張繼芳,徐淑媛

(1.河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校電氣工程系,河北滄州 061001;2.樂(lè)亭縣電力局,河北樂(lè)亭 063600)

智能建筑的供電接地系統(tǒng)分析

張繼芳1,徐淑媛2

(1.河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校電氣工程系,河北滄州 061001;2.樂(lè)亭縣電力局,河北樂(lè)亭 063600)

智能建筑中電氣設(shè)備的安全運(yùn)行離不開(kāi)接地系統(tǒng)的可靠性,針對(duì)智能建筑的用電特點(diǎn),對(duì)智能建筑的供電接地系統(tǒng)應(yīng)采取的各類(lèi)接地措施作了較為詳盡的說(shuō)明與分析,并對(duì)智能建筑應(yīng)采取的接地方法提出了適當(dāng)?shù)慕ㄗh。

智能建筑;TN-S;接地保護(hù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),智能建筑如雨后春筍般大量涌現(xiàn)。智能建筑在工作、生活方面給人們帶來(lái)了便利,這種便利是以供電系統(tǒng)的安全性、可靠性為基礎(chǔ)的。接地系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)及施工是保證供電系統(tǒng)安全可靠的一個(gè)重要方面,根據(jù)保護(hù)接地形式的不同,接地系統(tǒng)分為T(mén)N系統(tǒng),T T系統(tǒng)和IT系統(tǒng),三種系統(tǒng)各有各的特點(diǎn),下面就哪種系統(tǒng)適用于智能建筑進(jìn)行分析。

1 幾種接地系統(tǒng)及分析

1.1 TN系統(tǒng)

1.1.1 TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)也被稱(chēng)之為三相四線系統(tǒng)(如圖1所示),該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地線PE合二為一,通稱(chēng)PEN線。這種接地系統(tǒng)雖對(duì)接地故障靈敏度高,線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單,但它只適合用于三相負(fù)荷較平衡的場(chǎng)所。智能建筑中,除了部分風(fēng)機(jī)等負(fù)荷為三相負(fù)荷外,其余設(shè)備一般均為單相負(fù)荷,在實(shí)際運(yùn)行中難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡,因此在PEN線中存在著不平衡電流;加上建筑內(nèi)大量采用熒光燈、晶閘管等設(shè)備,導(dǎo)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(huì)在中性線N上疊加,使中性線N電壓波動(dòng),且電流時(shí)大時(shí)小極不穩(wěn)定,造成中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移。不但會(huì)使設(shè)備外殼帶電,對(duì)人身造成不安全,而且也無(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。由此可見(jiàn)TN-C系統(tǒng)不適合作為智能建筑的接地系統(tǒng)。

圖1 TN-C系統(tǒng)

圖2 TN-S系統(tǒng)

1.1.2 TN-S系統(tǒng)

TN-S是一個(gè)三相五線的接地系統(tǒng)(如圖2所示)。通常建筑物內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)進(jìn)線采用該系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)是,中性線N與保護(hù)接地線PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外,兩線不再有任何的電氣連接。正常運(yùn)行時(shí),中性線N是帶電的,而PE線不帶電。該接地系統(tǒng)完全具備安全和可靠的基準(zhǔn)電位。因此TN-S系統(tǒng)可以用作智能建筑物的接地系統(tǒng)。如果計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備沒(méi)有特殊的要求時(shí),一般都采用這種接地系統(tǒng)。

1.1.3 TN-C-S系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)實(shí)際是由以上兩種接地系統(tǒng)組成(如圖3所示)。第一部分是TN-C系統(tǒng),第二部分是TNS系統(tǒng),兩者的分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)處,N線與PE線分開(kāi)后即不允許再合并。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(hù)之前采用TN-C系統(tǒng),進(jìn)戶(hù)處做重復(fù)接地,進(jìn)戶(hù)后變成TN-S系統(tǒng)。只要我們采取接地引線各自都從接地體一點(diǎn)引出,及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),那么TN-C-S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的一種接地系統(tǒng)。

圖3 TN-C-S系統(tǒng)

圖4 TT系統(tǒng)

1.2 TT系統(tǒng)

通常稱(chēng)T T系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)(如圖4所示)。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來(lái)自公共電網(wǎng)的地方。T T系統(tǒng)的特點(diǎn)是中性線N與保護(hù)接地線PE無(wú)電氣連接,即中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開(kāi)的。該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),不管三相負(fù)荷平衡不平衡,在中性線N線帶電情況下,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。正常運(yùn)行時(shí)的TT系統(tǒng)類(lèi)似于TN-S系統(tǒng),也能獲得人與物的安全性和取得合格的基準(zhǔn)接地電位。配以大容量的漏電保護(hù)器,該系統(tǒng)也可以作為智能建筑的接地系統(tǒng),但是從實(shí)際情況來(lái)看,由于智能建筑中用電設(shè)備非常多,設(shè)備均獨(dú)立接地實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難,所以T T系統(tǒng)很少被智能建筑所采用。

1.3 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)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)高阻抗接地,無(wú)中性線N,只有線電壓,無(wú)相電壓,保護(hù)接地線PE各自獨(dú)立接地。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),不會(huì)使外殼帶有較大的故障電流,可以不切斷故障線路,系統(tǒng)照常運(yùn)行。缺點(diǎn)是不能配出中性線N。因此它是不適用于擁有大量單相設(shè)備的智能建筑的。

經(jīng)過(guò)以上分析,并結(jié)合工程實(shí)際,在實(shí)際工程中接地系統(tǒng)多采用TN-S系統(tǒng),有時(shí)也會(huì)采用TN-C-S系統(tǒng)。

圖5 IT系統(tǒng)

2 智能建筑應(yīng)采取的接地措施

2.1 防雷接地

為把雷電流迅速導(dǎo)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(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng),如通信自動(dòng)化系統(tǒng),火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng),樓宇自動(dòng)化系統(tǒng),保安監(jiān)控系統(tǒng),辦公自動(dòng)化系統(tǒng),閉路電視系統(tǒng)等,以及他們相應(yīng)的布線系統(tǒng)。建筑的各層頂板,底板,側(cè)墻,吊頂內(nèi)幾乎被各種布線布滿(mǎn)。這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級(jí)低,防干擾要求高,最怕受到雷擊的部分,一旦受到雷擊會(huì)使電子設(shè)備受到不同程度的損壞或嚴(yán)重干擾。因此對(duì)智能建筑的防雷接地設(shè)計(jì)必須嚴(yán)密、可靠。智能建筑的所有功能接地,必須以防雷接地系統(tǒng)為基礎(chǔ),并建立嚴(yán)密、完整的防雷結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)情況下智能建筑應(yīng)按照第二類(lèi)或第三類(lèi)防雷建筑物的防雷措施設(shè)計(jì)。接閃器采用針、帶或兩種組合而成的接閃器,對(duì)于第二類(lèi)防雷建筑物避雷帶采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的網(wǎng)格,對(duì)于第三類(lèi)防雷建筑物避雷帶應(yīng)采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于20 m×20 m或24 m×16 m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,引下線利用柱子鋼筋、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(nèi)設(shè)備,而目還能防止外來(lái)的電磁干擾。

2.2 交流工作接地

工作接地主要指的是變壓器中性點(diǎn)或中性線接地。N線必須用銅芯絕緣線。在配電系統(tǒng)中要設(shè)置輔助等電位接線端子。等電位接線端子一般均在箱柜內(nèi),該接線端子不能外露,不能與其他接地系統(tǒng)如直流接地、屏蔽接地、防靜電接地等混接。在高壓系統(tǒng)中,采用中性點(diǎn)接地方式可使接地繼電保護(hù)準(zhǔn)確動(dòng)作并消除單相電弧接地過(guò)電壓。在低壓系統(tǒng)中,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,這對(duì)于低壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必須的,并且可以方便使用單相電源。

2.3 保護(hù)接地

保護(hù)接地就是將設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬外殼(或構(gòu)架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。即將建筑內(nèi)的用電設(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),但嚴(yán)禁將PE線與N線連接。如果不作保護(hù)接地,當(dāng)電氣設(shè)備絕緣破損,產(chǎn)生漏電而使金屬外殼帶電時(shí),容易引發(fā)觸電事故。實(shí)行保護(hù)接地后,設(shè)備的金屬外殼和大地已有良好的連接,如果發(fā)生漏電,只要接地電阻符合規(guī)定的要求,接地就能成為保障人身安全,防止觸電事故發(fā)生的有效措施。

2.4 直流接地

電子設(shè)備的直流接地有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和浮地。單點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統(tǒng)中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指電子設(shè)備中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上。浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)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(tǒng)不宜采用浮地,它必須有穩(wěn)定的參考電位,若浮接則易受電磁場(chǎng)的雜訊干擾,使系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。

直流接地宜采用單點(diǎn)接地,這樣信號(hào)接地未構(gòu)成回路,不易受電磁干擾,并能消除靜電和電場(chǎng)干擾。但當(dāng)信號(hào)頻率很高而接地引線很長(zhǎng)時(shí),由于寄生電容的存在,會(huì)使各個(gè)信號(hào)接地的電位產(chǎn)生差異,因此,當(dāng)信號(hào)頻率在10MHz以上時(shí),應(yīng)采用多點(diǎn)接地。智能建筑內(nèi),包含大量的計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備和帶有電腦的樓宇自動(dòng)化設(shè)備,這些電子設(shè)備的輸入信息、傳輸信息和邏輯動(dòng)作等一系列過(guò)程,都是通過(guò)微電位或微電流快速進(jìn)行,且設(shè)備之間常需要通過(guò)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,除了需要一個(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。通?？刹捎幂^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

在智能建筑內(nèi),電磁兼容設(shè)計(jì)是非常重要的。構(gòu)成布線系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來(lái)的干擾。這些干擾的產(chǎn)生或者是因?yàn)閷?dǎo)線之間的耦合現(xiàn)象,或者是因?yàn)殡娙菪?yīng)或電感效應(yīng)。其主要來(lái)源是超高電壓,大功率輻射電磁場(chǎng),自然雷擊和靜電放電。這些現(xiàn)象會(huì)對(duì)用來(lái)發(fā)送或接收很高傳輸頻率的設(shè)備產(chǎn)生很大的干擾,因此對(duì)這些設(shè)備及其布線必須采取保護(hù)措施,使之免受來(lái)自各方面的干擾。屏蔽接地是防止電磁干擾很有效的保護(hù)方法?？蓪⒃O(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。防靜電干擾也很重要。在潔凈、干燥的房間內(nèi),人的走步、設(shè)備的移動(dòng)導(dǎo)致的磨擦均會(huì)產(chǎn)生大量靜電。例如在相對(duì)濕度10%～20%的環(huán)境中人的走步可以積聚3.5萬(wàn)V的靜電電壓,如果沒(méi)有良好的接地,不僅會(huì)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾,甚至?xí)⒃O(shè)備芯片擊壞。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)成電氣回路的接地叫防靜電接地。防靜電接地要求在潔凈干燥環(huán)境中,所有設(shè)備外殼及室內(nèi)(包括地坪)設(shè)施必須均與PE線多點(diǎn)可靠連接。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,為了保證智能建筑中電氣設(shè)備的安全可靠運(yùn)行,智能建筑的供電接地系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)。同時(shí)為了施工方便及節(jié)約投資,根據(jù)規(guī)范宜采用一個(gè)總的共同接地裝置,即綜合接地體,把綜合接地體作為接地電位基準(zhǔn)點(diǎn),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(gè)完整的綜合接地系統(tǒng),為智能建筑安全運(yùn)行提供可靠的保障。

[1] GB 50057-1994,建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 李俊杰.現(xiàn)代樓宇的接地保護(hù)設(shè)計(jì)[J].河北煤炭,2006,(6):33-34.

[3] 吳丹.智能樓宇的電氣接地探討[J].浙江建筑,2005,(3):60-62.

(責(zé)任編輯:馬香普)

Analysis of Power Supply Grounding System in Intelligent Building

ZHANG Ji-fang1,XU Shu-yuan2

(1.Department of Electrical Engineering,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou061001,China; 2.Leting Power Bureau,Leting 063600,China)

The safe operation of electrical equipment intelligent building can not be separated from the reliability of grounding system.According to the character of the power consumption of intelligent building,the grounding measures adopted in the power supply grounding system of the intelligent building are introduced and analyzed in details,and some suggestions on grounding methods are put forward.

intelligent building;TN-S;ground protection

T U855

A

1008-3782(2010)01-0052-04

2010-01-26

張繼芳(1981-),女,河北滄州市人,碩士研究生,河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校電氣工程系講師。