智能建筑的供電接地系統(tǒng)分析

張繼芳,徐淑媛

(1.河北工程技術高等專科學校電氣工程系,河北滄州 061001;2.樂亭縣電力局,河北樂亭 063600)

智能建筑的供電接地系統(tǒng)分析

張繼芳1,徐淑媛2

(1.河北工程技術高等?？茖W校電氣工程系,河北滄州 061001;2.樂亭縣電力局,河北樂亭 063600)

智能建筑中電氣設備的安全運行離不開接地系統(tǒng)的可靠性,針對智能建筑的用電特點,對智能建筑的供電接地系統(tǒng)應采取的各類接地措施作了較為詳盡的說明與分析,并對智能建筑應采取的接地方法提出了適當?shù)慕ㄗh。

智能建筑;TN-S;接地保護

進入21世紀以來,智能建筑如雨后春筍般大量涌現(xiàn)。智能建筑在工作、生活方面給人們帶來了便利,這種便利是以供電系統(tǒng)的安全性、可靠性為基礎的。接地系統(tǒng)的正確設計及施工是保證供電系統(tǒng)安全可靠的一個重要方面,根據(jù)保護接地形式的不同,接地系統(tǒng)分為TN系統(tǒng),T T系統(tǒng)和IT系統(tǒng),三種系統(tǒng)各有各的特點,下面就哪種系統(tǒng)適用于智能建筑進行分析。

1 幾種接地系統(tǒng)及分析

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與保護接地線PE合二為一,通稱PEN線。這種接地系統(tǒng)雖對接地故障靈敏度高,線路經(jīng)濟簡單,但它只適合用于三相負荷較平衡的場所。智能建筑中,除了部分風機等負荷為三相負荷外,其余設備一般均為單相負荷,在實際運行中難以實現(xiàn)三相負荷平衡,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、晶閘管等設備,導致其在供電線路中存在著高次諧波電流,在非故障情況下,諧波電流會在中性線N上疊加,使中性線N電壓波動,且電流時大時小極不穩(wěn)定,造成中性點接地電位不穩(wěn)定漂移。不但會使設備外殼帶電,對人身造成不安全,而且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。由此可見TN-C系統(tǒng)不適合作為智能建筑的接地系統(tǒng)。

圖1 TN-C系統(tǒng)

圖2 TN-S系統(tǒng)

1.1.2 TN-S系統(tǒng)

TN-S是一個三相五線的接地系統(tǒng)(如圖2所示)。通常建筑物內(nèi)設有獨立變配電所時進線采用該系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)的特點是,中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點共同接地外,兩線不再有任何的電氣連接。正常運行時,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)。如果計算機等電子設備沒有特殊的要求時,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)實際是由以上兩種接地系統(tǒng)組成(如圖3所示)。第一部分是TN-C系統(tǒng),第二部分是TNS系統(tǒng),兩者的分界面在N線與PE線的連接點處,N線與PE線分開后即不允許再合并。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)。只要我們采取接地引線各自都從接地體一點引出,及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,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)。

圖3 TN-C-S系統(tǒng)

圖4 TT系統(tǒng)

1.2 TT系統(tǒng)

通常稱T T系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)(如圖4所示)。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來自公共電網(wǎng)的地方。T T系統(tǒng)的特點是中性線N與保護接地線PE無電氣連接,即中性點接地與PE線接地是分開的。該系統(tǒng)在正常運行時,不管三相負荷平衡不平衡,在中性線N線帶電情況下,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。正常運行時的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接地電位。配以大容量的漏電保護器,該系統(tǒng)也可以作為智能建筑的接地系統(tǒng),但是從實際情況來看,由于智能建筑中用電設備非常多,設備均獨立接地實現(xiàn)起來比較困難,所以T T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)變壓器中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地,無中性線N,只有線電壓,無相電壓,保護接地線PE各自獨立接地。該系統(tǒng)的優(yōu)點是當發(fā)生單相接地故障時,不會使外殼帶有較大的故障電流,可以不切斷故障線路,系統(tǒng)照常運行。缺點是不能配出中性線N。因此它是不適用于擁有大量單相設備的智能建筑的。

經(jīng)過以上分析,并結合工程實際,在實際工程中接地系統(tǒng)多采用TN-S系統(tǒng),有時也會采用TN-C-S系統(tǒng)。

圖5 IT系統(tǒng)

2 智能建筑應采取的接地措施

2.1 防雷接地

為把雷電流迅速導入大地,以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。智能建筑內(nèi)有大量的電子設備與布線系統(tǒng),如通信自動化系統(tǒng),火災報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng),樓宇自動化系統(tǒng),保安監(jiān)控系統(tǒng),辦公自動化系統(tǒng),閉路電視系統(tǒng)等,以及他們相應的布線系統(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。這些電子設備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級低,防干擾要求高,最怕受到雷擊的部分,一旦受到雷擊會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此對智能建筑的防雷接地設計必須嚴密、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,并建立嚴密、完整的防雷結構。絕大多數(shù)情況下智能建筑應按照第二類或第三類防雷建筑物的防雷措施設計。接閃器采用針、帶或兩種組合而成的接閃器,對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10 m×10 m或12 m×8 m的網(wǎng)格,對于第三類防雷建筑物避雷帶應采用鍍鋅扁鋼在屋頂組成不大于20 m×20 m或24 m×16 m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,外墻面所有金屬構件也應與防雷系統(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)設備,而目還能防止外來的電磁干擾。

2.2 交流工作接地

工作接地主要指的是變壓器中性點或中性線接地。N線必須用銅芯絕緣線。在配電系統(tǒng)中要設置輔助等電位接線端子。等電位接線端子一般均在箱柜內(nèi),該接線端子不能外露,不能與其他接地系統(tǒng)如直流接地、屏蔽接地、防靜電接地等混接。在高壓系統(tǒng)中,采用中性點接地方式可使接地繼電保護準確動作并消除單相電弧接地過電壓。在低壓系統(tǒng)中,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,這對于低壓系統(tǒng)來說是必須的,并且可以方便使用單相電源。

2.3 保護接地

保護接地就是將設備正常運行時不帶電的金屬外殼(或構架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。即將建筑內(nèi)的用電設備以及設備附近的一些金屬構件,用PE線連接起來,但嚴禁將PE線與N線連接。如果不作保護接地,當電氣設備絕緣破損,產(chǎn)生漏電而使金屬外殼帶電時,容易引發(fā)觸電事故。實行保護接地后,設備的金屬外殼和大地已有良好的連接,如果發(fā)生漏電,只要接地電阻符合規(guī)定的要求,接地就能成為保障人身安全,防止觸電事故發(fā)生的有效措施。

2.4 直流接地

電子設備的直流接地有單點接地、多點接地和浮地。單點接地是指整個電路系統(tǒng)中只有一個物理點被定義為接地參考點,其他各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指電子設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上。浮地是指設備地線系統(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的雜訊干擾,使系統(tǒng)發(fā)生誤動作。

直流接地宜采用單點接地,這樣信號接地未構成回路,不易受電磁干擾,并能消除靜電和電場干擾。但當信號頻率很高而接地引線很長時,由于寄生電容的存在,會使各個信號接地的電位產(chǎn)生差異,因此,當信號頻率在10MHz以上時,應采用多點接地。智能建筑內(nèi),包含大量的計算機、通訊設備和帶有電腦的樓宇自動化設備,這些電子設備的輸入信息、傳輸信息和邏輯動作等一系列過程,都是通過微電位或微電流快速進行,且設備之間常需要通過網(wǎng)絡進行工作。因此為了使其準確性高、穩(wěn)定性好,除了需要一個穩(wěn)定的供電電源外,還必須具備一個穩(wěn)定的基準電位。通?？刹捎幂^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

在智能建筑內(nèi),電磁兼容設計是非常重要的。構成布線系統(tǒng)的設備應當能夠防止內(nèi)部自身傳導和外來的干擾。這些干擾的產(chǎn)生或者是因為導線之間的耦合現(xiàn)象,或者是因為電容效應或電感效應。其主要來源是超高電壓,大功率輻射電磁場,自然雷擊和靜電放電。這些現(xiàn)象會對用來發(fā)送或接收很高傳輸頻率的設備產(chǎn)生很大的干擾,因此對這些設備及其布線必須采取保護措施,使之免受來自各方面的干擾。屏蔽接地是防止電磁干擾很有效的保護方法?？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(nèi)屏蔽也應多點與PE線可靠連接。防靜電干擾也很重要。在潔凈、干燥的房間內(nèi),人的走步、設備的移動導致的磨擦均會產(chǎn)生大量靜電。例如在相對濕度10%～20%的環(huán)境中人的走步可以積聚3.5萬V的靜電電壓,如果沒有良好的接地,不僅會對電子設備產(chǎn)生干擾,甚至會將設備芯片擊壞。將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體通過導靜電體與大地構成電氣回路的接地叫防靜電接地。防靜電接地要求在潔凈干燥環(huán)境中,所有設備外殼及室內(nèi)(包括地坪)設施必須均與PE線多點可靠連接。

3 結語

綜上所述,為了保證智能建筑中電氣設備的安全可靠運行,智能建筑的供電接地系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)。同時為了施工方便及節(jié)約投資,根據(jù)規(guī)范宜采用一個總的共同接地裝置,即綜合接地體,把綜合接地體作為接地電位基準點,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完整的綜合接地系統(tǒng),為智能建筑安全運行提供可靠的保障。

[1] GB 50057-1994,建筑物防雷設計規(guī)范[S].

[2] 李俊杰.現(xiàn)代樓宇的接地保護設計[J].河北煤炭,2006,(6):33-34.

[3] 吳丹.智能樓宇的電氣接地探討[J].浙江建筑,2005,(3):60-62.

(責任編輯:馬香普)

Analysis of Power Supply Grounding System in Intelligent Building

ZHANG Ji-fang1,XU Shu-yuan2

(1.Department of Electrical Engineering,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou061001,China; 2.Leting Power Bureau,Leting 063600,China)

The safe operation of electrical equipment intelligent building can not be separated from the reliability of grounding system.According to the character of the power consumption of intelligent building,the grounding measures adopted in the power supply grounding system of the intelligent building are introduced and analyzed in details,and some suggestions on grounding methods are put forward.

intelligent building;TN-S;ground protection

T U855

A

1008-3782(2010)01-0052-04

2010-01-26

張繼芳(1981-),女,河北滄州市人,碩士研究生,河北工程技術高等專科學校電氣工程系講師。