6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求

6.3.1 屏蔽、接地和等电位连接的要求宜联合采取下列措施：
      1 所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并应与防雷装置相连。但第一类防雷建筑物的独立接闪器及其接地装置应除外。
      2 在需要保护的空间内，采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在网端，并宜在防雷区交界处做等电位连接，系统要求只在一端做等电位连接时，应采用两层屏蔽或穿钢管敷设，外层屏蔽或钢管应至少在两端，并宜在防雷区交界处做等电位连接。
      3 分开的建筑物之间的连接线路，若无屏蔽层，线路应敷设在金属管、金属格栅或钢筋成格栅形的混凝土管道内。金属管、金属格栅或钢筋格栅从一端到另一端应是导电贯通，并应在两端分别连到建筑物的等电位连接带上；若有屏蔽层，屏蔽层的两端应连到建筑物的等电位连接带上。
      4 对由金属物、金属框架或钢筋混凝土钢筋等自然构件构成建筑物，或房间的格栅形大空间屏蔽，应将穿入大空间屏蔽的导电金属物就近与其做等电位连接。
6.3.2 对屏蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度的衰减应按下列方法计算：
      1 闪电击于建筑物以外附近时，磁场强度应按下列方法计算：
        1)当建筑物和房间无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度，相当于处于LPZO_A和LPZO_B区内的磁场强度，应按下式计算：

式中：——无屏蔽时产生的无衰减磁场强度（A/m）；
            ——最大雷电流（A），按本规范表F.0.1-1、F.0.1-2和表F.0.1-3的规定取值；
            ——雷击点与屏蔽空间之间的平均距离（m）（图6.3.2-1），按式（6.3.2-6）或式（6.3.2-7）计算。

图6.3.2-1  附近雷击时的环境情况

        2)当建筑物或房间有屏蔽时，在格栅形大空间屏蔽内，即在LPZ1区内的磁场强度，应按下式计算：

式中：——格栅形大空间屏蔽内的磁场强度（A/m）；
          ——屏蔽系数（dB），按表6.3.2-1的公式计算。

 表6.3.2-1  格栅形大空间屏蔽的屏蔽系数
 
注：①适用于首次雷击的磁场；
②1MHz适用于后续雷击的磁场，
250kHz适用于首次负级性雷击的磁场；
③相对磁导系数≈200；
1 w为格栅形屏蔽的网格宽（m）；r为格栅形屏蔽网格导体的半径（m）；
2 当计算式得出的值为负数时取SF=0；若建筑物具有网格形等电位连接网络，SF可增加6dB。

      2 表6.3.2-1的计算值应仅对在各LPZ区内距屏蔽层有一安全距离的安全空间内才有效(图6.3.2-2)，安全距离应按下列公式计算：

式中：——安全距离（m）；
              ——格栅形屏蔽的网格宽（m）；
           ——按表6.3.2-1计算的屏蔽系数（dB）。

图6.3.2-2  在LPZ_n区内供安放电气和电子系统的空间
注：空间V_s为安全空间。

        3 在闪电击在建筑物附近磁场强度最大的最坏情况下，按建筑物的防雷类别、高度、宽度或长度可确定可能的雷击点与屏蔽空间之间平均距离的最小值(图6.3.2-3)，可按下列方法确定：

图6.3.2-3  取决于滚球半径和建筑物尺寸的最小平均距离

        1)对应三类防雷建筑物最大雷电流的滚球半径应符合表6.3.2-2的规定。滚球半径可按下式计算：

式中：——滚球半径（m）；
         ——最大雷电流（kA），按本规范表F.0.1-1、表F.0.1-2或表F.0.1-3的规定取值。

表6.3.2-2  与最大雷电流对应的滚球半径

        2)雷击点与屏蔽空间之间的最小平均距离，应按下列公式计算：

式中：H——建筑物高度（m）；
           L——建筑物长度（m）。

根据具体情况建筑物长度可用宽度代入。对所取最小平均距离小于式(6.3.2-6)或式(6.3.2-4)计算值的情况，闪电将直接击在建筑物上。
      4 在闪电直接击在位于LPZO_A区的格栅形大空间屏蔽或与其连接的接闪器上的情况下，其内部LPZ1区内安全空间内某点的磁场强度应按下式计算(图6.3.2-4)：

式中：H₁——安全空间内某点的磁场强度（A/m）；
           d_r——所确定的点距LPZ1区屏蔽顶的最短距离（m）；
          d_w——所确定的点距LPZ1区屏蔽壁的最短距离（m）；
          K_H——形状系数，取K_H=0.01；

                _w——LPZ1区格栅形屏蔽的网格宽（m）。

图6.3.2-4  闪电直接击于屋顶接闪器时LPZ1区内的磁场强度 

      5 式(6.3.2-8)的计算值仅对距屏蔽格栅有一安全距离的安全空间内有效，安全距离应按下列公式计算，电子系统应仅安装在安全空间内：

式中：——安全距离（m）。

      6 LPZ_n+1区内的磁场强度可按下式计算：

式中：H_n——LPZn区内的磁场强度（A/m）；
        H_n+1——LPZ_n+1区内的磁场强度（A/m）；
          SF——LPZ_n+1区屏蔽的屏蔽系数。

安全距离应按式(6.3.2-3)或式(6.3.2-4)计算。
      7 当式(6.3.2-11)中的LPZn区内的磁场强度为LPZ1区内的磁场强度时，LPZ1区内的磁场强度应按以下方法确定：
        1)闪电击在LPZ1区附近的情况，应按本条第1款式(6.3.2-1)和式(6.3.2-2)确定。
        2)闪电直接击在LPZ1区大空间屏蔽上的情况，应按本条第4款式(6.3.2-8)确定，但式中所确定的点距LPZ1区屏蔽顶的最短距离和距LPZ1区屏蔽壁的最短距离应按图6.3.2-5确定。

图6.3.2-5  LPZ2区内的磁场强度

6.3.3 接地和等电位连接除应符合本规范的有关规定外，尚应符合下列规定：
      1 每幢建筑物本身应采用一个接地系统(图6.3.3)。

图6.3.3  接地、等电位连接和接地系统的构成

a—防雷装置的接闪器及可能是建筑物空间屏蔽的一部分；
b—防雷装置的引下线及可能是建筑物空间屏蔽的一部分；
c—防雷装置的接地装置(接地体网络、共用接地体网络)以及可能是建筑物空间屏蔽的一部分，如基础内钢筋和基础接地体；
d—内部导电物体，在建筑物内及其上不包括电气装置的金属装置，如电梯轨道，起重机，金属地面，金属门框架，各种服务性设施的金属管道，金属电缆桥架，地面、墙和天花板的钢筋；
e—局部电子系统的金属组件；
f—代表局部等电位连接带单点连接的接地基准点(ERP)；
g—局部电子系统的网形等电位连接结构；
h—局部电子系统的星形等电位连接结构；
i—固定安装有PE线的Ⅰ类设备和无PE线的Ⅱ类设备；
k—主要供电气系统等电位连接用的总接地带、总接地母线、总等电位连接带。也可用作共用等电位连接带；
—主要供电子系统等电位连接用的环形等电位连接带、水平等电位连接导体，在特定情况下采用金属板。也可用作共用等电位连接带。用接地线多次接到接地系统上做等电位连接，宜每隔5m连一次；
m—局部等电位连接带；
1—等电位连接导体；2—接地线；3—服务性设施的金属管道；4—电子系统的线路或电缆；5—电气系统的线路或电缆；
—进入LPZ1区处，用于管道、电气和电子系统的线路或电缆等外来服务性设施的等电位连接。
      2 当互相邻近的建筑物之间有电气和电子系统的线路连通时，宜将其接地装置互相连接，可通过接地线、PE线、屏蔽层、穿线钢管、电缆沟的钢筋、金属管道等连接。
6.3.4 穿过各防雷区界面的金属物和建筑物内系统，以及在一个防雷区内部的金属物和建筑物内系统，均应在界面处附近做符合下列要求的等电位连接：
      1 所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZO_A或LPZO_B与LPZ1区的界面处做等电位连接。当外来导电物、电气和电子系统的线路在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位连接带，并应将其就近连到环形接地体、内部环形导体或在电气上贯通并连通到接地体或基础接地体的钢筋上。环形接地体和内部环形导体应连到钢筋或金属立面等其他屏蔽构件上，宜每隔5m连接一次。
对各类防雷建筑物，各种连接导体和等电位连接带的截面不应小于本规范表5.1.2的规定。
当建筑物内有电子系统时，在已确定雷击电磁脉冲影响最小之处，等电位连接带宜采用金属板，并应与钢筋或其他屏蔽构件做多点连接。
      2 在LPZO_A与LPZ1区的界面处做等电位连接用的接线夹和电涌保护器，应采用本规范表F.0.1-1的雷电流参量估算通过的分流值。当无法估算时，可按本规范式(4.2.4-6)或式(4.2.4-7)计算，计算中的雷电流应采用本规范表F.0.1-1的雷电流。尚应确定沿各种设施引入建筑物的雷电流。应采用向外分流或向内引入的雷电流的较大者。
在靠近地面于LPZO_B与LPZ1区的界面处做等电位连接用的接线夹和电涌保护器，仅应确定闪电击中建筑物防雷装置时通过的雷电流；可不计及沿全长处在LPZO_B区的各种设施引入建筑物的雷电流，其值应仅为感应电流和小部分雷电流。
      3 各后续防雷区界面处的等电位连接也应采用本条第1款的规定。
穿过防雷区界面的所有导电物、电气和电子系统的线路均应在界面处做等电位连接。宜采用一局部等电位连接带做等电位连接，各种屏蔽结构或设备外壳等其他局部金属物也连到局部等电位连接带。用于等电位连接的接线夹和电涌保护器应分别估算通过的雷电流。
      4 所有电梯轨道、起重机、金属地板、金属门框架、设施管道、电缆桥架等大尺寸的内部导电物，其等电位连接应以最短路径连到最近的等电位连接带或其他已做了等电位连接的金属物或等电位连接网络，各导电物之间宜附加多次互相连接。
      5 电子系统的所有外露导电物应与建筑物的等电位连接网络做功能性等电位连接。电子系统不应设独立的接地装置。向电子系统供电的配电箱的保护地线(PE线)应就近与建筑物的等电位连接网络做等电位连接。
一个电子系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件与建筑物接地系统的等电位连接网络做功能性等电位连接，应采用S型星形结构或M型网形结构(图6.3.4)。
当采用S型等电位连接时，电子系统的所有金属组件应与接地系统的各组件绝缘。
      6 当电子系统为300kHz以下的模拟线路时，可采用S型等电位连接，且所有设施管线和电缆宜从ERP处附近进入该电子系统。
S型等电位连接应仅通过唯一的ERP点，形成S_s型连接方式(图6.3.4)。设备之间的所有线路和电缆当无屏蔽时，宜与成星形连接的等电位连接线平行敷设。用于限制从线路传导来的过电压的电涌保护器，其引线的连接点应使加到被保护设备上的电涌电压最小。

 等电位连接网络
 等电位连接导体
 设备
 接至等电位连接网络的等电位连接点
 接地基准点
  将星形结构通过ERP点整合到等电位连接网络中
 将网形结构通过网形连接整合到等电位连接网络中
图6.3.4  电子系统功能性等电位连接整合到等电位连接网络中

      7 当电子系统为兆赫兹级数字线路时，应采用M型等电位连接，系统的各金属组件不应与接地系统各组件绝缘。M型等电位连接应通过多点连接组合到等电位连接网络中去，形成M_m型连接方式。每台设备的等电位连接线的长度不宜大于0.5m，并宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处，其长度相差宜为20％。

 

条文说明
 

图16  一钢筋混凝土建筑物内等电位连接的例子 
1—电力设备；2—钢支柱；3—立面的金属盖板；
4—等电位连接点；5—电气设备；6—等电位连接带；
7—混凝土内的钢筋；8—基础接地体；9—各种管线的共用入口

图17  对一办公建筑物设计防雷区、屏蔽、等电位连接和接地的例子

6.3.2 本条是根据IEC 62305—4:2010的附录A编写并引入负极性首次雷击电流的参数。形状系数为其计量单位。
6.3.3 保留原规范第6.3.3条的规定。
6.3.4 本条是根据IEC 62305—4:2010第20～31页和IEEE Std 1100——2005：IEEE Recommended practice for powering and grounding electronic equipment的有关规定编写的。图6.3.4是根据IEC 62305—4:2010第27页的图9编入的。
      6 款中的“当电子系统为300kHz以下的模拟线路时，可采用S型等电位连接，且所有设施管线和电缆宜从ERP处附近进入该电子系统”和7款中的“当电子系统为兆赫兹级数字线路时，应采用M型等电位连接”是根据IEEE Std 1100—2005第298页上的以下规定编写的：
“The  determination  to  use  the  single-point  grounding  or  multipoint  grounding  typically  depends  on  the  frequency  range  of  interest. Analog  circuits  with  signal  frequencies  up  to  300kHz  may  be  candidates  for  single-point  grounding. Digital  circuits  with  frequencies  in  the  MHz  range  should  utilize  multipoint  grouding”。
      7 款中的“·····M_m型连接方式。每台设备的等电位连接线的长度不宜大于0.5m，并宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处，其长度相差宜为20％”是根据IEEE Std 1100—2005第295页、第296页上的图8-19、图8-20和图8-21编写的。例如，一根长0.5m，另一根长0.4m。因为现代数字电路频率越来越高，容易产生谐振，其中有一根达到谐振，阻抗无穷大，另一根还是接地的。
当功能性接地线的长度为干扰频率波长的1／4或其奇数倍时将产生谐振，这时，接地线的阻抗成为无穷大，它成为一根天线，能接收远磁场的干扰或发射出干扰磁场，见下式和图18。图18中的λ为干扰波的波长。

式中：——导体产生谐振的长度（m）；
                          n——任一奇数值（1,3,5…）；
                          c——自由空间的光速（3×10⁸m/s）；
            ——使导体产生谐振的频率（Hz）。

图18  同一波长下不同接地或等电位连接线长度d与其阻抗|Z|的关系

 图19为约7m长的1根25mm²铜导体产生谐振的例子。其产生谐振的频率接近于10MHz、30MHz、50MHz……。

图19  1根长约7m截面25mm²的铜导体产生谐振的条件

实际上，设计者必须考虑一接地(等电位连接)导体在n＝1时将产生谐振的最高干扰频率。所以通常最好是按远离加于导体的电气干扰频率的1／4波长来选择接地(等电位连接)导体的物理长度，从图18可以看出，最好是≤λ／20。但是，现在数字化电子系统的工作频率越来越高，如普通计算机的时钟频率是100MHz，在此频率下要做到≤λ／20＝300／(100×20)＝0.15(m)是很难的。所以推荐每台设备从基准平面引两根接地(等电位连接)导体接于设备底的对角处，两根导体一长一短，相差约20％，如一根为 0.5m，另一根为0.4m。这样，其中一根产生谐振，即阻抗无穷大，另一根是不会的。