鐘偉定 浙江溫州 325000

1.各種接地系統(tǒng)的分析

1.1 TN系統(tǒng)

1.1.1 TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)也被稱之為三相四線系統(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)。

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。第一部分是TN-C系統(tǒng)，第二部分是TN-S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)。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)。

1.2 TT系統(tǒng)

通常稱TT系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來(lái)自公共電網(wǎng)的地方。TT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TT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)。

2.智能建筑接地技術(shù)措施

2.1 交流工作接地

在TN系統(tǒng)中，需把中性線接地，用接地線引至接地體，在滿足熱穩(wěn)定條件下，接地體最好利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋。20世紀(jì)60年代就已經(jīng)利用鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋作為接地裝置，其接地電阻值可達(dá)到規(guī)范要求。一般無(wú)需另外增設(shè)人工接地極。但施工結(jié)束后仍要測(cè)量接地電阻值。

2.2 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。

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)按照第二類或第三類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(wǎng)格，對(duì)于第三類防雷建筑物避雷帶應(yīng)采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于20m×20m或24m×16m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。

2.3 安全保護(hù)接地

通過(guò)等電位聯(lián)結(jié)可使建筑物電氣裝置的各外露導(dǎo)電體與裝置外導(dǎo)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(lián)結(jié)

其作用在于降低建筑物內(nèi)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(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害。它應(yīng)通過(guò)進(jìn)線配電箱旁的總等電位聯(lián)結(jié)端子板將下列導(dǎo)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(nèi)的水管、煤氣管、采暖和空調(diào)管道等金屬管道；條件許可的建筑物金屬構(gòu)件等導(dǎo)電體。等電位聯(lián)結(jié)中的金屬管道連接處應(yīng)可靠地連通導(dǎo)電，通常采取焊接跨接線的方法實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 輔助等電位聯(lián)結(jié)

其作用是將兩導(dǎo)電部分用導(dǎo)線直接作等電位聯(lián)結(jié)，使故障接觸電壓降至接觸電壓限值以下。需做等電位聯(lián)結(jié)的情況有：電源網(wǎng)絡(luò)阻抗過(guò)大，使自動(dòng)切斷電源時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能滿足防電擊要求；自TN系統(tǒng)同一配電箱供給固定式和移動(dòng)式兩種電氣設(shè)備，而固定式設(shè)備保護(hù)電器不能滿足移動(dòng)式設(shè)備要求；為滿足浴室、游泳池、醫(yī)院手術(shù)室等場(chǎng)所對(duì)防電擊的特殊要求。

圖1 TN-C系統(tǒng)圖

圖2 TN-S系統(tǒng)

2.3.3 局部等電位聯(lián)結(jié)

當(dāng)需在一局部場(chǎng)所內(nèi)作多個(gè)輔助等電位聯(lián)結(jié)時(shí)，可通過(guò)局部等電位聯(lián)結(jié)端子板將下列部分互相連通，以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)該局部?jī)?nèi)的多個(gè)輔助等電位聯(lián)結(jié)：PE母線或PE干線；公用設(shè)施金屬管道；如果可能，也包括建筑物的金屬結(jié)構(gòu)鋼筋。

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(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 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(guān)。

2.5.1 高頻電路采用多點(diǎn)接地

對(duì)于高頻電路，如果屏蔽層（或金屬護(hù)套）接地點(diǎn)的長(zhǎng)度接近于0.25λ時(shí)，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(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的外表面流動(dòng)，而信號(hào)電流在導(dǎo)體內(nèi)層流動(dòng)，相互間的干擾也減至最小。

2.5.2 低頻電路采用單點(diǎn)接地

頻率低于1MHz時(shí)，電纜屏蔽層應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，以防止其他電流流經(jīng)電纜屏蔽層產(chǎn)生電磁干擾。因此，若采用同軸電纜傳輸信號(hào)時(shí)，如要通過(guò)屏蔽層提供信號(hào)回路，可在信號(hào)源端將信號(hào)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。

3.結(jié)語(yǔ)

智能化樓宇的供電接地系統(tǒng)宜采用TN－S系統(tǒng)，按規(guī)范宜采用一個(gè)總的共同接地裝置，即統(tǒng)一接地體。統(tǒng)一接地體為接地電位基準(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)完整的統(tǒng)一接地系統(tǒng)。

[1]陳德鑫.論智能建筑的電氣保護(hù)與接地[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(05).

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