試論現代建筑接地系統技術

鐘偉定 浙江溫州 325000

1.各種接地系統的分析

1.1 TN系統

1.1.1 TN-C系統

TN-C系統也被稱之為三相四線系統(如圖1所示)，該系統中性線N與保護接地線PE合二為一，通稱PEN線。這種接地系統雖對接地故障靈敏度高，線路經濟簡單，但它只適合用于三相負荷較平衡的場所。

智能建筑中，除了部分風機等負荷為三相負荷外，其余設備一般均為單相負荷，在實際運行中難以實現三相負荷平衡，因此在PEN線中存在著不平衡電流；加上建筑內大量采用熒光燈、晶閘管等設備，導致其在供電線路中存在著高次諧波電流，在非故障情況下，諧波電流會在中性線N上疊加，使中性線N電壓波動，且電流時大時小極不穩定，造成中性點接地電位不穩定漂移。

不但會使設備外殼帶電，對人身造成不安全，而且也無法取到一個合適的電位基準點，精密電子設備無法準確可靠運行。由此可見TN-C系統不適合作為智能建筑的接地系統。

1.1.2 TN-S系統

TN-S是一個三相五線的接地系統(如圖2所示)。通常建筑物內設有獨立變配電所時進線采用該系統。

TN-S系統的特點是，中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。正常運行時，中性線N是帶電的，而PE線不帶電。該接地系統完全具備安全和可靠的基準電位。因此TN-S系統可以用作智能建筑物的接地系統。如果計算機等電子設備沒有特殊的要求時，一般都采用這種接地系統。

1.1.3 TN-C-S系統

TN-C-S系統實際是由以上兩種接地系統組成。第一部分是TN-C系統，第二部分是TN-S系統，兩者的分界面在N線與PE線的連接點處，N線與PE線分開后即不允許再合并。

該系統一般用在建筑物的供電由區域變電所引來的場所，進戶之前采用TN-C系統，進戶處做重復接地，進戶后變成TN-S系統。只要我們采取接地引線各自都從接地體一點引出，及選擇正確的接地電阻值使電子設備共同獲得一個等電位基準點，那么TN-C-S系統可以作為智能型建筑物的一種接地系統。

1.2 TT系統

通常稱TT系統為三相四線接地系統。該系統常用于建筑物供電來自公共電網的地方。TT系統的特點是中性線N與保護接地線PE無電氣連接，即中性點接地與PE線接地是分開的。該系統在正常運行時，不管三相負荷平衡不平衡，在中性線N線帶電情況下，PE線不會帶電。

只有單相接地故障時，由于保護接地靈敏度低，故障不能及時切斷，設備外殼才可能帶電。正常運行時的TT系統類似于TN-S系統，也能獲得人與物的安全性和取得合格的基準接地電位。配以大容量的漏電保護器，該系統也可以作為智能建筑的接地系統，但是從實際情況來看，由于智能建筑中用電設備非常多，設備均獨立接地實現起來比較困難，所以TT系統很少被智能建筑所采用。

1.3 IT系統

IT系統是三相三線式接地系統，該系統變壓器中性點不接地或經高阻抗接地，無中性線N，只有線電壓，無相電壓，保護接地線PE各自獨立接地。該系統的優點是當發生單相接地故障時，不會使外殼帶有較大的故障電流，可以不切斷故障線路，系統照常運行。

缺點是不能配出中性線N。因此它是不適用于擁有大量單相設備的智能建筑的。

經過以上分析，并結合工程實際，在實際工程中接地系統多采用TN-S系統，有時也會采用TN-C-S系統。

2.智能建筑接地技術措施

2.1 交流工作接地

在TN系統中，需把中性線接地，用接地線引至接地體，在滿足熱穩定條件下，接地體最好利用建筑物的基礎鋼筋。20世紀60年代就已經利用鋼筋混凝土構件中的鋼筋作為接地裝置，其接地電阻值可達到規范要求。一般無需另外增設人工接地極。但施工結束后仍要測量接地電阻值。

2.2 防雷接地

為把雷電流迅速導入大地，以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。智能建筑內有大量的電子設備與布線系統，如通信自動化系統，火災報警及消防聯動控制系統，樓宇自動化系統，保安監控系統，辦公自動化系統，閉路電視系統等，以及他們相應的布線系統。建筑的各層頂板，底板，側墻，吊頂內幾乎被各種布線布滿。

這些電子設備及布線系統一般均屬于耐壓等級低，防干擾要求高，最怕受到雷擊的部分，一旦受到雷擊會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此對智能建筑的防雷接地設計必須嚴密、可靠。

智能建筑的所有功能接地，必須以防雷接地系統為基礎，并建立嚴密、完整的防雷結構。絕大多數情況下智能建筑應按照第二類或第三類防雷建筑物的防雷措施設計。

接閃器采用針、帶或兩種組合而成的接閃器，對于第二類防雷建筑物避雷帶采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于10m×10m或12m×8m的網格，對于第三類防雷建筑物避雷帶應采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于20m×20m或24m×16m的網格，該網格與屋面金屬構件作電氣連接，與大樓柱頭鋼筋作電氣連接，引下線利用柱子鋼筋、圈梁鋼筋、樓層鋼筋與防雷系統連接，外墻面所有金屬構件也應與防雷系統連接，柱子鋼筋與接地體連接，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設備，而目還能防止外來的電磁干擾。

2.3 安全保護接地

通過等電位聯結可使建筑物電氣裝置的各外露導電體與裝置外導電部分的電位基本相等。它按照功能范圍分為三類。

2.3.1 總等電位聯結

其作用在于降低建筑物內間接接觸電擊和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害。它應通過進線配電箱旁的總等電位聯結端子板將下列導電部分互相連通：PE、PEN干線；電氣裝置接地極的降低干線；建筑物內的水管、煤氣管、采暖和空調管道等金屬管道；條件許可的建筑物金屬構件等導電體。等電位聯結中的金屬管道連接處應可靠地連通導電，通常采取焊接跨接線的方法實現。

2.3.2 輔助等電位聯結

其作用是將兩導電部分用導線直接作等電位聯結，使故障接觸電壓降至接觸電壓限值以下。需做等電位聯結的情況有：電源網絡阻抗過大，使自動切斷電源時間過長，不能滿足防電擊要求；自TN系統同一配電箱供給固定式和移動式兩種電氣設備，而固定式設備保護電器不能滿足移動式設備要求；為滿足浴室、游泳池、醫院手術室等場所對防電擊的特殊要求。

圖1 TN-C系統圖

圖2 TN-S系統

2.3.3 局部等電位聯結

當需在一局部場所內作多個輔助等電位聯結時，可通過局部等電位聯結端子板將下列部分互相連通，以簡便地實現該局部內的多個輔助等電位聯結：PE母線或PE干線；公用設施金屬管道；如果可能，也包括建筑物的金屬結構鋼筋。

2.4 直流接地

電子設備的直流接地有單點接地、多點接地和浮地。單點接地是指整個電路系統中只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指電子設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上。

浮地是指設備地線系統在電氣上與大地相絕緣，以減少由于地電流引起的電磁干擾。智能建筑的接地系統不宜采用浮地，它必須有穩定的參考電位，若浮接則易受電磁場的雜訊干擾，使系統發生誤動作。

直流接地宜采用單點接地，這樣信號接地未構成回路，不易受電磁干擾，并能消除靜電和電場干擾。但當信號頻率很高而接地引線很長時，由于寄生電容的存在，會使各個信號接地的電位產生差異，因此，當信號頻率在10MHz以上時，應采用多點接地。

智能建筑內，包含大量的計算機、通訊設備和帶有電腦的樓宇自動化設備，這些電子設備的輸入信息、傳輸信息和邏輯動作等一系列過程，都是通過微電位或微電流快速進行，且設備之間常需要通過網絡進行工作。

因此為了使其準確性高、穩定性好，除了需要一個穩定的供電電源外，還必須具備一個穩定的基準電位。通常可采用較大截面的絕緣銅芯線作為引線，一端直接與基準電位連接，另一端供電子設備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴禁與N線連接。

2.5 線纜的屏蔽接地

智能建筑中屏蔽電纜的使用量非常大，而屏蔽電纜的屏蔽電磁干擾的效果與屏蔽層的接地方式密切相關。

2.5.1 高頻電路采用多點接地

對于高頻電路，如果屏蔽層（或金屬護套）接地點的長度接近于0.25λ時，屏蔽層就起不到電磁屏蔽的作用，而是一根輻射天線。因此，高頻電路的屏蔽層或金屬護套一定要采用多點接地。如果不能做到每隔0.1λ有一個接地點，至少應把屏蔽層的兩端接地。這樣就可有效防止電纜屏蔽體上出現高電平噪聲電壓。

另外，由于高頻的集膚效應，噪聲電流只在屏蔽層的外表面流動，而信號電流在導體內層流動，相互間的干擾也減至最小。

2.5.2 低頻電路采用單點接地

頻率低于1MHz時，電纜屏蔽層應采用單點接地方式，以防止其他電流流經電纜屏蔽層產生電磁干擾。因此，若采用同軸電纜傳輸信號時，如要通過屏蔽層提供信號回路，可在信號源端將信號源與屏蔽層相連接地。

也可以將屏蔽電纜穿入金屬管內或采用雙層屏蔽電纜，將金屬管或電纜外屏蔽層在兩端接地，而金屬管內的電纜屏蔽層或屏蔽電纜的內屏蔽層一端接地。

3.結語

智能化樓宇的供電接地系統宜采用TN－S系統，按規范宜采用一個總的共同接地裝置，即統一接地體。統一接地體為接地電位基準點，由此分別引出各種功能接地引線，利用總等電位和輔助等電位的方式組成一個完整的統一接地系統。

[1]陳德鑫.論智能建筑的電氣保護與接地[J].中國新技術新產品,2010(05).

[2]黃才光.智能建筑電氣接地技術探析[J].智能建筑與城市信息,2011(11).