智能建筑的電氣保護接地應用研究

劉建林

（湖南機電職業(yè)技術學院，長沙 410151）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展。上個世紀90年代后期，智能化建筑在我國大量出現(xiàn)，并且逐步從大城市蔓延到中小城市。在建筑中接地系統(tǒng)設計占有重要的地位，因為它關系到供電系統(tǒng)的可靠性、安全性。由于電氣接地保護系統(tǒng)的種類不同，所以我們在本文里做了認真的分析，最后得出一種合適的電氣保護系統(tǒng)，并采取相應的電氣保護措施。

1 幾種接地系統(tǒng)的類型和分析

1.1 TN－C系統(tǒng)

圖1 TN－C系統(tǒng)示意圖

TN－C系統(tǒng)屬于三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護接地PE合二為一，通稱為PEN線。該系統(tǒng)對接地故障靈敏度高，且線路經(jīng)濟簡單，但是只適合用于三相負荷較平衡的場所。在智能建筑內，由于單相負荷所占比重較大，實現(xiàn)三相負荷平衡較難，PEN線的不平衡電流加上線路中存在的由于熒光燈、晶閘管（可控硅）等設備引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會在中性線N上疊加，使中性線N電壓波動，由于電流極不穩(wěn)定，造成中性點接地電位不穩(wěn)定漂移。會使設備外殼（與PEN線連接）帶電，對人身安全構成威脅，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。因此TN－C接地系統(tǒng)不適合做智能建筑的接地系統(tǒng)。

1.2 TN－C－S系統(tǒng)

TN－C－S系統(tǒng)由兩部分組成，一是TNC系統(tǒng)，二是TN－S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點。該系統(tǒng)一般用在建筑物的供電由區(qū)域變電所引來的場所，進戶之前采用TN－C系統(tǒng)，進戶處做重復接地，進戶后變成TN－S系統(tǒng)。TN－S系統(tǒng)在中性線N與保護接地線PE在進戶時共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中，中性線N常會帶電，保護接地線PE沒有電的來源。PE線連接的設備外殼及金屬構件在系統(tǒng)正常運行時，始終不會帶電。TN－S接地系統(tǒng)明顯提高了安全性，如果采取接地引線，從接地體一點引出，并且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等措施，那么TN－C－S系統(tǒng)可以作為智能建筑的一種接地系統(tǒng)。如圖2所示：

圖2 TN－C－S系統(tǒng)示意圖

1.3 TN－S系統(tǒng)

TN－S屬于三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。當建筑內設有獨立變配電所時，通常進線采用該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是中性線N與保護接地線PE，除了在變壓器中性點共同接地外，兩線不再有電氣連接。中性線N帶電，PE線不帶電。該系統(tǒng)完全具備安全性和可靠性。如果對于計算機等電子設備沒有特殊的要求時，一般智能建筑都采用這種接地系統(tǒng)。如圖3所示：

圖3 TN－S系統(tǒng)示意圖

1.4 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)一般被稱為三相四線接地系統(tǒng)。常用于來自公共電網(wǎng)的建筑供電。TT系統(tǒng)的特點中性點接地與PE線接地是分開的。系統(tǒng)在正常運行時，不管三相負荷平衡與否，在中性線N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。TT系統(tǒng)類似于TN－S系統(tǒng)，同樣能取得合格的基準接地電位。隨著大容量的漏電保護器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)在智能建筑中的使用也更為廣泛。但是因為公共電網(wǎng)的電源質量不高，不能滿足智能化設備的要求，TT系統(tǒng)因此很少被智能建筑采用。

1.5 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)被稱為是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點不接地或經(jīng)阻抗接地，無中性線N，只有線電壓（380V），無相電壓（220V），保護接地線PE獨立接地。優(yōu)點是：當一相接地時，不會使外殼帶有較大的故障電流，系統(tǒng)可以照常運行。缺點是：不能配出中性線N。不適用于擁有大量單相設備的智能建筑。

智能建筑要求保護接地的設備很多，強、弱電設備以及不帶電的導電設備與構件，都須采用有效地保護接地。采用TN－C系統(tǒng)，將TN－C系統(tǒng)中的N線同時用做接地線；在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線接在一起，再連接到底板；不設置電子設備的直流接地引線，將直流接地直接接到PE線上；干脆把N線、PE線、直流接地線混接在一起。這些做法都不符合接地要求。智能化建筑內，單相用電設備多，單相負荷比重大，三相負荷一般都不平衡，因此在中性線N中帶有隨機電流。此外，由于大量采用熒光燈照明，所產生的三次諧波疊加在N線上，會加大了N線上的電流量，如果將N線接到設備外殼上，會造成電擊或火災；如果在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線連在一起再接到設備外殼上，那么危險更大，凡是接到PE線上的設備，外殼均帶電，會擴大電擊；若將N線、PE線、直流接地線均接在一起，除了會發(fā)生以上危險外，電子設備會受到干擾導致無法工作。所以智能建筑內應設置電子設備的直流接地、交流工作接地、安全保護接地，及防雷保護接地。由于建筑內大多設有具有防靜電要求的程控交換機房、計算機房、消防及火災報警監(jiān)控室，和大量易受電磁波干擾的精密電子儀器設備，還要考慮到防靜電接地以及屏蔽接地的要求。

2 智能建筑電氣保護接地的措施

2.1 防雷接地

防雷接地作用是雷電流迅速導入大地，以防止雷害。智能建筑內有大量的電子設備與布線系統(tǒng)，這些電子設備及布線系統(tǒng)通常都屬于耐壓等級低，防干擾要求高，最怕受到雷擊的部分。無論是直擊、串擊、反擊都容易使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。所以對智能建筑的防雷接地設計必須要嚴密、可靠。所有功能接地，必須要以防雷接地系統(tǒng)為基礎，建立嚴密、完整的防雷結構。

智能建筑基本上屬于一級負荷，要按一級防雷建筑物的保護措施設計。接閃器采用針帶組合接閃器；避雷帶采用φ10鍍鋅圓鋼在屋頂組成≤10m×10m的網(wǎng)格，該網(wǎng)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，引下線利用柱頭中鋼筋、圈梁鋼筋、樓層鋼筋與防雷系統(tǒng)連接；外墻面所有金屬構件也應與防

雷系統(tǒng)連接，柱頭鋼筋與接地體連接，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，而且還能防止外來的電磁干擾。如果防雷裝置與電氣設備的工作接地合用一個總的接地網(wǎng)時，接地電阻應符合其最小值要求。

2.2 交流工作接地

將電力系統(tǒng)中的某一點，直接或經(jīng)特殊設備與大地作金屬連接，被稱為工作接地。工作接地主要是變壓器中性點或中性線（N線）接地。N線必須用銅芯絕緣線，在配電中存在輔助等電位接線端子，等電位接線端子在箱柜內。該接線端子絕對不能外露；絕對不能與其它接地系統(tǒng)相混接；絕對不能與PE線連接。在高壓系統(tǒng)里，采用中性點接地方式可使繼電保護準確動作，同時消除單相電弧接地過電壓。中性點接地可以防止零序電壓偏移，保持三相電壓基本平衡，方便使用單相電源。

2.3 安全保護接地

安全保護接地是將電氣設備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬相連接。將用電設備以及設備附近的一些金屬構件，用PE線連接起來，但是嚴禁將PE線與N線連接。在中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，接地短路電流經(jīng)人身、大地流回中性點；在中性點非直接接地的電力系統(tǒng)中，接地電流經(jīng)人體流入大地，并經(jīng)線路對地電容構成通路，都能造成人身觸電。如果裝有接地裝置的電氣設備的絕緣損壞使外殼帶電時，接地短路電流將同時沿著接地體和人體兩條通路流過。在一個并聯(lián)電路中，通過每條支路的電流值與電阻的大小成反比，接地電阻越小，流經(jīng)人體的電流越小。通常人體電阻要比接地電阻大數(shù)百倍，經(jīng)過人體的電流也比流過接地體的電流小數(shù)百倍。當接地電阻極小時，流過人體的電流幾乎等于零。實際上，由于接地電阻很小，接地短路電流流過時所產生的壓降很小，所以設備外殼對大地的電壓是不高的。人站在大地上去碰觸設備的外殼時，人體所承受的電壓很低，不會有危險。加裝保護接地裝置并且降低它的接地電阻，不僅是智能建筑電氣系統(tǒng)安全、有效運行的有效保障措施，也是設備及人身安全的必要保障手段。

2.4 直流工作接地

在智能建筑內，包含有大量的計算機、通訊設備和帶電腦的大樓自動化設備。這些電子設備在進行信息輸入、信息傳輸、能量轉換、信號放大、邏輯運算、信息輸出等一系列過程中都是通過微電位或微電流快速進行，且設備之間常要通過互聯(lián)網(wǎng)絡進行工作。因此為了使其準確性高、穩(wěn)定性好，除了需有一個穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個穩(wěn)定的基準電位。一般可采用不小于10mm2的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 屏蔽接地與防靜電接地

為了避免設備的機能障礙和設備損壞，構成布線系統(tǒng)的設備應能夠防止內部自身傳導和外來干擾。這些干擾的主要來源是超高電壓，大功率幅射電磁場，自然雷擊和靜電放電。對高傳輸頻率設備產生很大的干擾。所以必須對這些設備及其布線采取保護措施，使其免受來自各方的干擾。屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳方法?？蓪⒃O備外殼與PE線連接；導線的屏蔽接地要求屏蔽管路兩端與PE線可靠連接；室內屏蔽也應多點與PE線可靠連接。防靜電接地是將帶靜電物體或有可能產生靜電的物體通過導靜電體與大地構成電氣回路的接地。在潔凈、干燥的房間內，很容易會產生大量靜電。如在相對濕度10%～20%的環(huán)境中人的走步可以積聚35kV的靜電電壓，沒有良好的接地，不僅會產生對電子設備的干擾，還會擊壞設備芯片。

對以上各種電氣保護接地，其接地裝置的接地電阻越小越好，獨立的防雷保護接地電阻應≤10Ω；獨立的安全保護接地電阻應≤4Ω；獨立的交流工作接地電阻應≤4Ω；獨立的直流工作接地電阻應≤4Ω；防靜電接地電阻一般要求≤ 100Ω。

3 結論

在智能建筑供配電設計中，接地系統(tǒng)占有重要的地位，由于3A智能化建筑的發(fā)展前景廣闊，所以在智能建筑中宜選用TN-S系統(tǒng)，即集防雷接地、交直流工作接地、電氣設備安全保護接地、屏蔽接地與防靜電接地于一體的統(tǒng)一接地系統(tǒng)。（在有些工程中，有時也會采用TN-C-S系統(tǒng)）才能保證供電系統(tǒng)的可靠性。發(fā)揮智能建筑的作用。參考文獻：

[1] 劉國林.綜合布線系統(tǒng)工程設計(修訂版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

[2] 鐘聯(lián)昌.等電位聯(lián)結在保護接地和防雷接地系統(tǒng)中的應用[J].甘肅水利水電技術,2009,(05).

[3] 馬新宇,夏興華,丁君德,彭宇,李欣.智能建筑接地系統(tǒng)[J].中國商界(上半月),2010,(05)

[4] 王遠鵬.低壓斷路器的選擇安裝與維護[J].山西建筑,2004,(04).

[5] 陳君城.智能化建筑物的電氣保護形式與接地措施[J].糧食流通技術,2009,(04).