淺析智能建筑信息技術(shù)設(shè)備的電氣安全

郭鵬 鄒永和

（中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津 300451）

智能建筑是信息時(shí)代的產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在逐步提高。世界第一幢智能大廈于1984年在美國(guó)哈特福德（Hartford）市建成，中國(guó)的智能建筑于上世紀(jì)90年代起步，但迅猛的發(fā)展勢(shì)頭令世人矚目。智能建筑之所以智能，是由于它將建筑物內(nèi)不同功能的智能化子系統(tǒng)，如通訊自動(dòng)化系統(tǒng)、大樓設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)以及電梯控制系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、消防及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、衛(wèi)星電視等系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上連接在一起，以實(shí)現(xiàn)信息綜合、資源共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控。這些子系統(tǒng)包含了大量的ITE，智能建筑配電設(shè)計(jì)的重要任務(wù)之一是為各種ITE提供合理的接地和等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、良好的電能質(zhì)量及電磁兼容環(huán)境，確保通信設(shè)備、服務(wù)器、儲(chǔ)存器、計(jì)算機(jī)等ITE安全、可靠地工作。

1 智能建筑接地系統(tǒng)的確定

在TN-C接地系統(tǒng)中，N線和保護(hù)地線（PE線）合二為一稱PEN線，TN-C系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的三相不平衡電流（50Hz）和諧波電流（150 Hz或以上）在PEN線上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致PEN線上各點(diǎn)的電位是不同的，使得系統(tǒng)內(nèi)敏感的ITE地電位的不均等而不能正常工作，故在智能建筑中不能采用TN-C接地系統(tǒng)。TN-S接地系統(tǒng)的N線和PE線完全分開，TNC-S接地系統(tǒng)的N線和PE線在電源入戶重復(fù)接地后也完全分開，TN-S與TN-C-S接地系統(tǒng)正常工況狀態(tài)下與連接設(shè)備外殼和大地的PE線無電流通過，因此在設(shè)有變電所的智能建筑中的配電系統(tǒng)宜采用TN-S接地系統(tǒng)；在沒有變電所的智能建筑中的配電系統(tǒng)宜采用TN-C-S接地系統(tǒng)（N線和PE線在電源入戶重復(fù)接地后完全分開）。

2 智能建筑的幾種接地措施

建筑的接地措施有很多種，例如工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、防靜電接地等。針對(duì)智能建筑中的ITE有兩個(gè)接地：一個(gè)是為保證人身安全，其金屬外殼需接PE線作保護(hù)接地；另一個(gè)是信息技術(shù)系統(tǒng)的高頻信號(hào)接地，它要求高頻條件下的接地阻抗小，以獲得ITE間均衡穩(wěn)定的參考電位。由于與大地連接的接地系統(tǒng)的高頻阻抗太大，故信號(hào)接地應(yīng)取自等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，在等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)中可方便地采取一些措施減少聯(lián)結(jié)線的高頻阻抗，并利用眾多聯(lián)結(jié)部分的并聯(lián)通路，進(jìn)一步降低高頻阻抗，從而最大限度的實(shí)現(xiàn)了ITE接地系統(tǒng)中地電位的均等。ITE的聯(lián)結(jié)線應(yīng)具有足夠的截面積和表面積，前者可減少其電阻分量，后者可減少高頻集膚效應(yīng)，從而減少高頻電抗分量。此外，聯(lián)結(jié)線的走向應(yīng)盡量短且直，以降低其電感；連接質(zhì)量應(yīng)保證良好，以降低接觸電阻。以上措施從最大限度地實(shí)現(xiàn)了ITE接地系統(tǒng)中的地電位的均等，避免了打低阻接地網(wǎng)的麻煩。

3 智能建筑低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)

智能建筑通常是多電源系統(tǒng)，即系統(tǒng)中有變壓器、發(fā)電機(jī)和UPS三種電源設(shè)備，各類電源的數(shù)目也不盡相同，情況十分復(fù)雜，如果處理不好各電源的接地及電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的極數(shù)，則極易產(chǎn)生雜散電流，產(chǎn)生一些不良后果，例如雜散電流的通路形成一個(gè)大包繞環(huán)，雜散電流在包繞環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)講可能對(duì)包繞環(huán)內(nèi)的敏感ITE產(chǎn)生干擾。那么如何避免雜散電流的產(chǎn)生呢，由于每個(gè)智能建筑的具體情況不同，所以處理的方法也不能一概而論。首先，應(yīng)確定此建筑的接地系統(tǒng)形式：例如IT系統(tǒng)沒有中性線，故只能使用3極開關(guān)；其次，在TNS及TN-C-S接地系統(tǒng)的智能建筑中，我們應(yīng)該就具體案例具體分析其中性線上有無傳導(dǎo)返回電源的雜散電流的并聯(lián)通路，是否同為電源端帶電導(dǎo)體直接接地的接地系統(tǒng)等不同的條件而確定采用三極或四極開關(guān)。

智能建筑中往往使用大量的整流裝置、變頻器、日光燈、節(jié)能燈等非線性負(fù)載，智能建筑配電系統(tǒng)的中性線上除了三相不平衡電流外，還疊加了3次諧波和3倍頻次諧波電流。如果配電系統(tǒng)允許總諧波電流失真THDi=5%的話，以容量為1600kVA，額定電流為In=2304 A的變壓器為例，則在中性線上會(huì)出現(xiàn)約3× 2304×5%=354.6A的3次諧波電流，為避免中性線（簡(jiǎn)稱N線）電流過載，要求選擇N線截面至少應(yīng)等于相線的截面。

此外，在智能建筑低壓配電系統(tǒng)中的電氣保護(hù)開關(guān)等設(shè)備的正確選用、相互配合的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，本文不做過多的討論。

4 智能建筑ITE抗干擾的措施

智能建筑中使用的電氣設(shè)備應(yīng)滿足一定的電磁兼容要求，每個(gè)電氣設(shè)備都應(yīng)盡量減少其工作時(shí)對(duì)其他電氣設(shè)備的干擾，同時(shí)其本身也應(yīng)具備一定的抗干擾能力，以使包括ITE在內(nèi)的所有電氣設(shè)備能夠正常的運(yùn)行。此外，在裝有敏感ITE的環(huán)境內(nèi)，還應(yīng)考慮以下一些措施，以防止電壓擾動(dòng)產(chǎn)生的干擾：

4.1 ITE位置應(yīng)遠(yuǎn)離場(chǎng)強(qiáng)大的電氣設(shè)備。場(chǎng)強(qiáng)大的空間電磁場(chǎng)將直接干擾ITE的正常工作，如配電變壓器、大功率電動(dòng)機(jī)、大電流配電干線等。

4.2 ITE的布線應(yīng)避免其電源線對(duì)信號(hào)線的干擾。電源線與信號(hào)線靠近時(shí)，應(yīng)為信號(hào)線加屏蔽，并在兩端接地；兩者交叉時(shí)，應(yīng)做直角交叉，以減少電磁場(chǎng)的感應(yīng)。

4.3 ITE和干擾源設(shè)備應(yīng)分開電源回路供電。有些電氣設(shè)備在啟動(dòng)和通電時(shí)會(huì)引起電壓擾動(dòng)，這些電壓擾動(dòng)會(huì)通過電源線路的阻抗耦合干擾ITE的正常工作，應(yīng)將這些干擾源設(shè)備與ITE分開電源線路供電，如果能分開配電變壓器供電更為理想。

4.4 應(yīng)限制單相末端回路信息技術(shù)設(shè)備的臺(tái)數(shù)。由于ITE具有較大的對(duì)地電容泄漏電流，若單相末端回路ITE的臺(tái)數(shù)過多，泄流過大，超過線路漏電保護(hù)器的動(dòng)作電流時(shí)，將導(dǎo)致漏電保護(hù)器的誤動(dòng)作。

4.5 ITE的保護(hù)開關(guān)應(yīng)有延遲功能。ITE電源回路應(yīng)盡量避免瞬態(tài)故障引起的不必要的電源切斷。

4.6 ITE的電源線和信號(hào)線應(yīng)遠(yuǎn)離建筑物防雷裝置引下線，否則應(yīng)設(shè)置屏蔽保護(hù)。

4.7 ITE的信號(hào)線宜采用屏蔽電纜或穿鋼管保護(hù)或采用雙絞線。這些屏蔽保護(hù)或線形的結(jié)構(gòu)可以消除或減小電磁干擾的影響，另外屏蔽層或鋼管應(yīng)做接地。

5 電能凈化裝置的應(yīng)用

以上措施可以在一定程度上消除或減少電能質(zhì)量問題對(duì)ITE的干擾，在很多情況下還需要使用電能質(zhì)量?jī)艋O(shè)備來進(jìn)一步提高電能質(zhì)量，例如：

5.1 調(diào)壓器：由于公用電網(wǎng)和電氣裝置本身負(fù)載的變化，電氣設(shè)備處會(huì)發(fā)生持續(xù)的工頻過電壓或欠電壓，這類電壓擾動(dòng)可采用調(diào)壓器來消除。

5.2 濾波器：濾波器用以消除或減少電源線路中的諧波成分，使得信息技術(shù)設(shè)備和其他電氣設(shè)備免受危害。

5.3 電涌抑制器：可以保護(hù)電氣設(shè)備免受瞬態(tài)涌壓的危害，也可減少瞬態(tài)涌壓對(duì)ITE的干擾，其中包括電氣裝置內(nèi)大功率電氣設(shè)備投切時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)涌壓。

5.4 雙繞組變壓器：這種變比為1∶1的雙繞組變壓器可以在二次側(cè)產(chǎn)生一個(gè)新的電源系統(tǒng)，從而將諸如過大的PE線電流、過大的共模電壓等電能質(zhì)量問題隔離。

5.5 UPS：即不間斷電源，在我國(guó)有廣泛的使用，它將交流電整流為直流給蓄電池儲(chǔ)能，同時(shí)將直流逆變?yōu)榻涣麟姙镮TE供電。由于電能的轉(zhuǎn)換，電源側(cè)的電壓擾動(dòng)被隔離。它還可以實(shí)現(xiàn)供電的不間斷或短暫間斷。

結(jié)語(yǔ)

智能建筑ITE的電氣保護(hù)極為重要，本文從接地系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、抗干擾、電源凈化等方面討論了智能建筑幾種重要的電氣保護(hù)措施，可以為智能建筑中ITE的安全可靠運(yùn)行帶來幫助。

[1]《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)航天工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編.第三版[M].中國(guó)電力出版社.

[2]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].中國(guó)電力出版社.

[3][S].GB/T 50314-2006，智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

[4]宋建鋒.綜合布線工程實(shí)用設(shè)計(jì)施工手[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[5]百度百科-智能建筑[OL].