淺析智能建筑信息技術設備的電氣安全

郭鵬 鄒永和

（中國石油集團工程技術研究院，天津 300451）

智能建筑是信息時代的產物，建筑物智能化程度隨科學技術的發展在逐步提高。世界第一幢智能大廈于1984年在美國哈特福德（Hartford）市建成，中國的智能建筑于上世紀90年代起步，但迅猛的發展勢頭令世人矚目。智能建筑之所以智能，是由于它將建筑物內不同功能的智能化子系統，如通訊自動化系統、大樓設備自動化系統、辦公自動化系統以及電梯控制系統、保安監控系統、消防及火災自動報警系統、衛星電視等系統在物理上、邏輯上和功能上連接在一起，以實現信息綜合、資源共享、遠程監控。這些子系統包含了大量的ITE，智能建筑配電設計的重要任務之一是為各種ITE提供合理的接地和等電位聯結系統、良好的電能質量及電磁兼容環境，確保通信設備、服務器、儲存器、計算機等ITE安全、可靠地工作。

1 智能建筑接地系統的確定

在TN-C接地系統中，N線和保護地線（PE線）合二為一稱PEN線，TN-C系統運行時的三相不平衡電流（50Hz）和諧波電流（150 Hz或以上）在PEN線上產生電壓降，導致PEN線上各點的電位是不同的，使得系統內敏感的ITE地電位的不均等而不能正常工作，故在智能建筑中不能采用TN-C接地系統。TN-S接地系統的N線和PE線完全分開，TNC-S接地系統的N線和PE線在電源入戶重復接地后也完全分開，TN-S與TN-C-S接地系統正常工況狀態下與連接設備外殼和大地的PE線無電流通過，因此在設有變電所的智能建筑中的配電系統宜采用TN-S接地系統；在沒有變電所的智能建筑中的配電系統宜采用TN-C-S接地系統（N線和PE線在電源入戶重復接地后完全分開）。

2 智能建筑的幾種接地措施

建筑的接地措施有很多種，例如工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電接地等。針對智能建筑中的ITE有兩個接地：一個是為保證人身安全，其金屬外殼需接PE線作保護接地；另一個是信息技術系統的高頻信號接地，它要求高頻條件下的接地阻抗小，以獲得ITE間均衡穩定的參考電位。由于與大地連接的接地系統的高頻阻抗太大，故信號接地應取自等電位聯結系統，在等電位聯結系統中可方便地采取一些措施減少聯結線的高頻阻抗，并利用眾多聯結部分的并聯通路，進一步降低高頻阻抗，從而最大限度的實現了ITE接地系統中地電位的均等。ITE的聯結線應具有足夠的截面積和表面積，前者可減少其電阻分量，后者可減少高頻集膚效應，從而減少高頻電抗分量。此外，聯結線的走向應盡量短且直，以降低其電感；連接質量應保證良好，以降低接觸電阻。以上措施從最大限度地實現了ITE接地系統中的地電位的均等，避免了打低阻接地網的麻煩。

3 智能建筑低壓配電系統的保護

智能建筑通常是多電源系統，即系統中有變壓器、發電機和UPS三種電源設備，各類電源的數目也不盡相同，情況十分復雜，如果處理不好各電源的接地及電源轉換開關的極數，則極易產生雜散電流，產生一些不良后果，例如雜散電流的通路形成一個大包繞環，雜散電流在包繞環內產生的磁場講可能對包繞環內的敏感ITE產生干擾。那么如何避免雜散電流的產生呢，由于每個智能建筑的具體情況不同，所以處理的方法也不能一概而論。首先，應確定此建筑的接地系統形式：例如IT系統沒有中性線，故只能使用3極開關；其次，在TNS及TN-C-S接地系統的智能建筑中，我們應該就具體案例具體分析其中性線上有無傳導返回電源的雜散電流的并聯通路，是否同為電源端帶電導體直接接地的接地系統等不同的條件而確定采用三極或四極開關。

智能建筑中往往使用大量的整流裝置、變頻器、日光燈、節能燈等非線性負載，智能建筑配電系統的中性線上除了三相不平衡電流外，還疊加了3次諧波和3倍頻次諧波電流。如果配電系統允許總諧波電流失真THDi=5%的話，以容量為1600kVA，額定電流為In=2304 A的變壓器為例，則在中性線上會出現約3× 2304×5%=354.6A的3次諧波電流，為避免中性線（簡稱N線）電流過載，要求選擇N線截面至少應等于相線的截面。

此外，在智能建筑低壓配電系統中的電氣保護開關等設備的正確選用、相互配合的技術已經比較成熟，本文不做過多的討論。

4 智能建筑ITE抗干擾的措施

智能建筑中使用的電氣設備應滿足一定的電磁兼容要求，每個電氣設備都應盡量減少其工作時對其他電氣設備的干擾，同時其本身也應具備一定的抗干擾能力，以使包括ITE在內的所有電氣設備能夠正常的運行。此外，在裝有敏感ITE的環境內，還應考慮以下一些措施，以防止電壓擾動產生的干擾：

4.1 ITE位置應遠離場強大的電氣設備。場強大的空間電磁場將直接干擾ITE的正常工作，如配電變壓器、大功率電動機、大電流配電干線等。

4.2 ITE的布線應避免其電源線對信號線的干擾。電源線與信號線靠近時，應為信號線加屏蔽，并在兩端接地；兩者交叉時，應做直角交叉，以減少電磁場的感應。

4.3 ITE和干擾源設備應分開電源回路供電。有些電氣設備在啟動和通電時會引起電壓擾動，這些電壓擾動會通過電源線路的阻抗耦合干擾ITE的正常工作，應將這些干擾源設備與ITE分開電源線路供電，如果能分開配電變壓器供電更為理想。

4.4 應限制單相末端回路信息技術設備的臺數。由于ITE具有較大的對地電容泄漏電流，若單相末端回路ITE的臺數過多，泄流過大，超過線路漏電保護器的動作電流時，將導致漏電保護器的誤動作。

4.5 ITE的保護開關應有延遲功能。ITE電源回路應盡量避免瞬態故障引起的不必要的電源切斷。

4.6 ITE的電源線和信號線應遠離建筑物防雷裝置引下線，否則應設置屏蔽保護。

4.7 ITE的信號線宜采用屏蔽電纜或穿鋼管保護或采用雙絞線。這些屏蔽保護或線形的結構可以消除或減小電磁干擾的影響，另外屏蔽層或鋼管應做接地。

5 電能凈化裝置的應用

以上措施可以在一定程度上消除或減少電能質量問題對ITE的干擾，在很多情況下還需要使用電能質量凈化設備來進一步提高電能質量，例如：

5.1 調壓器：由于公用電網和電氣裝置本身負載的變化，電氣設備處會發生持續的工頻過電壓或欠電壓，這類電壓擾動可采用調壓器來消除。

5.2 濾波器：濾波器用以消除或減少電源線路中的諧波成分，使得信息技術設備和其他電氣設備免受危害。

5.3 電涌抑制器：可以保護電氣設備免受瞬態涌壓的危害，也可減少瞬態涌壓對ITE的干擾，其中包括電氣裝置內大功率電氣設備投切時產生的瞬態涌壓。

5.4 雙繞組變壓器：這種變比為1∶1的雙繞組變壓器可以在二次側產生一個新的電源系統，從而將諸如過大的PE線電流、過大的共模電壓等電能質量問題隔離。

5.5 UPS：即不間斷電源，在我國有廣泛的使用，它將交流電整流為直流給蓄電池儲能，同時將直流逆變為交流電為ITE供電。由于電能的轉換，電源側的電壓擾動被隔離。它還可以實現供電的不間斷或短暫間斷。

結語

智能建筑ITE的電氣保護極為重要，本文從接地系統、配電系統、抗干擾、電源凈化等方面討論了智能建筑幾種重要的電氣保護措施，可以為智能建筑中ITE的安全可靠運行帶來幫助。

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