建筑工程中的防雷等电位连接.docx

1、建筑工程中的防雷等电位连接建筑工程中的防雷等电位连接张大鲁建筑物的防雷系统包括外部防雷和内部防雷两大组成部分。外部防雷包括接闪器、引下线、接地体，其主要作用是防护直击雷的侵害，但不包括防止外部防雷装置受到直接雷击时向其他其他物体的反击；内部防雷包括防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。这句话是综合了建筑物防雷设计规范GB 50057-2010，术语2.0.6、2.0.7条及其条文说明。由此可见，这里的“外部防雷装置”也就是我们通常讲的防雷系统，它只是建筑物防雷系统的一部分，能对直击雷起到比较有效的防护，而对于雷击所产生的电磁效应并不能起到有效的防护作用。为此，建筑物防雷设计规范GB 5

2、0057-2010中在其第4章建筑物防雷措施的基本规定的4.1.1条、4.1.2条、4.1.3条对此作出规定，并且4.1.1和4.1.2为强制性条文。“4.1.1 各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置，并应采取防闪电电涌侵入的措施。4.1.2 各类防雷建筑物应设内部防雷装置，并应符合下列规定：1 在建筑物地下室或地面层处，下列物体应与防雷装置做防雷等电位连接：1）建筑物金属物体。2）金属装置。3）建筑物内系统。4）进出建筑物的金属管线。2 除本条第1款的措施外，外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间，尚应满足坚固距离的要求。4.1.3 本规范3.0.3条第24款所规定的第二

3、类防雷建筑物尚应采取防雷击电磁脉冲的措施。其他各类防雷建筑物，当其建筑物内系统所接设备的重要性高，以及所处雷击磁场环境和加于设备的闪电电涌无法满足要求时，也应采取防雷击电磁脉冲的措施” 引自建筑物防雷设计规范GB 50057-2010，中国计划出版社，2011年8月第1版。）由此可见，等电位连接是建筑物防雷系统的重要组成部分，对于建筑物和建筑物内人员是一项基本的安全措施，同时也是建筑工程防灾、减灾的重要组成部分。一、对等电位连接概念的认识与理解“将分开的诸金属物体直接用导体或经电涌保护器连接到防雷装置上，以减小雷电流引发的电位差。”（引自建筑物防雷设计规范GB 50057-2010，术语第2.

4、0.19条。中国计划出版社2011年8月，第一版，第3页。）这就是等电位连接的基本定义。而如何准确理解上述定义，建立起对等电位连接的基本概念是在施工过程中做好等电位连接工作的基本前提。首先，在这里被进行等电位连接是“分开的诸金属物体”，也就是说需要进行等电位连接的是建筑物内不相连通的金属物体（本人认为还应该是“所有的”），而“连接”的基本方法就是“直接用导体或经电涌保护器连接到的防雷装置上”， 这里所讲的“防雷装置”并不是广义的防雷装置，而是特指“外部防雷装置”，也就是接闪器、引下线、接地体。实际上就是将建筑物内分开的诸金属物体由导体或经电涌保护器与防雷引下线、均压环相连接，从而通过接地体最终

5、使这些金属物体与大地保持相同的电位。单从表面看，由于等电位连接最终归结于大地，似乎就是“接地”，所以有人称其为“重复接地”，但本人认为持这种说法的人存在概念错误或概念不清。等电位连接的作用与低压配电的TN系统所采取的中性点“重复接地”的作用有着根本的区别。而现在建筑工程的低压配电系统普遍采用TN-S的配电方式，中性线零线（N线）是不允许重复接地的。所以，在TN-S的低压配电系统中已不存在“重复接地”这个概念。并且建筑物防雷设计规范GB 50057-2010第6.2.1条以强条的形式规定：当电源采用TN系统时，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。由上述的等电

6、位连接的作用可以看出，等电位连接不单与“重复接地”有根本的区别，同时也与低压配电系统的保护接地PE有着本质的区别。虽然等电位连接和PE最终都与建筑物的接地体相连接，但从对象上来看，等电位连接的对象是建筑物内的相互不相连的金属物体金属管道（水管、风管）、金属容器、设备的金属外壳等等，而PE的对象是电气系统中的可接触的非带电金属部分金属桥架及其金属支架、电线电缆的金属导管、用电设备的金属外壳、电器器具的金属外壳等。但在要求进行总等电位连接的工程中PE系统最终应进入总等电位连接系统。所以，此时PE是总等电位连接的子系统之一。二、对等电位连接作用的认识首先需要说明以下几种雷击可能产生的危害：1. 闪电

7、电涌侵入由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波闪电电涌可能沿这些管线侵入建筑物内，危及人身安全或损坏设备。2. 闪电感应闪电放电时在附近导体上产生的闪电静电感应和闪电电磁感应。闪电静电感应是由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放点时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如果没有就近泄入大地，就会产生很高的电位；闪电电磁感应是由于雷电流迅速变化，在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。闪电感应会使导体（金属物体）之间产生火花放点。3. 雷击电磁脉冲雷击电磁脉冲是一种强干扰源，是雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，包括

8、闪电电涌和辐射电磁场。雷击电磁脉冲会严重影响建筑物内的电子系统的正常运行，闪电电涌甚至可能完全损毁电子系统。上述现象是城市地区雷击可能造成的最主要危害。城市地区由于建筑物普遍采取了外部防雷措施，所以由直击雷直接造成露天人员伤亡的情况并不多见，而由于上述危害造成的建筑物内的人身伤害及财产损失却是巨大的。建筑物的等电位连接就是避免上述各项危害的产生，有效地保护建筑物及其内部的人身和财产的安全防止雷电波的直接侵入、防止闪电感应和雷击电磁脉冲在建筑物内造成金属物体间的放电以及瞬时高电位可能对人身造成的伤害、避免对电子、信息系统的干扰和破坏。这就是建筑工程等电位连接的真正作用防止、减少雷击灾害。三、等电

9、位连接的分类等电位连接主要有两种类别，即总等电位连接（MEB）和局部等电位连接（LEB）。1. 总等电位连接（MEB）总等电位连接作用于全建筑物，在一定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之间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的雷电波的危害。所以，总等电位连接应将下列部分互相连通，并与接地体可靠连接：进线配电箱的PE母排；低压电源引入线、信息系统引入线的电涌保护器的接地端；进出建筑物的金属管道，如给水、排水、热力、空调水、燃气等；建筑物的金属结构；建筑物内各局部等电位连接点。总等电位连接应设总等电位连接端子板，上述各部分的等电位连接干线均应汇集于此。设计

10、人员应对总等电位连接端子板设置的位置提出明确要求一般是设在总变配电室内。2. 局部等电位连接（LEB）在一局部场所范围内将各金属物体用等电位导体连通，并与防雷系统或总等电位系统连接，称作局部等电位连接。它可通过局部等电位连接端子板将下列部分互相连通：PE母线或PE干线；金属管道；建筑物金属结构；建筑物内的金属门、栏杆等金属物体。通常需要进行局部等电位连接的部位：设备机房；卫生间、独立浴室、游泳池、公共浴室等；采用金属散热器采暖的楼层或房间。四、在建筑施工中如何正确做好等电位连接的建议1. 认真做好施工图会审，准确理解设计意图和具体要求。与建筑物防雷设计规范GB 50057-2010，以及国标等

11、电位联结施工图集02D501-2的较详细的规定不同，现行建筑电气施工质量验收规范GB 50303-2002和建筑物防雷工程施工与质量验收规范GB 50601-2010对等电位连接的规定仅限于施工安装方面。并且建筑电气施工质量验收规范GB 50303-2002在其条文说明中的阐述是：“建筑物是否需要等电位联结、哪些部位或设施需等电位联结、等电位联结干线或等电位箱的布置均应由施工设计来确定。本规范仅对等电位联结施工中应遵守的事项作出规定。主旨是连接可靠合理，不因某个设施的检修而使等电位联结系统开断。”而建筑物防雷工程施工与质量验收规范GB 50601-2010对等电位连接的要求虽有所详细，增加了一

12、些内容，并基本与设计规范GB 50057-2010同步，但总体上仍局限于施工要求。所以，做好施工图会审，切实、准确理解设计意图和具体要求是做好等电位连接施工的关键。通常设计单位应在电气设计总说明中明确对等电位连接的具体要求，如总等电位连接的方式、总等电位连接端子箱设置的位置、需进行局部等电位连接的具体位置、等电位连接干线的敷设位置及方式等。如果设计没有提出具体要求，施工单位应在设计交底时提出，并依据设计单位的要求进行施工。需要注意的是由于等电位连接需要大量的专用材料、工时等，如果设计不明确具体的要求，其结果是要么施工存在缺陷，要么施工方在这方面就可能需要增加报价以外的额外费用。2. 施工方案施

13、工方案是指导施工作业的唯一依据，若要切实做好等电位连接的施工，应编制专项施工方案。在编制施工方案时，应依据施工图设计的等电位连接要求和现行国家标准建筑物防雷工程施工与验收规范GB 50601-2010、现行国家标准图集等电位联结施工图集02D501-2的规定对等电位连接施工进行详细的策划，对等电位连接系统进行深化、优化设计并明确：1）确认等电位连接系统的基本组成总等电位连接（EMB）、局部等电位连接（LEB）；2）总等电位连接（EMB）系统的基本组成以系统图的方式明确构成总等电位连接系统的组成，即哪些部位有需要进行总等电位连接的管线、哪些部位采取局部等电位连接（LEB）措施；3）总等电位连接（

14、EMB）的具体要求明确不同用途、不同材质的管线的具体连接方式：卡具连接、焊接连接，卡具的材质与规格、焊接的长度与面数等等；4）局部等电位连接（LEB）的具体要求明确不同局部等电位连接部位的具体连接要求：在机房内与金属物体及机电设备如何连接、在卫生间内与卫生器具如何连接、在屋面与外露的金属物体及设备管线如何连接等等；5）明确总等电位连接（EMB）端子板设置的具体位置，总等电位连接（EMB）端子板（排）的材质、规格、安装方式（明、暗）、保护方式等；6）明确不同部位局部等电位连接（LEB）端子板（排）设置的具体位置，以及端子板（排）的材质、规格、安装方式（明、暗）、保护方式等；7）根据设计的要求和规

15、范、图集的规定，明确总等电位连接（EMB）干线、连接导体的材料、截面、敷设方式、连接方式、起止点的具体位置等；8）根据设计的要求和规范、图集的规定，明确局部等电位连接（LMB）干线、连接导体的材料、截面、敷设方式、连接方式、起止点的具体位置等；3. 在等电位连接深化、优化设计中应注意的问题1）端子板（排）总等电位连接（EMB）和局部等电位连接（LEB）端子板（排）的长度应满足汇入的连接导体的数量，具体做法可参考等电位联结施工图集02D501-2。端子板若为铜质时，其表面必须采取镀锡处理从而防止在于其他材质的连接导体直接接触时发生电化学腐蚀。2）敷设必须明确等电位连接导体的敷设方式，即在哪些部位

16、暗敷，哪些部位明敷。明敷时的敷设位置、高度、距离墙面的距离等等都应在方案（深化、优化设计）中给予明确。在室内水平方向敷设的连接导体不得沿地面明敷。3）连接明确等电位连接干线、支线、连接线的连接方式。什么情况下焊接，什么情况下螺栓连接；不同材质导体连接时（如铜与镀锌扁钢、铜排与镀锌螺栓支点等）应采取什么防电化学腐蚀措施；螺栓连接时采用什么防松措施等等。在土壤中敷设的扁钢不得采用螺栓连接。4）用于局部等电位连接的连接点局部等电位连接点确定的原则是：“不因某个设施的检修而使等电位联结系统开断。”（引自 建筑电气施工质量验收规范GB 50303-2002，条文说明）目前大量工程在设备机房中的局部等电位

17、连接点都仅仅设置在水泵、风机等用电设备附近，并仅仅与这些设备的金属外壳进行了连接。而机房内大量的金属管道、金属支架、金属容器并没有与等电位连接系统相连接。当这些设备一旦进行检修，就会造成等电位连接系统的开断。同时这些设备与管道之间一般都设有非金属材质的柔性短管，即便这些设备不检修，其两端的金属管道实际上也没有与等电位连接系统形成电气连通。所以，局部等电位连接的具体连接点的选择十分重要，必须确保局部等电位连接切实有效并保持其不会以外开断。5）外墙内、外竖直敷设的金属管道和金属物不能遗忘外墙内、外竖直敷设的金属管道和金属物的等电位连接。建筑物防雷设计规范GB 50057-2010第4.3.9条第3

18、款、第4.4.8条第3款对此有明确的规定：“ 外墙内、外敷设的金属管道和金属物的顶端和底端，应与防雷装置等电位连接。”此条是针对高度60m以上的高层建筑制定，而这类高层建筑的雨水管道大部分均采用的是金属管道，并且很多都是檐外墙的内部竖直敷设的。6）屋面屋面是建筑物防雷的重点，而现在大量的工程只注意了接闪器的安装。但是，由于屋面上的管道、设备较多，等电位连接的工作量也很大。屋面上设置的或从室内伸出屋面的金属管道，如空调冷却水系统的管道、屋面水平布置的消防管道、屋面设备的金属电源导管、金属风管等等，在进入室内前均应与防雷装置可靠连接，从而防止闪电感应和闪电电涌沿屋面金属物体侵入室内。对于屋面金属物

19、体的防雷，首先应采用滚球法确定其是否在接闪器的保护范围以内。若在接闪器的保护范围内时，应对其进行等电位连接，与防雷系统连接导体的截面可按等电位连接的要求，铜导体不小于6mm2、钢导体不小于16mm2。若超出接闪器的保护范围时，应对其采取防直击雷措施，或对金属物体或加设接闪器，或将金属物体与屋面防雷系统直接连接，但其连接导体的截面应满足防直击雷的要求（因为此时的金属物体已相当于接闪器），最小截面50mm2。关于滚球法确认接闪器保护范围及连接导体的最小截面等的有关规定，详见建筑物防雷设计规范GB 50057-2010。8）室内的金属物体公共建筑中共享空间等部位金属栏杆、金属门等。根据等电位连接的原

20、理，应将这些金属物体进行等电位连接。应将金属门的门框、金属栏杆等与等电位连接系统相连。目前我国规范没有明确的规定，只是要求对变配电室的金属门及门框做等电位连接。其实，室内的较大金属物体也应与其他金属管道、设备的要求一样，因为在公共空间的这些金属物体要比在机房内的金属物体更危险。3. 严格控制施工质量在施工质量方面最应注意的是等电位连接系统的电气连续性，也就是说连接必须保证可靠。1）做好施工技术质量交底工作，将每个部位的等电位连接的具体施工方法、工艺要求、工序质量标准，所使用的材料的连接方式、连接质量标准等准确、详尽地向施工作业人员交清楚，使施工作业人员知道做什么、怎么做、做到什么程度。2）在施

21、工过程中严格依据技术交底对工序质量进行检查、控制，最关键的是连接质量的检查。镀锌扁钢的搭接长度必须符合要求，必须三面焊接，焊缝应平滑、饱满，焊缝不得有夹渣、咬肉等质量缺陷，焊渣必须清理。焊接完成后对镀锌层被损坏的部分应做良好的防腐处理。当采用螺栓连接时应采取有效的防松措施。3）需要保证电气导通的不同材质的金属之间必须采取搪锡或其他有效防止电化学腐蚀的措施（如铜的标准电极电位为+0.34V，铁的标准电极电位为-0.44V，锌的标准电极电位为-0.76V，锡的标准电极电位是-0.14V。），不需要电气导通的不同材质的金属之间必须采取有效的绝缘措施（如铜带与镀锌扁钢支架、镀锌螺栓之间等）。4） 等电

22、位连接的标识符号是向下的三角形上面有一竖杠（），颜色是黄底黑色标识，而不是PE或黄绿相间的颜色标识，或标志 EMB、LMB。4. 做好等电位连接施工资料的编制等电位连接工程的各项施工资料必须齐全，并能够全面、准确反映等电位连接工程的施工过程和施工质量。施工方案、技术交底、设计变更、物资资料、施工记录资料、试验检测资料等应完整。等电位连接工程的绝大部分干线、连接导体均处于隐蔽状态。所以如何做好隐蔽工程记录是等电位连接工程施工资料的重点之一。1）隐蔽工程记录应注意以下几方面的问题：检查、验收的依据应明确。施工图号（设计变更、图纸会审纪要）不可遗漏；隐蔽验收的部位应明确。哪一楼层、哪一区域；隐蔽验收

23、的系统应明确。是从哪到哪的等电位连接导体。检查内容应全面。如等电位连接导体是什么材质、什么规格、如何连接、如何固定、如何防腐等等；检查结果应表述明确。导体的材质、规格是否符合设计要求、连接方式是否符合设计要求或与施工方案一致、焊接连接的具体搭接长度及焊接质量、螺栓连接的质量如何、连接导体与防雷引下线是如何连接的、与防雷引下线的连接是否可靠等等；隐蔽验收结论清晰。建设（监理）的验收意见必须清晰、明确。该部位的等电位连接工程经检查是否全面符合设计及施工规范的规定、是否同意隐蔽。2）施工物资资料的要求应与电气安装工程的要求一致，物资材料的产品合格证、检测报告等应齐全，需要复试的应有复试报告。3）等电

24、位连接工程施工结束后应进行导通性检测，检测方法、导通性能标准等详见国标等电位联结施工图集02D501-2第8页第7点，并做好相应的记录。4）做好竣工图。将实际形成的等电位连接系统准确标注在竣工图中。由于施工图设计中一般采用等电位联结施工图集02D501-2国标图集，在系统、平面等施工图中一般没有明确的表示。所以对于等电位连接的竣工图来说，与其他专业相比其绘制量相对要大很多。但这是必须要做好的。五、建筑工程等电位连接存在的问题1. 设计、施工都对等电位连接的认识不够，没有真正重视等电位连接工程。2. 施工图设计存在缺陷有的没有明确是否进行总等电位连接；有的没有明确总等电位连接的具体要求，如总等电

25、位连接端子板的位置、总等电位连接具体都包括了哪些内容等；有的没有明确对哪些部位采取局部等电位连接；普遍没有明确等电位连接导体的敷设方式（干线、连接导体等）；有的没有明确采用施工图集等电位联结施工图集02D501-2。3. 施工单位对等电位连接基本没有概念，或者说除少部分技术人员比较清楚以外，绝大部分的项目部的管理人员不知道等电位连接的作用和基本原理，不知道等电位连接还有国标图集20D501-2和建筑物防雷工程施工与验收规范GB 50601-2010更不要说了解设计规范建筑物防雷设计规范GB 50057-2010。施工人员不关心设计规范，不能全面、准确理解设计要求，不能完全按设计要求施工，已经成

26、了施工行业的一种恶习。4. 由于施工单位对等电位连接的概念不清、意义不明、认识不够，所以在进行施工图会审时对此经常遗漏，不能及时发现施工图设计中表述不清的问题，那么在施工中肯定就会形成很多的缺陷，而且有些缺陷是无法挽救或弥补的。5. 由于施工单位对等电位连接的概念不清、意义不明、认识不够，所以基本没有编制专项施工方案，没有详细的技术交底，造成等电位连接的施工非常盲目，而由此造成等电位连接工程存在缺陷就是必然的结果。6. 等电位连接工程在施工完成后基本没有按等电位联结施工图集02D501-2的有关要求进行必要的测试，其电气导通性没有得到确认。7. 在一些施工单位提交用户的使用手册（部分工程有这种

27、做法）中没有提示用户应对等电位连接系统的电气导通性进行定期测试。8. 等电位连接的标识、符号使用错误，普遍使用PE系统的符号。六、关于建筑物防雷工程施工与验收规范GB 50601-20101. 该规范2011年2月1日起施行。2. 该规范强制性条文为3.2.2、5.1.1（3、6）、6.1.1（1）条（款）。3. 该规范共7个分项：接地装置、引下线、接闪器、等电位连接、屏蔽、综合布线、电涌保护器。4. 该规范的第七章为等电位连接，其7.1节为等电位连接安装，其中主控项目共3条：1）第一条要求等电位连接施工应符合该规范6.1.1（1）款强条要求建筑物顶部和外墙上的接闪器必须与建筑物栏杆、旗杆、吊

28、车梁、管道、设备、太阳能热水器、门窗、幕墙支架等外露的金属导体进行等电位连接。此外还应满足国家设计规范建筑物防雷设计规范GB 50057中对各类建筑物的金属管线的等电位连接要求。2）第二条要求在建筑物入户处应做总等电位连接。以及建筑物等电位连接干线与接地装置应有不少于2处的直接连接。3）第三条要求第一类防雷建筑物和具有1区、2区、21区及22区爆炸危险场所的第二类防雷建筑物内、外的金属管道、构架和电缆金属外皮等长金属物的跨接，应符合现行国家标准建筑物防雷设计规范GB 50057的有关规定。5. 一般项目共4条：1）规定了等电位连接导体可采取的连接方法焊接、螺钉或螺栓。并明确对焊接的要求应符合规

29、范4.1.2条的规定（第4.1.2条第4款对防雷工程中各类金属的焊接连接做出了具体规定。）2）规定了在建筑物后续防雷区界面处的等电位连接应符合建筑物防雷设计规范GB 50057的相关规定。3）规定了电子系统设备机房的等电位连接应根据电子系统的工作频率采用星形结构（S型）或网型结构（M型）。4）规定了建筑物入户处等电位连接施工和屋面金属管入户等电位连接施工，具体做法在规范附录D中的图D.0，2-5、图D.0.3-3、图D.0.4-1、图D.0.4-5。6. 其7.2节对等电位连接安装工序做出了明确规定，共3条：1）入户处的金属管线及总等电位连接端子板位置应检查确认，无误后再设置、连接。对此应形成

30、检查记录，应反映出检查确认的过程、所连接的具体金属管线、端子板的位置及尺寸等。2）对于后续防雷区域使用的等电位连接端子板以及需要连接的物体等各项内容的检查确认要求同上条。3）针对等电位连接网的安装有如下要求：确认网型结构等电位连接网与建筑物内钢筋或钢结构连接点的位置、信息技术设备的位置后按设计要求施工、网周边宜每隔5m与建筑物内的钢筋或钢结构连接一次。星形结构的等电位连接网可选择与接地系统最近的位置设置接地基准点。7. 等电位连接的质量验收1）在该规范的第11章工程质量验收中的11.2.4款对等电位连接分项的检验批划分作出了规定：建筑物外大尺寸金属物等电位连接；金属管线等电位连接；各防雷区等电

31、位连接；电子系统设备机房等电位连接。2）等电位连接的有效性可通过等电位连接导体之间的电阻值测试来确定，第一类防雷建筑物中长金属物的弯头、阀门、法兰盘等处的过渡电阻不应大于0.03；连在额定值为16A的断路器线路中，同时触及的外露可导电和装置外可导电部分之间不应大于0.24；等电位连接带与连接范围内的金属管道等金属体末端的直流过渡电阻值不应大于3。8. 从建筑物防雷工程施工与验收规范GB 50601-2010的发布来看，建筑物的防雷工程，特别是等电位连接已与设计规范基本同步，但7.1.1-2款“在建筑物入户处应做总等电位连接。”这句话理解起来比较费劲，缺少主语，什么东西“在建筑物入户处应做总等电位连接。”并且“建筑物的入户处”的概念亦不十分明确。此外，该规范3.2.3条以强条的形式规定：除设计要求外，兼做引下线的承力钢结构构件、混凝土梁、柱内钢筋与钢筋的连接，应采用土建施工的绑扎法或螺丝扣的机械连接，严禁热加工连接。但是，在该规范的后续规定及附录的图示中却多次出现与此相矛盾的情况：1 在接地装置安装分项一般项目的第4.1.2条第4款：“接地体的连接应采用焊接，并宜采用放热焊接（热剂焊）。”该款所指“接地体”是泛指，是包括利用桩基钢筋、混凝土基础钢筋在内的接地体的连接。2 如下图所示，2、6均与钢筋进行了焊接。