張震

（廈門古龍房地產(chǎn)有限公司，福建 廈門 361000）

概述

接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用。同時(shí)，接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段，當(dāng)某種原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設(shè)備外殼碰觸時(shí)，設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn)電壓產(chǎn)生，由此生成的故障電流就會(huì)流經(jīng)PE線到大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用，同時(shí)，接地也是保護(hù)人身安全的一種有效手段。而智能建筑是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)與建筑技術(shù)密切結(jié)合的結(jié)晶。建筑物內(nèi)大量信息的輸入、處理、傳輸?shù)纫幌盗羞^程都是通過微電位或微電流快速進(jìn)行，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；另一方面隨著電子技術(shù)日益向高頻率、寬頻帶、高集成度、高可靠性和高精度方向發(fā)展，電磁干擾日益嚴(yán)重，解決電磁兼容的問題刻不容緩。因而在智能建筑中，接地技術(shù)不僅是保護(hù)設(shè)備和人身安全的必要手段，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作、抑制電磁干擾、保證系統(tǒng)電磁兼容性的重要技術(shù)措施。接地工程設(shè)計(jì)是智能建筑工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。

一、低壓配電系統(tǒng)的接地方式

(1)TT系統(tǒng)。用電設(shè)備采用單獨(dú)的接地極接地，與電源的接地極無電氣上的聯(lián)系。正常運(yùn)行時(shí)，具有較好的安全性并可以提供基準(zhǔn)接地電位，因而適用于由低壓公共電網(wǎng)供電及對接地要求高的精密電子設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備的場所。這種系統(tǒng)的不安全因素主要是保護(hù)接地靈敏度低，若接地故障電流不足以保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，將導(dǎo)致電氣設(shè)備的金屬外殼帶有危險(xiǎn)電位。因而若將TT系統(tǒng)用于智能建筑中，需采用大容量的漏電電流保護(hù)裝置及過電流保護(hù)裝置。

(2)TN-C系統(tǒng)。系統(tǒng)的中性線(N線)與保護(hù)線(PE線)是合一的，通稱PEN線，所有外露的可導(dǎo)電部分均與PEN線相連。該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、接地故障靈敏度高，適合于三相負(fù)荷較平衡、單相負(fù)荷容量較小的場所。若三相負(fù)荷不平衡及線路中有較大的高次諧波電流時(shí)，PEN線上有不平衡、不穩(wěn)定電流流過，不但會(huì)使用電設(shè)備的金屬外殼帶電，且無法提供一個(gè)穩(wěn)定的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，因而影響敏感的電子設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備的正常工作。故TN-C系統(tǒng)不適合作為智能建筑的接地系統(tǒng)。(3)TN-S系統(tǒng)。中性線(N線)與保護(hù)線(PE線)是分開的。用電設(shè)備正常工作時(shí)，PE線上無電流通過，安全性高、電磁干擾低、可以提供可靠的基準(zhǔn)電位。因此TN-S系統(tǒng)可以用作智能建筑的接地系統(tǒng)。

(4)TN-C～S系統(tǒng)。系統(tǒng)中前一部分是TN-C系統(tǒng)，而在進(jìn)入用戶配電箱后，則為TN-S系統(tǒng)。因此TN-C-S系統(tǒng)亦可作為智能建筑的接地系統(tǒng)。

(5)IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是三相三線式接地系統(tǒng)，無中性線（N線)，因此不適用于有大量單相負(fù)荷的智能化建筑中。

二、共用接地系統(tǒng)

一棟智能建筑物中通常有交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷接地、屏蔽接地等。將各類接地統(tǒng)一共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定，這種接地稱為共用接地系統(tǒng)。將上述各類接地各自按需要單獨(dú)設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻值根據(jù)各自要求確定，稱為獨(dú)立接地系統(tǒng)。

為了避免安全接地系統(tǒng)對信號接地系統(tǒng)的干擾，似乎可以將兩類接地特別是雷電流接地系統(tǒng)與信號接地系統(tǒng)分開設(shè)置。但是，理論和實(shí)踐證明。在利用建筑物鋼筋結(jié)構(gòu)作為雷電流引下線和電位均衡線以及利用鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體的建筑物中，很難甚至不可能做到將各類接地系統(tǒng)在電路上的絕對分開，即使勉強(qiáng)將電路分開，但由于電容和電感耦合以及隨機(jī)的和無法控制的連接而產(chǎn)生的電導(dǎo)耦合，反而對工作系統(tǒng)上的設(shè)備的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重干擾。因此，由于上述原因，現(xiàn)今國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均推薦使用共用接地系統(tǒng)。

(1)安全絕緣距離無法保證

雷擊建筑物接閃裝置，雷電流沿接地的鋼筋下泄到地中接地網(wǎng)，鋼筋a點(diǎn)的電位會(huì)當(dāng)高，如圖1所示。

a點(diǎn)和設(shè)備b點(diǎn)的電位差為：

圖1 計(jì)算參用圖

Uab：鋼筋a點(diǎn)和設(shè)備b點(diǎn)之間電位差；Ia：流過鋼筋的電流；ich：流過雷電接地網(wǎng)電流；Ra：鋼筋電阻；Rch：雷電接地網(wǎng)沖擊電阻；La：鋼筋自感；Mab：鋼筋和設(shè)備線路之間互感。從(1-1)式中可以看出：設(shè)備的線路緊貼鋼筋敷設(shè)，即使是在理想耦合的情況下 (La一Mab)，ab兩點(diǎn)問電位差為：

當(dāng)Rch=10Ω，ich=100KA取空氣平均擊穿強(qiáng)度為600kV／m，ab兩點(diǎn)間的距離至少要保持1.7m以上。顯然，要做到這樣大的空氣絕緣距離，在建筑物內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。如果采用共用接地，當(dāng)設(shè)備的線路仍然緊貼鋼筋敷設(shè)(La≈Mab)時(shí)。則ab兩點(diǎn)間的電位差為：

由于鋼筋的電阻Ra很小，Uab不大，電位得到均衡，問題的解決就容易得多。

(2)無法控制的隨機(jī)連接

即使在接地工程設(shè)計(jì)時(shí)，對各類接地系統(tǒng)做了相互隔離措施，但由于設(shè)備安裝、金屬構(gòu)架和纜線橋架的固定，有金屬護(hù)套的電纜引進(jìn)引出，各類金屬管道的敷設(shè)等，往往無法控制它們與各類接地系統(tǒng)的隨機(jī)連接。一些接地工程原來也是按照接地分開設(shè)計(jì)和施工的，但竣工運(yùn)行后檢查發(fā)現(xiàn)，所有的接地系統(tǒng)實(shí)際上都與建筑物的鋼筋和金屬構(gòu)件連接在一起，成為了一個(gè)接地系統(tǒng)。

(3)地中電場的耦合

雷電流在地下泄散時(shí)，地中電場的分布范圍相當(dāng)大。在這個(gè)范圍內(nèi)其他接地系統(tǒng)或穿過電場的管線，都會(huì)受到雷電流電場的耦合，隨其所在位置的低電位而升高。這些高電位所造成的轉(zhuǎn)移電位，對人身和設(shè)備都是危險(xiǎn)的。

由于受到接地范圍的限制，加之建筑物的基礎(chǔ)鋼筋和地下管線交叉重疊，不可能在地下嚴(yán)格的進(jìn)行絕緣隔離。當(dāng)Rch=10Ω，ich=100kA，地的平均擊穿強(qiáng)度為500kV/m，地下的其他接地網(wǎng)或管線要離雷電接地網(wǎng)2m以上，顯然難以做到。萬一距離不夠而發(fā)生火花放電，其后果會(huì)更加嚴(yán)重。

因此接地工程采用共用接地系統(tǒng)，并以此為接地電位基準(zhǔn)點(diǎn)，分別引出各種功能接地引線，且共用接地系統(tǒng)必須是一個(gè)電位均衡接地系統(tǒng)，以均衡電位消除或減少電位差。由此可極大提高設(shè)備的安全穩(wěn)定工作及加強(qiáng)人身的安全防護(hù)作用。

由于以上原因，一棟智能建筑物應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)。即將建筑物內(nèi)所有相互連接的電氣裝置，接至一個(gè)共用的低電感的網(wǎng)型接地系統(tǒng)上；采用總等電位連接和局部等電位連接，局部信息系統(tǒng)的S型星型結(jié)構(gòu)和M型網(wǎng)型結(jié)構(gòu)等電位連接；并利用建筑鋼筋和基礎(chǔ)接地體做接地裝置，以此組成一個(gè)統(tǒng)一的共用接地系統(tǒng)。

四、線纜的屏蔽接地

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

（1）高頻電路采用多點(diǎn)接地

對于高頻電路，如果屏蔽層（或金屬護(hù)套）接地點(diǎn)的長度接近于0.25λ時(shí)，屏蔽層就期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(hù)套一定要采用多點(diǎn)接地。如果不能做到每隔0.1λ有一個(gè)接地點(diǎn)，至少應(yīng)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(xiàn)高電平噪聲電壓。另外，由于高頻的集膚效應(yīng)，噪聲電流只在屏蔽層外表面流動(dòng)，而信號電流在導(dǎo)體內(nèi)層流動(dòng)，相互間的干擾也減至最小。

（2）低頻電路采用單點(diǎn)接地

頻率低于1HZ時(shí)，電攬屏蔽層應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，以防止其他電流流經(jīng)電攬屏蔽層產(chǎn)生電磁干擾。因此，若采用同軸電纜傳輸信號時(shí)，如要通過屏蔽層提供信號回路，可在信號源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(nèi)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(nèi)的電纜屏蔽層或屏蔽電纜的內(nèi)屏蔽層一端接地。

五、結(jié)束語

通過上述分析，得出智能建筑接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理設(shè)備對電源線路中的諧波成分很敏感，尖峰脈沖波和衰減脈沖波會(huì)嚴(yán)重干擾系統(tǒng)的正常工作。因此對于有大量計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理設(shè)備的智能建筑，要特別重視其供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。供配電設(shè)計(jì)時(shí)接地系統(tǒng)宜采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)。

（2）智能建筑應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)。為了防止零電位或高電位通過建筑物的管線而轉(zhuǎn)移，共用接地系統(tǒng)必須是一個(gè)電位均衡接地系統(tǒng)。

（3）要抑制電磁干擾，提高電磁兼容性，電纜屏蔽層接地方式的正確選擇至關(guān)重要。對于高頻電纜，宜采用雙芯合屏蔽電纜和多點(diǎn)接地方式；低頻電路則應(yīng)單點(diǎn)接地；無論高頻呵呵低頻電路，負(fù)載端不需接地最好不要接地；若在高靜點(diǎn)環(huán)境中，如采用雙層屏蔽電纜，則內(nèi)層屏蔽電纜可在信號源端接地，外層屏蔽電纜可在負(fù)載端接地。

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