關(guān)于建筑物接地技術(shù)的討論

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(中鐵城建集團(tuán) 第一工程有限公司，山西 太原 030024)

引言

隨著現(xiàn)代智能化建筑的廣泛興起，接地技術(shù)逐漸引起人們的高度重視，已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并賦予了其很多新的概念，現(xiàn)在已經(jīng)成為一門綜合性的學(xué)科。盡管如此，很多群體建筑由于設(shè)計(jì)、施工招標(biāo)分段過多，沒有通盤考慮接地問題的“通盤手”，以至于在建筑、電力、通信及設(shè)備安全方面出現(xiàn)了設(shè)計(jì)空白，造成不同專業(yè)之間、不同單體之間不能相互銜接，致使安全接地出現(xiàn)漏洞。

建筑物的功能、設(shè)備不同，其接地系統(tǒng)也不同。接地系統(tǒng)在建筑物供配電及設(shè)備安全方面占有重要的地位，對現(xiàn)代建筑從業(yè)人員也提出了更高、更精的技術(shù)要求。

1 接地的概念

1.1 接地與接地系統(tǒng)

接地簡單來講就是電氣回路或設(shè)備與大地之間的連接，是一個電流的回歸路徑。接地系統(tǒng)狹義地講就是接地裝置，是接地體與接地線的總和。任何電氣回路或設(shè)備的接地最終都要納入接地系統(tǒng)中。

事實(shí)上，一棟大樓從破土動工建設(shè)開始，就已經(jīng)開始做接地了。接地體與接地干線的敷設(shè)是各種接地系統(tǒng)的“母體”。

1.2 零線與地線

我國一般采用中性點(diǎn)接地方式供電，即三相交流電力系統(tǒng)中性點(diǎn)N與大地連接，通常稱其為“零線”，也稱N線。地線就是與大地連接的導(dǎo)線。

地線稱為PE線，其對地沒有相對電位，電位差絕對等于零。零線從理論上講應(yīng)該是這樣，但事實(shí)上并非如此。

零線是工作地線，是電流回路的一部分，三相平衡時零線中不產(chǎn)生電流，三相不平衡時零線中會產(chǎn)生電流。地線是用戶端非帶電部分與大地的連接，不構(gòu)成輸電回路，正常情況下是沒有電流的。

1.3 接地保護(hù)與接零保護(hù)

為防止人身觸電事故的發(fā)生，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)采取接地保護(hù)、接零保護(hù)措施。

接地保護(hù)就是將發(fā)生漏電的部位用接地線連接到大地，或采取漏電保護(hù)措施，即限制漏電設(shè)備的對地泄露電流大小，當(dāng)泄露電流超過一定的數(shù)值時自動切斷電源。

接零保護(hù)就是將發(fā)生漏電的部位用接地線連接到工作零線上，促使保護(hù)裝置切斷電源。因零線中存在電流，其可靠性就比較差，最好不采用這種保護(hù)方式。

1.4 接地分類

按照接地作用的不同，可將接地分為：安全接地、防雷接地、工作接地、屏蔽接地、信號接地等5類。

(1)安全接地。也稱保護(hù)接地，是將漏電點(diǎn)與大地連接，發(fā)生漏電事故時不至于發(fā)生危險，常用的有建筑PE線。

(2)防雷接地。當(dāng)建筑物遭受雷擊時，通過避雷網(wǎng)、引下線、接地體將雷擊電流引入大地，確保建筑物、設(shè)備及人身的安全。

(3)工作接地。供電運(yùn)行必須進(jìn)行的接地，如變壓器中性點(diǎn)接地。

(4)屏蔽接地。為防止電磁感應(yīng)而采取的保護(hù)接地。

(5)信號接地。非常特殊的接地，在一般建筑不會出現(xiàn)。

2 供配電接地系統(tǒng)

低壓配電接地系統(tǒng)主要分為IT、TT、TN三大類。

2.1 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)就是三相三線制系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)不接地或通過1 kV阻抗接地，沒有N線，只有線電壓，PE保護(hù)線各自獨(dú)立。該系統(tǒng)單相線接地時，設(shè)備外殼故障電流不大，對供電系統(tǒng)影響不大。該系統(tǒng)相線接地或與設(shè)備金屬外殼相碰，因?yàn)橹行渣c(diǎn)不接地或通過阻抗接地，相線無法通過金屬外殼與電源構(gòu)成回路，不會出現(xiàn)故障電流。

2.2 TT系統(tǒng)

公共電網(wǎng)的配電單位多采用TT系統(tǒng)，N線與PE線均獨(dú)自接地，但嚴(yán)格分開。公共電網(wǎng)的供電電源質(zhì)量不高，很難滿足智能化設(shè)備對高質(zhì)量電源的要求，現(xiàn)多用于農(nóng)村地區(qū)。

TT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，且引出中性線，屬于三相四線制系統(tǒng)。其電氣外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的保護(hù)線(PE)分別直接接地。

2.3 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)分為TN-C、TN-S和TN-C-S等3類。

(1)TN-C系統(tǒng)：即三相四線制系統(tǒng)，該系統(tǒng)N線與PE線合二為一，稱為PEN線，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)直接接地，接地故障靈敏度較高，線路簡單、經(jīng)濟(jì)，對于三相負(fù)荷平衡的場所比較理想。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時，PEN線上的電流會傳到設(shè)備金屬外殼或套管上。另外，通過漏電開關(guān)的零線只能作為工作零線，不能作為保護(hù)零線，一般只適合于三相負(fù)載基本平衡且無220 V負(fù)載的情況。

(2)TN-S系統(tǒng)：即三相五線制系統(tǒng)，該系統(tǒng)N線和PE線接地體可以共用，也可以分設(shè)，共用時僅限于在變壓器中性點(diǎn)位置，除此之外N線與PE線應(yīng)嚴(yán)格分離。N線帶電，PE線從不帶電，明顯提高了人及物的安全性，非常適用于有獨(dú)立變配電所的建筑及智能化建筑。

(3)TN-C-S系統(tǒng)：即四線半制系統(tǒng)，入戶前采用TN-C，入戶后采用TN-S，分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)，即PEN線重復(fù)接地那一點(diǎn)。TN-C-S系統(tǒng)集合了TN-C及TN-S兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，安全、經(jīng)濟(jì)、可靠，多用于供電由區(qū)域變電所引來的建筑物。

TN-C-S系統(tǒng)指電氣設(shè)備的中性線和保護(hù)線一部分合、一部分分開的供電系統(tǒng)，N線和PE線分開后不能再連接。

3 防雷接地與等電位連接

3.1 防雷接地

防雷接地嚴(yán)格地講包括兩個概念：第一是防雷，第二是接地。

防雷屬于雷電防護(hù)的范疇，為雷電提供一條釋放到大地的路徑，保護(hù)建筑物免遭雷擊而損害。接地主要是說接地體，是建筑物與大地聯(lián)通的重要載體和平臺，其性能好壞直接關(guān)系到建筑物及電氣設(shè)備的使用安全。建筑物防雷包括避雷網(wǎng)(針)、引下線、均壓環(huán)、接地體、戶外接地網(wǎng)。防雷系統(tǒng)是獨(dú)立的，一般是利用建筑物結(jié)構(gòu)體系把建筑物封閉成籠式保護(hù)網(wǎng)。

門窗、金屬突出物等的等電位連接一般是與防雷接地連接在一起的，構(gòu)成建筑物的防雷系統(tǒng)。

3.2 等電位連接

等電位連接是指為保護(hù)人及設(shè)備不存在電位差而采取的連接。

電氣事故是由于電位差引起的。在等電位連接完整、正確的情況下，建筑物內(nèi)的人和設(shè)備是安全的。但由于等電位連接點(diǎn)松動、銹蝕、連接延續(xù)性差、焊接有缺陷等原因，容易使建筑與大地產(chǎn)生電位差，當(dāng)電位超過50 V時，就有觸電的危險。金屬管道及構(gòu)件的等電位，根據(jù)需要可采用總等電位連接箱MEB、局部等電位連接箱LEB、外露易導(dǎo)電物件輔助等電位連接SEB等形式。

對于電梯機(jī)房、電腦機(jī)房、配電箱柜外殼、弱電機(jī)房、消防控制室、配電間等智能化程度要求較高的部位和設(shè)備，必須設(shè)立專用的等電位連接。

專用等電位連接與防雷接地系統(tǒng)“共地不共線”，即除了共用一個接地體外，其余均不相連。智能化程度要求較高的部位和設(shè)備單獨(dú)用鍍鋅扁鋼在建筑物內(nèi)安裝到接地體上，與防雷部分的引下線構(gòu)成兩個不同部分，這有點(diǎn)類似于TN-C-S接地系統(tǒng)中“PEN線”、“PE線”、“N線”的共地不共線。其目的是要盡量使專用設(shè)備避免受其他外來電位的影響而產(chǎn)生信號干擾。

3.3 聯(lián)系與區(qū)別

等電位連接和防雷接地都要與接地體相連接，“共地不共線”，均屬于接地的范疇。

等電位連接是把所有的金屬構(gòu)件、突出物、可能造成觸電的全部連接在一起，每個構(gòu)件不一定全部接地，只要求各構(gòu)件處于同一個電位上，目的是消除電位差。

防雷接地是指建筑物與大地連通，當(dāng)遭受雷擊時，雷電所產(chǎn)生的電流可以盡快地直接導(dǎo)入大地，不會破壞建筑物。

接地裝置的接地電阻值越小越好。

4 低壓配電系統(tǒng)接地

4.1 接地線

低壓配電系統(tǒng)的地線要采用專用地線，用電器具、配電箱、低壓柜、接地裝置中間不需要與其他相連。

4.2 變壓器接地

變壓器要有獨(dú)立的接地系統(tǒng)，一般情況下不與建筑物的接地系統(tǒng)共用。根據(jù)國外相關(guān)文獻(xiàn)，兩個接地體之間的間隔距離應(yīng)≮10 m。事實(shí)上，只有兩個接地體之間的間隔距離>20 m時，兩個接地體的電位才相互不影響。所以，對存在高低壓供電的建筑物來說就比較困難。

4.3 重復(fù)接地

在三相四線制供電系統(tǒng)中，PEN線的一處或多處與接地裝置連接，干線每隔1 km做一次。PEN線或N線的終端或接入用戶處也應(yīng)與接地裝置連接，這種做法叫做重復(fù)接地。三相四線制中PEN線或N線的重復(fù)接地在供電系統(tǒng)中具有相當(dāng)重要的作用。當(dāng)發(fā)生故障時，重復(fù)接地能縮短持續(xù)時間，減輕相、零線反接的危險性。

在TN-S系統(tǒng)中，N線是不允許重復(fù)接地的。如果N線重復(fù)接地，三相五線制的漏電開關(guān)就不能使用，也就是說漏電檢測點(diǎn)后不能重復(fù)接地。

對于TN-C-S系統(tǒng)，PEN線未分開之前可以做重復(fù)接地，PEN線分開后N線就不允許做重復(fù)接地。電纜入戶、低壓配電柜等的PE線應(yīng)做重復(fù)接地。

4.4 缺零的危害

在三相四線制供電系統(tǒng)中，當(dāng)N線非正常因素?cái)嚅_時，由于三相負(fù)載的不平衡，導(dǎo)致各相電壓不平衡，負(fù)載大、電壓低，負(fù)載小、電壓高，易造成照明器具瞬間燒毀、電動機(jī)使用壽命縮短。

5 群體建筑供電系統(tǒng)接地

5.1 常見問題

現(xiàn)代建筑以群體建筑出現(xiàn)的方式很多，如成片住宅小區(qū)、教學(xué)區(qū)、商業(yè)用房等。為了加快工程進(jìn)度，建設(shè)方往往會招用幾個設(shè)計(jì)院、施工單位或監(jiān)理單位，再者由于供電等壟斷行業(yè)或者專業(yè)性很強(qiáng)的安裝公司的介入，使得各單體工程各設(shè)計(jì)各的，各施工各的。接地系統(tǒng)不相互融洽的現(xiàn)象比比皆是，再加上施工單位“各掃門前雪”，致使供電系統(tǒng)存在重大隱患。最為常見的問題如下：

單體建筑設(shè)計(jì)的是三相五線制供電系統(tǒng)，銅芯電纜，TN-S供電系統(tǒng)；其低壓配電室電源由其他單體引入時采用的是三相四線制供電系統(tǒng)，鋁合金電纜，TN-C供電系統(tǒng)。這樣往往造成的麻煩是：低壓配電柜已經(jīng)訂貨安裝完畢，外來電源入戶時，兩個接地系統(tǒng)不相容、電纜截面積不等、接地系統(tǒng)兩個施工單位“各自為政”，結(jié)果導(dǎo)致供電系統(tǒng)存在隱患。

5.2 解決辦法

很多人解決由三相四線制轉(zhuǎn)為三相五線制時重復(fù)接地的做法是：進(jìn)戶電纜進(jìn)入低壓配電室的低壓進(jìn)線柜時，其PEN線與進(jìn)線柜的N排及PE排同時連接，然后PE排與配電室接地母排相連。這樣在出線柜以后就變?yōu)槿辔寰€制，而出線柜以前是三相四線制，也是大家公認(rèn)的TN-C-S供電系統(tǒng)。

在此，筆者提出一點(diǎn)不同看法，供大家討論。

進(jìn)戶電纜進(jìn)入低壓配電室的低壓進(jìn)線柜前，其PEN線就進(jìn)行重復(fù)接地，其與配電室接地母排及低壓柜PE排同時連接。簡單地說就是重復(fù)接地的那一點(diǎn)是在進(jìn)線柜外面，而不是在進(jìn)線柜里面。這兩種做法有區(qū)別嗎？第二種做法有必要嗎？

個人的理解是：一般情況下，低壓柜外殼、基礎(chǔ)槽鋼、PE排、配電室接地母排都是處于等電位的。在第一種重復(fù)接地的情況下，PEN線先與PE排連接，再與N排連接。如果先接中性線母排，后接PE排，當(dāng)跨接線連接處導(dǎo)電不良時，所有接地設(shè)備都因PE線不導(dǎo)通而失去接地。低壓柜的指示燈的N線相當(dāng)于接在PEN排上，用戶三相極不平衡或出現(xiàn)意外，PEN排會有電位存在，同時低壓柜外殼也會有電位存在。當(dāng)人站在地面上觸摸低壓柜外殼，柜子與人之間就會產(chǎn)生一個電位差，這時觸摸柜子外殼就有觸電的危險。也有人分析認(rèn)為：配電室接地體的接地電阻一般情況下在1～10 Ω之間，或者更小，人體的電阻有1 000 Ω，根據(jù)歐姆定律，相同電壓情況下，流向電阻較小的方向的電流會很大。1 Ω與1 000 Ω相比，流向人體的電流幾乎可以忽略不計(jì)，從而得出對人體沒有危險的結(jié)論。

雖然流向人體的電流很小或者幾乎可以忽略不計(jì)，但畢竟是有電流通過人體。如果采用第二種重復(fù)接地的做法，低壓柜內(nèi)根本就不存在PEN線，PE線及N線進(jìn)柜前就已分開，人體與低壓柜殼體根本就不存在電位差，豈不是更加安全嗎？

6 結(jié)語

現(xiàn)代建筑的智能化程度很高，群體建筑比較多，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工尤其重要。既要充分考慮不同單體之間接地的聯(lián)系兼容性，同時也要考慮到特殊專業(yè)的接地要求。例如變壓器、計(jì)算機(jī)房、CT室、X光拍片室等都需要做獨(dú)立接地系統(tǒng)，當(dāng)與建筑物的接地體無論如何也不能分開設(shè)置時，千萬要注意其接地線的絕對獨(dú)立。只有把接地系統(tǒng)做好、做全，才能保證人身安全、建筑物的安全和電器及設(shè)備的使用安全。