建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中各種接地系統(tǒng)探討

周正波

（蘇州越城建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 昆山 215300）

建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)是建筑電氣工程建設(shè)中重要的施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到整體建筑電氣設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，通過(guò)電氣低壓配電設(shè)計(jì)不僅可以優(yōu)化電力資源配置和使用，提高電力能源的利用率，還能夠避免電氣安全事故的發(fā)生，進(jìn)一步保證居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。所以必須不斷提高建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)水平，尤其要不斷完善和優(yōu)化電氣低壓配電接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依據(jù)建筑電氣工程施工具體實(shí)際情況合理選用電氣接地系統(tǒng)，以便更好保證建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行安全。

1 建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)的概念

電氣低壓配電接地系統(tǒng)在整個(gè)建筑電氣系統(tǒng)中有著重要價(jià)值地位，所以在建筑電氣工程施工中必須重視電氣低壓配電接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工，保證電氣接地系統(tǒng)高效安全運(yùn)行。電氣接地系統(tǒng)通過(guò)將電器的外殼能夠傳導(dǎo)電流的部分或者電源中性點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)體與地球地面相連接，其主要目的在于保證人們用電安全。在人們使用電氣設(shè)備過(guò)程中，一旦出現(xiàn)漏電、跑電等現(xiàn)象，電流會(huì)通過(guò)電器設(shè)備外殼的導(dǎo)線向地面流動(dòng)，可以有效避免人體發(fā)生導(dǎo)電，從而防止觸電事故的發(fā)生，保證人們生命和財(cái)產(chǎn)安全[1]。依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可將低壓配電接地系統(tǒng)分為T(mén)N系統(tǒng)、TT系統(tǒng)及IT系統(tǒng)，其中第一個(gè)字母表示電源端與地面之間的聯(lián)系，T 表示電源變壓器中性點(diǎn)直接接地，I 表示電源變壓器中性點(diǎn)不接地或者通過(guò)高阻抗進(jìn)行接地；第二個(gè)字母表示電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分與地面之間的聯(lián)系，T 表示電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)直接連接，N 表示電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與電源端的接地點(diǎn)直接連接。

2 建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)各種接地系統(tǒng)

2.1 TN 接地系統(tǒng)

2.1.1 TN-C 接地系統(tǒng)

在電氣低壓配電TN 系統(tǒng)中，將PE 線、N 線合并在一起進(jìn)行接地稱為T(mén)N-C 接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般將PE 線、N 線、電氣設(shè)備金屬外殼進(jìn)行連接，之后經(jīng)由PEN 線連接地面，將PEN 線作為保護(hù)接零線，從而更好地對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在此過(guò)程中，PEN 線承載著電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的運(yùn)行電流和諧波電流，應(yīng)避免PEN 線出現(xiàn)短路、斷路現(xiàn)象，通過(guò)PEN 電壓降作用在設(shè)備金屬外殼上，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備外殼進(jìn)行保護(hù)[2]。另外，在電氣線路發(fā)生故障時(shí)，可以形成單相短路，進(jìn)而保證電氣設(shè)備不受影響，避免電氣事故問(wèn)題出現(xiàn)。TN-C 接地系統(tǒng)適用于電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的運(yùn)行電流和諧波電流較少情況，由于存在容易造成電氣設(shè)備之間發(fā)生碰撞的缺陷，所以不適用于在火災(zāi)危險(xiǎn)性高、精密電子設(shè)備多的建筑。

2.1.2 TN-S 接地系統(tǒng)

在電氣低壓配電TN 系統(tǒng)中，將PE 線、N 線分別進(jìn)行接地稱為T(mén)N-S 接地系統(tǒng)。在TN-S 接地系統(tǒng)中，N 線承載著電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的運(yùn)行電流和諧波電流，電氣設(shè)備相關(guān)負(fù)載的電流不再通過(guò)PE 線，使得相應(yīng)電氣設(shè)備外殼也不會(huì)存在電流，所以能夠進(jìn)一步保證電氣設(shè)備正常安全運(yùn)行。TN-S 接地系統(tǒng)的安全性能很高，適用于民用建筑和精密電子儀器設(shè)備。

2.1.3 TN-C-S 接地系統(tǒng)

在電氣低壓配電TN 系統(tǒng)中，將PE 線、N 線靠近電源部分進(jìn)行合并，另一部分進(jìn)行分別接地稱為T(mén)N-S接地系統(tǒng)。

現(xiàn)階段，TN-C-S 接地系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在民用建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中，綜合TN-C 接地系統(tǒng)和TN-S 接地系統(tǒng)中優(yōu)點(diǎn)，不僅進(jìn)一步使PEN 線起到電壓降作用，保證接地系統(tǒng)性能得到充分發(fā)揮，而且也保證接地系統(tǒng)安全性能。TN-C-S 接地系統(tǒng)的接線原理簡(jiǎn)單易懂，接線方式操作也比較簡(jiǎn)單，同時(shí)具有非常好的穩(wěn)定性能和安全性能，所以民用建筑多采用這種電氣接地系統(tǒng)來(lái)保證居民用電安全。

2.2 TT 接地系統(tǒng)

在建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中，將建筑內(nèi)每個(gè)電氣設(shè)備使用單獨(dú)接地線與地面連接的設(shè)計(jì)稱為T(mén)T 接地系統(tǒng)。通常使用單獨(dú)的接地線將每個(gè)電氣設(shè)備金屬外殼與地面連接點(diǎn)連接，同時(shí)使用單獨(dú)接地線將電源與地面接地點(diǎn)連接，使電氣設(shè)備金屬外殼接地與電源接地互不干擾。在TT 接地系統(tǒng)中，每個(gè)電氣設(shè)備、PE 線相互之間是不受影響的，都是獨(dú)立存在的，電氣設(shè)備憑借自身金屬外殼與地面接地點(diǎn)相連，可以從根本上解決電壓、電流通過(guò)PE 線流入電氣設(shè)備，避免電氣設(shè)備發(fā)生故障，進(jìn)而有效降低發(fā)生電氣事故的風(fēng)險(xiǎn)。但是值得注意的是TT 接地系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，TT 系統(tǒng)能大幅降低漏電設(shè)備上的故障電壓，但一般不能降低到安全范圍內(nèi)。

因此，采用TT 系統(tǒng)必須裝設(shè)漏電保護(hù)裝置或過(guò)電流保護(hù)裝置，并且需要進(jìn)一步規(guī)范安全用電，進(jìn)而保證建筑電氣系統(tǒng)高效正常運(yùn)行。

2.3 IT 接地系統(tǒng)

建筑電氣低壓配電中IT 接地系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)是不與地面相連接的，電源與地面之間不存在接觸，通常在電源部位借助高電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)接地作用，但是需要將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地，或者也可以通過(guò)相關(guān)的保護(hù)線來(lái)進(jìn)行接地，進(jìn)而來(lái)確保電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于電氣設(shè)備金屬外殼與地面連接，當(dāng)IT 接地系統(tǒng)系統(tǒng)在首次出現(xiàn)故障時(shí)，電氣系統(tǒng)故障發(fā)出電流會(huì)比較弱，不會(huì)對(duì)人員造成傷害，也不會(huì)使電源中斷，所以能夠保證電氣設(shè)備可以正常運(yùn)行，同時(shí)IT 接地系統(tǒng)會(huì)通過(guò)故障報(bào)警裝置來(lái)進(jìn)行故障報(bào)警，相關(guān)故障維修人員能夠接受故障報(bào)警信號(hào)，可以對(duì)出現(xiàn)電氣系統(tǒng)故障及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)維修。如果接著出現(xiàn)二次故障時(shí)，IT接地系統(tǒng)會(huì)直接中斷電源，進(jìn)而可以有效避免電氣安全事故的發(fā)生，有利于保證建筑電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)保護(hù)

建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)的應(yīng)用，最終的目標(biāo)是保護(hù)建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)能夠高效安全運(yùn)行，避免出現(xiàn)因漏電、跑電造成的用電安全事故，保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。為了保證電氣接地系統(tǒng)功能和作用得到最大限度發(fā)揮，必須要做好建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)保護(hù)，在對(duì)電氣接地系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)時(shí)，必須綜合考慮多方面的影響因素，從建筑電氣低壓配電接地方式、建筑電氣設(shè)備數(shù)量、建筑電氣設(shè)備耗電量、電氣保護(hù)線的截面等方面進(jìn)行全面綜合分析，采取一系列合理有效措施方法對(duì)電氣接地系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)?，F(xiàn)階段，電氣接地系統(tǒng)保護(hù)主要方法就是設(shè)置自動(dòng)切斷故障電路系統(tǒng)，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷該故障電路電源，從而確保建筑電氣低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行安全性能，同時(shí)還需將電氣接地系統(tǒng)與總等電位連結(jié)起來(lái)，可以有效避免外部電網(wǎng)對(duì)電氣接地系統(tǒng)的安全威脅，還有如果存在電網(wǎng)線路截面較小且線路較長(zhǎng)的情況，可以使用漏電保護(hù)器來(lái)對(duì)電氣接地系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)常用為IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)及TN 系統(tǒng)，IT 接地系統(tǒng)通常用在電網(wǎng)外露導(dǎo)電位置，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電路故障，不會(huì)立即中斷故障電源，而是會(huì)降低故障電流，并發(fā)出故障警報(bào)信號(hào)，維修人員接到故障信號(hào)立即對(duì)故障進(jìn)行排查和處理，進(jìn)而對(duì)電氣接地系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；TT 接地系統(tǒng)常見(jiàn)接地故障有故障電流較大、金屬性短路等，可以使用電流保護(hù)器針進(jìn)行接地保護(hù)，可以有效避免電路負(fù)荷、電流短路對(duì)電氣接地系統(tǒng)的破壞，進(jìn)而保證電氣接地系統(tǒng)運(yùn)行安全[3]。

4 建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)的合理選用

4.1 建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)選用原則

4.1.1 合理優(yōu)化選用原則

建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)合理優(yōu)化選用對(duì)于整體建筑用電安全有著重要價(jià)值作用，科學(xué)合理選用電氣接地系統(tǒng)能夠進(jìn)一步保證建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)的用電安全，所以必須不斷研究創(chuàng)新電氣低壓配電設(shè)計(jì)，優(yōu)化和完善各類(lèi)電氣接地系統(tǒng)，進(jìn)而不斷提高電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。在進(jìn)行具體電氣低壓配電接地系統(tǒng)選用時(shí)，需要遵循合理優(yōu)化選用原則，通過(guò)綜合分析建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，以及建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、耗電量等，來(lái)合理選用電氣低壓配電接地系統(tǒng)，如果電氣接地系統(tǒng)選擇不合理，不僅會(huì)威脅建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行安全，還會(huì)耗費(fèi)大量電力資源，造成電力資源不必要浪費(fèi)。另外，在建筑電氣接地系統(tǒng)安裝完畢后，還需要對(duì)選用接地系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè)，確保電氣接地系統(tǒng)符合電氣設(shè)備系統(tǒng)相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)，而且需要不斷創(chuàng)新優(yōu)化電氣接地系統(tǒng)，通過(guò)不斷實(shí)踐和試驗(yàn)，進(jìn)一步完善電氣接地系統(tǒng)，彌補(bǔ)各類(lèi)電氣接地系統(tǒng)缺陷和不足之處，使得電氣接地系統(tǒng)價(jià)值功能能夠得到進(jìn)一步發(fā)揮。

4.1.2 經(jīng)濟(jì)效益選用原則

建筑工程規(guī)模一般都比較大，其涉及的電氣設(shè)備和電氣系統(tǒng)非常多，在進(jìn)行建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)施工時(shí)，不僅會(huì)花費(fèi)大量人力、物力資源，還會(huì)耗費(fèi)大量電力資源，為了實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)單位經(jīng)濟(jì)效益，在進(jìn)行電氣接地系統(tǒng)選擇時(shí)需要遵循經(jīng)濟(jì)效益最大化選用原則，在進(jìn)行電氣接地系統(tǒng)具體建設(shè)施工中，需要科學(xué)合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)電氣接地線路，避免出現(xiàn)繞遠(yuǎn)、冗雜電氣線路，盡量降低電纜的使用量，在保證線路符合相關(guān)質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，要盡量較少電氣線路施工用料，以此來(lái)降低電氣接地系統(tǒng)的施工成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)單位的經(jīng)濟(jì)效益[4]。另外，為了進(jìn)一步節(jié)約電力能源，可以在建筑施工中利用太陽(yáng)能、風(fēng)能來(lái)發(fā)電，通過(guò)設(shè)置相關(guān)太陽(yáng)能、風(fēng)能相關(guān)蓄能裝置，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)電能轉(zhuǎn)換裝置，將太陽(yáng)能、風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，作為建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)的部分電力來(lái)源，不僅能夠降低建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)電力能源成本，還能在一定程度緩解電力能源緊張局面。

4.2 建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)分為T(mén)N 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)及IT 系統(tǒng)，每種系統(tǒng)都有自身特點(diǎn)和適用場(chǎng)所，TN系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)適用于維護(hù)條件不高，運(yùn)行連續(xù)性較高的場(chǎng)所；IT 系統(tǒng)適用于維護(hù)條件較高，且運(yùn)行連續(xù)性較高的場(chǎng)所。建筑電氣低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，不僅存在線路交錯(cuò)鋪設(shè)的情況，還有一些電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較特殊，如果選用電氣接地系統(tǒng)缺乏科學(xué)合理性，會(huì)嚴(yán)重威脅建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行安全，所以在進(jìn)行電氣接地系統(tǒng)選擇時(shí)需要綜合考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，科學(xué)合理地分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在電網(wǎng)配電線路較長(zhǎng)且存在大量漏電電流時(shí)，或者建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)具有較高導(dǎo)電性能時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用TN-S 接地系統(tǒng)；當(dāng)故障電流嚴(yán)重影響建筑電氣設(shè)備系統(tǒng)的負(fù)載時(shí)，可以選用IT 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)。在具體選擇使用何種電氣接地系統(tǒng)時(shí)，需要綜合考慮建筑電設(shè)備負(fù)載情況、維修情況及施工環(huán)境條件等因素，依據(jù)建筑電氣低壓配低設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)章制度，合理有效地選用電氣接地系統(tǒng)，進(jìn)而能夠保證電氣設(shè)備系統(tǒng)高效安全運(yùn)行，避免電氣安全事故的發(fā)生，保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)建筑電氣低壓配電接地系統(tǒng)多采用TN-C 接地系統(tǒng)。隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)建筑行業(yè)也在快速發(fā)展，建筑用電需求量不斷擴(kuò)大，人們也越來(lái)越重視用電安全性，逐漸選安全性能更好的TN-S 接地系統(tǒng)，但是我國(guó)農(nóng)村地區(qū)和用電量小的地區(qū)仍然采用TN-C 接地系統(tǒng)[5]。從目前情況來(lái)看，建筑電氣低壓配電通常將多種接地系統(tǒng)結(jié)合使用，建筑室外一般采用TN-C 接地系統(tǒng)進(jìn)行電氣低壓配電設(shè)計(jì)，而在建筑室內(nèi)一般采用TN-S 接地系統(tǒng)進(jìn)行電氣低壓配電設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)對(duì)于整體建筑用電安全是非常重要的，為了保證整體建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全，更需要重視建筑電氣接地系統(tǒng)的合理選用和接地保護(hù)，相關(guān)人員應(yīng)依據(jù)建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)相關(guān)要求，合理選用電氣接地方式，并要做好電氣接地系統(tǒng)的接地保護(hù)工作。