智能建筑的電氣保護(hù)接地應(yīng)用研究

劉建林

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410151）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)90年代后期，智能化建筑在我國(guó)大量出現(xiàn)，并且逐步從大城市蔓延到中小城市。在建筑中接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)占有重要的地位，因?yàn)樗P(guān)系到供電系統(tǒng)的可靠性、安全性。由于電氣接地保護(hù)系統(tǒng)的種類不同，所以我們?cè)诒疚睦镒隽苏J(rèn)真的分析，最后得出一種合適的電氣保護(hù)系統(tǒng)，并采取相應(yīng)的電氣保護(hù)措施。

1 幾種接地系統(tǒng)的類型和分析

1.1 TN－C系統(tǒng)

圖1 TN－C系統(tǒng)示意圖

TN－C系統(tǒng)屬于三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地PE合二為一，通稱為PEN線。該系統(tǒng)對(duì)接地故障靈敏度高，且線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，但是只適合用于三相負(fù)荷較平衡的場(chǎng)所。在智能建筑內(nèi)，由于單相負(fù)荷所占比重較大，實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡較難，PEN線的不平衡電流加上線路中存在的由于熒光燈、晶閘管（可控硅）等設(shè)備引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會(huì)在中性線N上疊加，使中性線N電壓波動(dòng)，由于電流極不穩(wěn)定，造成中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移。會(huì)使設(shè)備外殼（與PEN線連接）帶電，對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，也無(wú)法取到一個(gè)合適的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，精密電子設(shè)備無(wú)法準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。因此TN－C接地系統(tǒng)不適合做智能建筑的接地系統(tǒng)。

1.2 TN－C－S系統(tǒng)

TN－C－S系統(tǒng)由兩部分組成，一是TNC系統(tǒng)，二是TN－S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)。該系統(tǒng)一般用在建筑物的供電由區(qū)域變電所引來(lái)的場(chǎng)所，進(jìn)戶之前采用TN－C系統(tǒng)，進(jìn)戶處做重復(fù)接地，進(jìn)戶后變成TN－S系統(tǒng)。TN－S系統(tǒng)在中性線N與保護(hù)接地線PE在進(jìn)戶時(shí)共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中，中性線N常會(huì)帶電，保護(hù)接地線PE沒(méi)有電的來(lái)源。PE線連接的設(shè)備外殼及金屬構(gòu)件在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，始終不會(huì)帶電。TN－S接地系統(tǒng)明顯提高了安全性，如果采取接地引線，從接地體一點(diǎn)引出，并且選擇正確的接地電阻值，使電子設(shè)備共同獲得一個(gè)等電位基準(zhǔn)點(diǎn)等措施，那么TN－C－S系統(tǒng)可以作為智能建筑的一種接地系統(tǒng)。如圖2所示：

圖2 TN－C－S系統(tǒng)示意圖

1.3 TN－S系統(tǒng)

TN－S屬于三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)，通常進(jìn)線采用該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是中性線N與保護(hù)接地線PE，除了在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再有電氣連接。中性線N帶電，PE線不帶電。該系統(tǒng)完全具備安全性和可靠性。如果對(duì)于計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備沒(méi)有特殊的要求時(shí)，一般智能建筑都采用這種接地系統(tǒng)。如圖3所示：

圖3 TN－S系統(tǒng)示意圖

1.4 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)一般被稱為三相四線接地系統(tǒng)。常用于來(lái)自公共電網(wǎng)的建筑供電。TT系統(tǒng)的特點(diǎn)中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開的。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不管三相負(fù)荷平衡與否，在中性線N帶電情況下，PE線不會(huì)帶電。只有單相接地故障時(shí)，由于保護(hù)接地靈敏度低，故障不能及時(shí)切斷，設(shè)備外殼才可能帶電。TT系統(tǒng)類似于TN－S系統(tǒng)，同樣能取得合格的基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量的漏電保護(hù)器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)在智能建筑中的使用也更為廣泛。但是因?yàn)楣搽娋W(wǎng)的電源質(zhì)量不高，不能滿足智能化設(shè)備的要求，TT系統(tǒng)因此很少被智能建筑采用。

1.5 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)被稱為是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地，無(wú)中性線N，只有線電壓（380V），無(wú)相電壓（220V），保護(hù)接地線PE獨(dú)立接地。優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)一相接地時(shí)，不會(huì)使外殼帶有較大的故障電流，系統(tǒng)可以照常運(yùn)行。缺點(diǎn)是：不能配出中性線N。不適用于擁有大量單相設(shè)備的智能建筑。

智能建筑要求保護(hù)接地的設(shè)備很多，強(qiáng)、弱電設(shè)備以及不帶電的導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件，都須采用有效地保護(hù)接地。采用TN－C系統(tǒng)，將TN－C系統(tǒng)中的N線同時(shí)用做接地線；在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線接在一起，再連接到底板；不設(shè)置電子設(shè)備的直流接地引線，將直流接地直接接到PE線上；干脆把N線、PE線、直流接地線混接在一起。這些做法都不符合接地要求。智能化建筑內(nèi)，單相用電設(shè)備多，單相負(fù)荷比重大，三相負(fù)荷一般都不平衡，因此在中性線N中帶有隨機(jī)電流。此外，由于大量采用熒光燈照明，所產(chǎn)生的三次諧波疊加在N線上，會(huì)加大了N線上的電流量，如果將N線接到設(shè)備外殼上，會(huì)造成電擊或火災(zāi)；如果在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線連在一起再接到設(shè)備外殼上，那么危險(xiǎn)更大，凡是接到PE線上的設(shè)備，外殼均帶電，會(huì)擴(kuò)大電擊；若將N線、PE線、直流接地線均接在一起，除了會(huì)發(fā)生以上危險(xiǎn)外，電子設(shè)備會(huì)受到干擾導(dǎo)致無(wú)法工作。所以智能建筑內(nèi)應(yīng)設(shè)置電子設(shè)備的直流接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地，及防雷保護(hù)接地。由于建筑內(nèi)大多設(shè)有具有防靜電要求的程控交換機(jī)房、計(jì)算機(jī)房、消防及火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控室，和大量易受電磁波干擾的精密電子儀器設(shè)備，還要考慮到防靜電接地以及屏蔽接地的要求。

2 智能建筑電氣保護(hù)接地的措施

2.1 防雷接地

防雷接地作用是雷電流迅速導(dǎo)入大地，以防止雷害。智能建筑內(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng)，這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)通常都屬于耐壓等級(jí)低，防干擾要求高，最怕受到雷擊的部分。無(wú)論是直擊、串擊、反擊都容易使電子設(shè)備受到不同程度的損壞或嚴(yán)重干擾。所以對(duì)智能建筑的防雷接地設(shè)計(jì)必須要嚴(yán)密、可靠。所有功能接地，必須要以防雷接地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立嚴(yán)密、完整的防雷結(jié)構(gòu)。

智能建筑基本上屬于一級(jí)負(fù)荷，要按一級(jí)防雷建筑物的保護(hù)措施設(shè)計(jì)。接閃器采用針帶組合接閃器；避雷帶采用φ10鍍鋅圓鋼在屋頂組成≤10m×10m的網(wǎng)格，該網(wǎng)格與屋面金屬構(gòu)件作電氣連接，與大樓柱頭鋼筋作電氣連接，引下線利用柱頭中鋼筋、圈梁鋼筋、樓層鋼筋與防雷系統(tǒng)連接；外墻面所有金屬構(gòu)件也應(yīng)與防

雷系統(tǒng)連接，柱頭鋼筋與接地體連接，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。這樣不僅可以有效防止雷擊損壞樓內(nèi)設(shè)備，而且還能防止外來(lái)的電磁干擾。如果防雷裝置與電氣設(shè)備的工作接地合用一個(gè)總的接地網(wǎng)時(shí)，接地電阻應(yīng)符合其最小值要求。

2.2 交流工作接地

將電力系統(tǒng)中的某一點(diǎn)，直接或經(jīng)特殊設(shè)備與大地作金屬連接，被稱為工作接地。工作接地主要是變壓器中性點(diǎn)或中性線（N線）接地。N線必須用銅芯絕緣線，在配電中存在輔助等電位接線端子，等電位接線端子在箱柜內(nèi)。該接線端子絕對(duì)不能外露；絕對(duì)不能與其它接地系統(tǒng)相混接；絕對(duì)不能與PE線連接。在高壓系統(tǒng)里，采用中性點(diǎn)接地方式可使繼電保護(hù)準(zhǔn)確動(dòng)作，同時(shí)消除單相電弧接地過(guò)電壓。中性點(diǎn)接地可以防止零序電壓偏移，保持三相電壓基本平衡，方便使用單相電源。

2.3 安全保護(hù)接地

安全保護(hù)接地是將電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬相連接。將用電設(shè)備以及設(shè)備附近的一些金屬構(gòu)件，用PE線連接起來(lái)，但是嚴(yán)禁將PE線與N線連接。在中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)中，接地短路電流經(jīng)人身、大地流回中性點(diǎn)；在中性點(diǎn)非直接接地的電力系統(tǒng)中，接地電流經(jīng)人體流入大地，并經(jīng)線路對(duì)地電容構(gòu)成通路，都能造成人身觸電。如果裝有接地裝置的電氣設(shè)備的絕緣損壞使外殼帶電時(shí)，接地短路電流將同時(shí)沿著接地體和人體兩條通路流過(guò)。在一個(gè)并聯(lián)電路中，通過(guò)每條支路的電流值與電阻的大小成反比，接地電阻越小，流經(jīng)人體的電流越小。通常人體電阻要比接地電阻大數(shù)百倍，經(jīng)過(guò)人體的電流也比流過(guò)接地體的電流小數(shù)百倍。當(dāng)接地電阻極小時(shí)，流過(guò)人體的電流幾乎等于零。實(shí)際上，由于接地電阻很小，接地短路電流流過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的壓降很小，所以設(shè)備外殼對(duì)大地的電壓是不高的。人站在大地上去碰觸設(shè)備的外殼時(shí)，人體所承受的電壓很低，不會(huì)有危險(xiǎn)。加裝保護(hù)接地裝置并且降低它的接地電阻，不僅是智能建筑電氣系統(tǒng)安全、有效運(yùn)行的有效保障措施，也是設(shè)備及人身安全的必要保障手段。

2.4 直流工作接地

在智能建筑內(nèi)，包含有大量的計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備和帶電腦的大樓自動(dòng)化設(shè)備。這些電子設(shè)備在進(jìn)行信息輸入、信息傳輸、能量轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、邏輯運(yùn)算、信息輸出等一系列過(guò)程中都是通過(guò)微電位或微電流快速進(jìn)行，且設(shè)備之間常要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。因此為了使其準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好，除了需有一個(gè)穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。一般可采用不小于10mm2的較大截面的絕緣銅芯線作為引線，一端直接與基準(zhǔn)電位連接，另一端供電子設(shè)備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴(yán)禁與N線連接。

2.5 屏蔽接地與防靜電接地

為了避免設(shè)備的機(jī)能障礙和設(shè)備損壞，構(gòu)成布線系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)能夠防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來(lái)干擾。這些干擾的主要來(lái)源是超高電壓，大功率幅射電磁場(chǎng)，自然雷擊和靜電放電。對(duì)高傳輸頻率設(shè)備產(chǎn)生很大的干擾。所以必須對(duì)這些設(shè)備及其布線采取保護(hù)措施，使其免受來(lái)自各方的干擾。屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳方法。可將設(shè)備外殼與PE線連接；導(dǎo)線的屏蔽接地要求屏蔽管路兩端與PE線可靠連接；室內(nèi)屏蔽也應(yīng)多點(diǎn)與PE線可靠連接。防靜電接地是將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體通過(guò)導(dǎo)靜電體與大地構(gòu)成電氣回路的接地。在潔凈、干燥的房間內(nèi)，很容易會(huì)產(chǎn)生大量靜電。如在相對(duì)濕度10%～20%的環(huán)境中人的走步可以積聚35kV的靜電電壓，沒(méi)有良好的接地，不僅會(huì)產(chǎn)生對(duì)電子設(shè)備的干擾，還會(huì)擊壞設(shè)備芯片。

對(duì)以上各種電氣保護(hù)接地，其接地裝置的接地電阻越小越好，獨(dú)立的防雷保護(hù)接地電阻應(yīng)≤10Ω；獨(dú)立的安全保護(hù)接地電阻應(yīng)≤4Ω；獨(dú)立的交流工作接地電阻應(yīng)≤4Ω；獨(dú)立的直流工作接地電阻應(yīng)≤4Ω；防靜電接地電阻一般要求≤ 100Ω。

3 結(jié)論

在智能建筑供配電設(shè)計(jì)中，接地系統(tǒng)占有重要的地位，由于3A智能化建筑的發(fā)展前景廣闊，所以在智能建筑中宜選用TN-S系統(tǒng)，即集防雷接地、交直流工作接地、電氣設(shè)備安全保護(hù)接地、屏蔽接地與防靜電接地于一體的統(tǒng)一接地系統(tǒng)。（在有些工程中，有時(shí)也會(huì)采用TN-C-S系統(tǒng)）才能保證供電系統(tǒng)的可靠性。發(fā)揮智能建筑的作用。參考文獻(xiàn)：

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