17、件下會(huì)有很高的電壓加在計(jì)算機(jī)等信息設(shè)備上，而產(chǎn)生高電壓的原因包含了直接雷擊、雷電波沿線路侵入和雷電感應(yīng)。當(dāng)雷電直擊建筑物時(shí)，建筑物接地裝置和與之連接的金屬構(gòu)件電位迅速抬高，相對(duì)而言，由于電子設(shè)備采用了獨(dú)立接地，其電位未明顯抬高，這樣存在一電位差和設(shè)備與建筑物金屬框架之間所存在的電容，使設(shè)備元件上所感應(yīng)的電壓高于其擊穿電壓。在雷云電荷的感應(yīng)下，有時(shí)并不發(fā)生雷擊也會(huì)由于建筑物的感應(yīng)電壓通過上述形式影響到設(shè)備的元件。如果采用共用接地系統(tǒng)，電位差的問題便得到了解決。IA你一哲靠就,整個(gè)嘉就的中卷罐埼傀護(hù)其是夢(mèng)JF能TN-C-S系統(tǒng).系就有一其分布性強(qiáng)號(hào)保護(hù)鼻丁的TNh-C*K*A|NMHI堪與保滬展是

18、告一曲TT離境FT羯編3 .瞬態(tài)共地的危害為了避免雷害和干擾，我國一些電氣安裝圖提出在防雷地、保護(hù)地和交流地與電子信息設(shè)備的獨(dú)立接地之間串連一FS-0.22型避雷器，國外產(chǎn)品中也有類似用途的放電間隙。（國外產(chǎn)品的主要用途是用于煤氣管道與共用接地的連接）。采用在兩種地之間串接能在瞬態(tài)導(dǎo)通的器件其目的是：在正常工作狀態(tài)下兩種地是分開的，不會(huì)有泄漏電流對(duì)電子信息設(shè)備工作時(shí)必需的高頻信號(hào)接地點(diǎn)零伏參考電位產(chǎn)生干擾；而當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，將使用FS-0.22避雷器將兩種地瞬態(tài)導(dǎo)通以達(dá)到等電位。這種瞬態(tài)共地的作法不能保證電子信息設(shè)備的安全，相反卻能招致雷擊損壞危險(xiǎn)。原因是在電源線上（含相線與中性線）可感應(yīng)雷電瞬

19、態(tài)過電壓并傳導(dǎo)到電子信息設(shè)備內(nèi)，當(dāng)這種瞬態(tài)過電壓沖擊發(fā)生后，即便FS-0.22工作導(dǎo)通，其殘壓也在上千伏以上，加上長長的連接導(dǎo)線上的電壓降，仍會(huì)對(duì)電子信息設(shè)備造成危害。這種瞬態(tài)共地在一些規(guī)程或圖冊(cè)中稱為聯(lián)合接地，有些標(biāo)準(zhǔn)出于在實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立接地而不得不采用聯(lián)合接地的考慮，還不恰當(dāng)?shù)膶⒙?lián)合接地的接地電阻值規(guī)定為不大于1Q。4、等電位連接的材料和方法IEC60536-2對(duì)等電位連接導(dǎo)體提出如下基本要求：1、耐受由于設(shè)備內(nèi)部故障電流可能引起的最高熱效應(yīng)及最大動(dòng)應(yīng)力；2、具有足夠低的阻抗，以避免各部分間顯著的電位差；3、能耐受可預(yù)見的機(jī)械應(yīng)力，熱效應(yīng)及環(huán)境效應(yīng)（含腐蝕效應(yīng)）；4、可移動(dòng)的導(dǎo)體連接件

20、（鍍鏈和滑片等）不應(yīng)是兩部分間唯一的保護(hù)連接件，能滿足（1）、（2）、（3）條者除外；5、在預(yù)計(jì)移開設(shè)備某一部件時(shí)，不應(yīng)切斷其余部件的保護(hù)聯(lián)結(jié)，這些部件的電源事先已切斷者除外；6、當(dāng)耦合器或插頭插座能控制保護(hù)聯(lián)結(jié)和向設(shè)備組件供電的所有導(dǎo)體的開斷，保護(hù)聯(lián)結(jié)應(yīng)在供電導(dǎo)體斷路（或接通）之后（或之前）切斷（或接通）；7、保護(hù)聯(lián)結(jié)導(dǎo)體應(yīng)宜于識(shí)別；等電位連接可以使用焊接、螺栓連接和熔接三種方法。當(dāng)使用螺栓連接時(shí)要考慮螺栓松動(dòng)的問題，一般應(yīng)用銅鼻將連接線焊牢后栓緊。連接材料一般推薦使用銅材，是因其導(dǎo)電性能和強(qiáng)度都比較好，使用多股銅線的彎曲也比較方便。但使用銅材與建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋連接時(shí)，可能會(huì)因銅的電位（+0.35V）與鐵的電位（一0.44V）不同而形成原電池，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。因此在土壤中（基礎(chǔ)鋼筋處）連接，要避免使用裸銅線，最好使用同一金屬（鋼材）為宜。等電位連接導(dǎo)體的尺寸與其