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——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,最主要是將不能直接連接的帶電體通過(guò)電涌保護(hù)器做等電位連接。
等電位連接網(wǎng)絡(luò)——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)——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)——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(guó)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(jiàn)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(>10kv1.2/50μs)。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(guò)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)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(lái)的過(guò)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(guò)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—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—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—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—代表局部等電位連接帶(單點(diǎn)連接)的接地基準(zhǔn)點(diǎn)(erp);
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ⅱ級(jí)設(shè)備(不引入pe線);等電位連接帶:
k—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—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—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)施的金屬管道,4-信息線路或電纜,5-電力線路或電纜;
q—進(jìn)入lpz1區(qū)處,用于外來(lái)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
圖11在標(biāo)明lpz劃分的同時(shí)說(shuō)明了做等電位連接的位置。在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50054-95中從電氣安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gb50054-95系強(qiáng)制性國(guó)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、pen干線;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)管道等金屬管道(原文中含煤氣管,國(guó)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(wú)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(guò)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2可以得知一根專用接地線在高頻下其阻抗為:
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、ωl代入上式,阻抗高達(dá)近200ω,因此當(dāng)這個(gè)接地裝置的阻抗既便很低(如小于1ω)也是毫無(wú)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=ures+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(zhǎng)度成正比,專用引下線過(guò)長(zhǎng),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(zhǎng)不宜超過(guò)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(ω)。
ia---切斷故障回路時(shí)間不超過(guò)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(wèn)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)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(guò)程都是通過(guò)微電位或微電流快速進(jìn)行的,且設(shè)備之間常通過(guò)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