等电位联结设计方法探讨

河南工程学院 周成虎 瓮嘉民

为了保护人身安全、保护电子设备免受过电压影响，在建筑电气设计时常采用等电位联结。设计时等电位联结应确保在任何极端情况下均能正常工作。重要场合还可用电路分析软件定量分析以确保设计合理。

一、等电位联结系统要避开防雷系统主回路

电气设计方案多采用接地、等电位联结与防雷系统合用。由于众多电气设计普遍未画出等电位连接详图，仅在施工说明中描述等电位连接的技术要求，给施工埋下隐患。

由于等电位联结、防雷、接地大部分是隐蔽工程，验收是一次性的，加上缺乏设计完善的图纸，现场施工人员往往将等电位连接线（多采用镀锌扁钢）直接连接在附近的避雷引下线或各层的均压环上，在雷击发生时，错误联结的等电位连接线的瞬间电压可高达几十kV以上，图1为等电位联结引出点图，图2为错误的等电位联结等效电路图。为了便于计算，假定雷击电压峰值为100kV，等电位联结点以上柱筋的电阻（R1）为1Ω，等电位联结点以下柱筋和基础的电阻（R2）为1Ω，这时如果有人触及等电位连结线，则通过人体（R3）的电压峰值为50kV，足以致命。

图 1 等电位联结引出点

正确的等电位联结方法应该是由建筑物内部基础引上至等电位联结点，其等效电路原理如图3所示。

有时标准图集也会出现概念模糊的情况，给设计、施工造成误导。例如，标准图集02D501-2第43、44页，金属门窗的等电位联结图中将金属门窗与圈梁、立柱相连，但未详细说明可从哪些圈梁、立柱引出等电位连结线。假定立柱遭受雷击则金属门窗会产生高压，并可能危及附近人员的人身安全。可见，标准图集细化也是必要的。

图 2 错误的等电位联结等效电路

图 3 正确的等电位联结等效电路

二、等电位联结要考虑建筑物寿命周期内的最恶劣情况

室外的等电位网络也普遍采用镀锌扁钢作接地材料，使用到10年左右就无法确保接地的安全性，由于该类工程有些敷设在屋面、有些埋在地下，较为隐蔽，通常无法及时发现问题，容易造成隐患。笔者认为，改用不锈钢材料虽然增加了一些造价，但安全性可以保证，使用寿命可以大大延长。

从财务评价的角度分析，改用不锈钢材料仅仅增加了材料费用，使用寿命可以视为与建筑物相同。而定期更换镀锌扁钢接地极，需要将暗敷的接地线及覆盖物开挖、恢复，费用相当可观。改用不锈钢材料同时也减少了钢铁资源的使用，社会效益明显。

三、弱电等电位联结应与强电等电位联结系统分开敷设

弱电系统中信号幅值各不相同，其中电视信号峰峰值为1V以下，如果弱电与强电等电位联结系统合用会对弱电信号形成干扰，甚至损坏弱电设备。

通常建造独立的弱电接地与等电位联结系统造价较高，可行性不强。许多接地图纸将所有基础圈梁焊接成电气通路。这样看起来很安全，但是仔细分析会发现钢材也是有内阻的，一旦强电线路漏电，接地线局部可能出现较高的电压，危及弱电设备。工程设计时如将局部基础圈梁、建筑物内部基础主筋焊接，构成相对独立的弱电等电位联结接地系统，则是一个相对更安全可靠的办法。

四、屋面设备等电位联结要点

理论上，当雷电接近建筑物时，高压冲击波会沿金属构件引入大地，当所流经的构件为同一材质，截面变化为由小到大时，不会出现波阻抗反射冲击导致避雷线路击毁的情况。屋面设备的接地体如果用铜质等电位连接线，其一端联结到设备上，另一端联结到钢质避雷线上，雷击时波阻抗反射和折射造成的冲击可能会造成铜质等电位连接线与钢质接地体联结处击毁的情况。因此，屋面设备的接地体应采用钢质材料。