智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討

文/荊利軍、勞文武　天津城市職業(yè)學(xué)院　天津　300250

智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討

文/荊利軍、勞文武天津城市職業(yè)學(xué)院天津300250

智能化樓宇為人們的生活和工作提供了極大的便利，其內(nèi)部包含多種系統(tǒng)，如閉路電視、辦公自動(dòng)化、保安監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、消防聯(lián)動(dòng)控制等系統(tǒng)，而電氣接地系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)于保障穩(wěn)定的通信傳輸和設(shè)備安全運(yùn)行有著直接影響，若電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題，不僅會(huì)影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，而且會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，直接威脅人們的生命安全，所以應(yīng)特別注意智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，考慮到智能化樓宇的實(shí)際需求和具體條件，選擇合適的接地方式，積極優(yōu)化電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)的耐久性、穩(wěn)定性和安全性。本文分析了常見接地形式，闡述了智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

智能化樓宇；電氣接地系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方法

近年來，現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，各種高科技產(chǎn)品使人們的生活更加豐富多彩，智能化樓宇是一種高端建筑項(xiàng)目，其融合了多種先進(jìn)科技，使人們充分感受到高科技的魅力。而智能化樓宇在給人們帶來極大便利的同時(shí)，人們也越來越關(guān)注智能化樓宇的安全性問題，由于智能化樓宇中的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，對(duì)于安全性的要求非常高，所以必須做好智能化樓宇的電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從屏蔽接地、防靜電接地、電子設(shè)備防護(hù)接地、防雷保護(hù)接地、電源接地等多方面進(jìn)行入手，全面提升智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

1、常見接地形式

1.1TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)即三相四線系統(tǒng)，其將中性線和保護(hù)線結(jié)合在一起，也稱為PEN線。智能化樓宇運(yùn)行過程中單相負(fù)荷比較多，往往無法到三相負(fù)荷平衡，使得PEN線中流過的電流呈現(xiàn)出不平衡狀態(tài)，并且晶閘管、熒光燈等設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生很多高次諧波電流，造成中性線電位發(fā)生波動(dòng)，引起中性點(diǎn)電位漂移，電流不穩(wěn)定，導(dǎo)致PEN線連接的電氣設(shè)備外殼帶電，嚴(yán)重威脅人們的生命安全，而且由于電位基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變化，嚴(yán)重影響了精密儀器的可靠、準(zhǔn)確運(yùn)行。TN-C系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，也非常經(jīng)濟(jì)，但是其在智能化樓宇中的應(yīng)用受到多方面的限制，所以適用性較差。

1.2TN-S系統(tǒng)

TN-S系統(tǒng)將將PE線和三相四線連接在一起，在實(shí)際應(yīng)用中，其除了變壓器中性點(diǎn)位置PE保護(hù)接地線和中性線共同接地，其它的不存在任何兩線電氣連接。這種接地系統(tǒng)中受到三相負(fù)荷的影響，中性線有可能會(huì)帶電，而PE保護(hù)接地線不會(huì)帶電，所以TN-S系統(tǒng)具有較高的安全性，極大地保障了電氣設(shè)備和人們的人身安全。對(duì)于建筑項(xiàng)目中弱電設(shè)備，從接地體一端將弱電設(shè)備線路和接地引線連接起來，合理設(shè)置接地電阻，所有電氣設(shè)備獲取相同等電位基準(zhǔn)點(diǎn)。

1.3TN-C-S

TN-C-S系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，中性線和部分保護(hù)線連接在一起，PE線和N線之間的連接點(diǎn)是分界面，一般情況下，這種系統(tǒng)主要被應(yīng)用在建筑項(xiàng)目供電變電所，通過TN-C系統(tǒng)進(jìn)行入戶設(shè)計(jì)，入戶位置進(jìn)行重復(fù)接地，最終成為TN-S系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)踐證明，TN-C-S系統(tǒng)非常適合應(yīng)用在智能化建筑項(xiàng)目中，能夠有效提高電氣系統(tǒng)的安全性。

1.4TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)應(yīng)用中PE線接地和電源中性點(diǎn)接地連接在一起，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，即使中性點(diǎn)帶電、三相負(fù)荷不平衡的狀態(tài)下，PE保護(hù)接地線也不會(huì)帶電。當(dāng)單相接地發(fā)生故障時(shí)，受到保護(hù)接地的影響，若無法及時(shí)切斷故障，會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備外殼帶電。和TN-S系統(tǒng)相比，TT系統(tǒng)的安全性較高。TT系統(tǒng)在智能化建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用，可以獲取基準(zhǔn)接地電位，若共同使用TT系統(tǒng)和漏電保護(hù)器，對(duì)于智能化建筑小范圍區(qū)域可以利用TT系統(tǒng)作為電源接地。

1.5IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)，即三相三線接地系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中阻抗接地或者變壓器中性點(diǎn)不接地，沒有相電壓和中性線，只有線電壓，PE保護(hù)接地線獨(dú)立接線，這種系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于某相接地時(shí)，電氣外殼也不會(huì)帶有電流，能夠安全、可靠的運(yùn)行。然而IT系統(tǒng)無法配置中性線，所以其不適合應(yīng)用在智能化樓宇中，無法滿足各種單相設(shè)備的運(yùn)行需求。

2、智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1防雷保護(hù)接地

近年來，高層建筑項(xiàng)目越來越多，防雷保護(hù)接地對(duì)于保障建筑項(xiàng)目電氣系統(tǒng)的安全性有著關(guān)鍵作用，所以智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意做好防雷保護(hù)接地，利用接地裝置將感應(yīng)雷或者直接雷電流引入大地，避免發(fā)生雷擊事故。為了提高防雷接地應(yīng)用效果，必須設(shè)置完善的接地裝置，防雷接地工程施工設(shè)計(jì)時(shí)，一些設(shè)計(jì)人員盲目地進(jìn)行接地電阻設(shè)置，多認(rèn)為防雷效果主要由接地電阻決定，有效保障電氣設(shè)備的安全性。然而避雷接地裝置的電阻值越小，其也會(huì)引起快速散流，保持落雷物體較短的高電位時(shí)間，消除危險(xiǎn)隱患，也會(huì)使得接觸電壓和跨步電壓不斷減小。但是經(jīng)過實(shí)踐和理論的證明，應(yīng)特別重視接地網(wǎng)的接地電阻。智能化樓宇中包含很多布線系統(tǒng)和電子設(shè)備。根據(jù)建成的智能化樓宇，其吊頂、側(cè)墻、底板、頂板等位置幾乎全部布滿各種應(yīng)用系統(tǒng)布線。電氣系統(tǒng)布線和電氣設(shè)備是最怕雷擊、抗干擾要求高而耐壓等級(jí)低的部分，反擊、串擊、直擊等會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備受到嚴(yán)重干擾或者發(fā)生損壞，所以應(yīng)可靠、嚴(yán)密地進(jìn)行智能化樓宇防雷接地設(shè)計(jì)。同時(shí)，智能化樓宇電氣系統(tǒng)接地應(yīng)基于防雷接地系統(tǒng)，構(gòu)建完整、嚴(yán)密的防雷系統(tǒng)，一般情況下，智能化樓宇需要按照一級(jí)防雷等級(jí)，采取科學(xué)、有效的保護(hù)措施，對(duì)于弱點(diǎn)系統(tǒng)，其防雷接地系統(tǒng)主要按照三級(jí)防雷等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，第三級(jí)防雷接地系統(tǒng)設(shè)置在弱電機(jī)房配電網(wǎng)，第二集防雷接地系統(tǒng)設(shè)置在樓層配電箱，第一級(jí)防雷接地系統(tǒng)設(shè)置在樓高低壓配電。其中，避雷器和避雷針在智能化樓宇中的應(yīng)用非常廣泛，避雷器在設(shè)置時(shí)，其主要是利用專用地線引入大地，避雷針主要是利用建筑物鋼筋或者鐵塔引入大地，并且智能化樓宇屋頂上還可以合理鋪設(shè)避雷帶，采用25*4mm鍍鋅扁鋼構(gòu)成10m*10m網(wǎng)格，由針帶組合接閃器作為避雷帶的接閃器，避雷帶和建筑柱頭鋼筋、金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接，利用樓層鋼筋、圈梁鋼筋、柱頭中鋼筋將防雷系統(tǒng)和引下線進(jìn)行連接，接地體和柱頭鋼筋進(jìn)行連接，防雷系統(tǒng)和墻面金屬構(gòu)件進(jìn)行連接，從而構(gòu)成籠形的多層屏蔽防雷系統(tǒng)，不僅有效控制智能化樓宇電氣系統(tǒng)的電磁干擾，而且避免樓內(nèi)電氣設(shè)備遭受雷擊損壞。通常情況下，可以結(jié)合落雷反擊條件，確定不同防雷接地設(shè)備的接地電阻，由于智能化樓宇中電氣系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)都連接在同一個(gè)接地體上，所以防雷接地電阻不能超過18歐姆，利用智能化樓宇地下層弱電井中的鋼筋作為防雷接地系統(tǒng)的接地端子，然后經(jīng)過銅排連接各樓層弱電間，并且弱電間中的各個(gè)電氣設(shè)備外殼也應(yīng)共同連接接地線，對(duì)于衛(wèi)星天線、廣電、電信、計(jì)算UPS前端、消控中心等室外進(jìn)線，設(shè)置合適的浪涌保護(hù)器，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、安保中心、消控中心的合適位置設(shè)置等電位接地網(wǎng)。

2.2電子電氣設(shè)備接地

2.2.1邏輯接地

對(duì)于智能化樓宇電氣系統(tǒng)中的電子電氣設(shè)備，做好邏輯接地，以電子電氣設(shè)備外殼金屬板作為邏輯接地參考點(diǎn)，確保電氣系統(tǒng)線路處于同一基準(zhǔn)電位，有效控制信號(hào)浮動(dòng)，避免產(chǎn)生信號(hào)誤差，考慮到智能化樓宇中各種電氣設(shè)備位于不同位置，應(yīng)合理進(jìn)行邏輯接地設(shè)置，使其盡量處于同一電位，確保整個(gè)智能化樓宇電氣系統(tǒng)的安全、正常運(yùn)行。

2.2.2直流接地

智能化樓宇中安裝有很多計(jì)算機(jī)自動(dòng)化設(shè)備、通訊設(shè)備和計(jì)算機(jī)，這些設(shè)備在輸出信息、邏輯動(dòng)作、放大信號(hào)、轉(zhuǎn)換能量、傳輸信息、輸入信息等過程中利用微電流或者微電位快速完成這些過程，通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的信息通信。同時(shí)，智能化樓宇電氣系統(tǒng)的直流接地不僅要設(shè)置一個(gè)穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性高的供電電源，還要保持一個(gè)基準(zhǔn)電位的穩(wěn)定性。引下線主要是利用大截面絕緣銅芯線，一端連接電子電氣設(shè)備，另一端連接基準(zhǔn)電位，但是這個(gè)引線不能連接N中性線和PE線，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、穩(wěn)定的直流接地。

2.2.3安全保護(hù)接地

智能化樓宇中電氣系統(tǒng)設(shè)置非常復(fù)雜，有很多電子電氣設(shè)備都需要進(jìn)行安全保護(hù)接地，對(duì)于非帶電導(dǎo)電構(gòu)件和設(shè)備、弱電設(shè)備、強(qiáng)電設(shè)備等都應(yīng)進(jìn)行安全保護(hù)接地設(shè)計(jì)。而一旦電氣設(shè)備安全保護(hù)接地設(shè)置的絕緣線受到損壞，設(shè)備外殼也會(huì)帶電，接地裝置和電子電氣設(shè)備金屬外殼做好電氣連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全保護(hù)接地，利用PE線將電子電氣設(shè)備金屬構(gòu)件和不帶電金屬構(gòu)架、外殼進(jìn)行連接，嚴(yán)禁N中性線和PE線進(jìn)行連接，若不對(duì)電子電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)接地，如果電子電氣設(shè)備某相絕緣線路發(fā)生損壞，設(shè)備金屬外殼很可能會(huì)帶電，造成漏電事故，嚴(yán)重威脅人們的生命安全。智能化樓宇電子電氣設(shè)備完成安全保護(hù)接地設(shè)置以后，大地和電子電氣設(shè)備金屬外殼進(jìn)行合理連接，根據(jù)智能化樓宇電氣接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置合理的接地電阻，避免發(fā)生觸電事故，確保人們的生命安全，并且結(jié)合建筑電氣系統(tǒng)的具體運(yùn)行狀況，在條件允許的情況下加裝保護(hù)接地裝置，適當(dāng)將接地電阻降低，提高智能化樓宇電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，并且保障智能化樓宇中的人身安全和設(shè)備安全。

2.3屏蔽接地

在智能化樓宇建筑中，結(jié)合電磁適應(yīng)性要求，將電氣設(shè)備金屬外皮或者電纜屏蔽接地，形成屏蔽接地，還要根據(jù)智能化樓宇電氣系統(tǒng)運(yùn)行要求，優(yōu)化電磁兼容設(shè)計(jì)。為了防止電氣設(shè)備發(fā)生損壞、各種設(shè)備產(chǎn)生機(jī)能故障，電氣系統(tǒng)布線應(yīng)嚴(yán)格控制外來干擾和內(nèi)部傳導(dǎo)，綜合考慮電容電感應(yīng)效應(yīng)和導(dǎo)線耦合的影響，最大程度地減少這些干擾，對(duì)靜電放電、自然雷擊、大功率輻射電磁場(chǎng)、超高電壓等干擾來源進(jìn)行有效控制，優(yōu)化屏蔽接地，對(duì)高傳輸效率接收和發(fā)送設(shè)備減少干擾，對(duì)電氣設(shè)備布線采取科學(xué)、有效的防護(hù)措施。通過正確接地和優(yōu)化屏蔽接地，減少智能化樓宇電氣系統(tǒng)的電磁干擾，連接PE線和電氣設(shè)備外殼，按照相關(guān)屏蔽接地要求，將PE線和屏蔽管路兩端進(jìn)行穩(wěn)定、可靠的連接，室內(nèi)空間中PE線和多個(gè)電氣設(shè)備安全連接。

2.4防靜電接地

在智能化樓宇中通過導(dǎo)靜電體將非絕緣物體或者帶靜電物體和大地連接形成電氣回路，從而實(shí)現(xiàn)防靜電接地。人們?cè)诟稍铩崈舻氖覂?nèi)空間中走動(dòng)，或者對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)、擦拭等，都有可能產(chǎn)生靜電。比如，人們?cè)谙鄬?duì)濕度約15％～20％建筑空間走動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生約4萬伏靜電電壓，若電氣接地不合理，不僅會(huì)干擾電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，而且有可能會(huì)損壞其內(nèi)部芯片或者其它零器件，所以智能化樓宇室內(nèi)要做好防靜電接地，利用PE線和室內(nèi)電氣設(shè)備、各種設(shè)備外殼進(jìn)行可靠連接。

結(jié)語(yǔ)：

近年來，智能化建筑項(xiàng)目不斷增多，其應(yīng)用功能和使用性能越來越健全，先關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合智能化樓宇電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況和設(shè)計(jì)需求，采用科學(xué)、合理的接地形式，優(yōu)化各個(gè)環(huán)節(jié)的接地設(shè)置，積極完善各種接地技術(shù)，保障智能化樓宇電氣系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

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