智能建筑的供电接地系统分析

张继芳,徐淑媛

(1.河北工程技术高等专科学校电气工程系,河北沧州 061001;2.乐亭县电力局,河北乐亭 063600)

智能建筑的供电接地系统分析

张继芳1,徐淑媛2

(1.河北工程技术高等专科学校电气工程系,河北沧州 061001;2.乐亭县电力局,河北乐亭 063600)

智能建筑中电气设备的安全运行离不开接地系统的可靠性,针对智能建筑的用电特点,对智能建筑的供电接地系统应采取的各类接地措施作了较为详尽的说明与分析,并对智能建筑应采取的接地方法提出了适当的建议。

智能建筑;TN-S;接地保护

进入21世纪以来,智能建筑如雨后春笋般大量涌现。智能建筑在工作、生活方面给人们带来了便利,这种便利是以供电系统的安全性、可靠性为基础的。接地系统的正确设计及施工是保证供电系统安全可靠的一个重要方面,根据保护接地形式的不同,接地系统分为TN系统,T T系统和IT系统,三种系统各有各的特点,下面就哪种系统适用于智能建筑进行分析。

1 几种接地系统及分析

1.1 TN系统

1.1.1 TN-C系统

TN-C系统也被称之为三相四线系统(如图1所示),该系统中性线N与保护接地线PE合二为一,通称PEN线。这种接地系统虽对接地故障灵敏度高,线路经济简单,但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。智能建筑中,除了部分风机等负荷为三相负荷外,其余设备一般均为单相负荷,在实际运行中难以实现三相负荷平衡,因此在PEN线中存在着不平衡电流;加上建筑内大量采用荧光灯、晶闸管等设备,导致其在供电线路中存在着高次谐波电流,在非故障情况下,谐波电流会在中性线N上叠加,使中性线N电压波动,且电流时大时小极不稳定,造成中性点接地电位不稳定漂移。不但会使设备外壳带电,对人身造成不安全,而且也无法取到一个合适的电位基准点,精密电子设备无法准确可靠运行。由此可见TN-C系统不适合作为智能建筑的接地系统。

图1 TN-C系统

图2 TN-S系统

1.1.2 TN-S系统

TN-S是一个三相五线的接地系统(如图2所示)。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。TN-S系统的特点是,中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接。正常运行时,中性线N是带电的,而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。因此TN-S系统可以用作智能建筑物的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时,一般都采用这种接地系统。

1.1.3 TN-C-S系统

TN-C-S系统实际是由以上两种接地系统组成(如图3所示)。第一部分是TN-C系统,第二部分是TNS系统,两者的分界面在N线与PE线的连接点处,N线与PE线分开后即不允许再合并。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统。只要我们采取接地引线各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点,那么TN-C-S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。

图3 TN-C-S系统

图4 TT系统

1.2 TT系统

通常称T T系统为三相四线接地系统(如图4所示)。该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方。T T系统的特点是中性线N与保护接地线PE无电气连接,即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时,不管三相负荷平衡不平衡,在中性线N线带电情况下,PE线不会带电。只有单相接地故障时,由于保护接地灵敏度低,故障不能及时切断,设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统,也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位。配以大容量的漏电保护器,该系统也可以作为智能建筑的接地系统,但是从实际情况来看,由于智能建筑中用电设备非常多,设备均独立接地实现起来比较困难,所以T T系统很少被智能建筑所采用。

1.3 IT系统

IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不接地或经高阻抗接地,无中性线N,只有线电压,无相电压,保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当发生单相接地故障时,不会使外壳带有较大的故障电流,可以不切断故障线路,系统照常运行。缺点是不能配出中性线N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的智能建筑的。

经过以上分析,并结合工程实际,在实际工程中接地系统多采用TN-S系统,有时也会采用TN-C-S系统。

图5 IT系统

2 智能建筑应采取的接地措施

2.1 防雷接地

为把雷电流迅速导入大地,以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。智能建筑内有大量的电子设备与布线系统,如通信自动化系统,火灾报警及消防联动控制系统,楼宇自动化系统,保安监控系统,办公自动化系统,闭路电视系统等,以及他们相应的布线系统。建筑的各层顶板,底板,侧墙,吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般均属于耐压等级低,防干扰要求高,最怕受到雷击的部分,一旦受到雷击会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此对智能建筑的防雷接地设计必须严密、可靠。智能建筑的所有功能接地,必须以防雷接地系统为基础,并建立严密、完整的防雷结构。绝大多数情况下智能建筑应按照第二类或第三类防雷建筑物的防雷措施设计。接闪器采用针、带或两种组合而成的接闪器,对于第二类防雷建筑物避雷带采用镀锌扁钢在屋顶组成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的网格,对于第三类防雷建筑物避雷带应采用镀锌扁钢在屋顶组成不大于20 m×20 m或24 m×16 m的网格,该网格与屋面金属构件作电气连接,与大楼柱头钢筋作电气连接,引下线利用柱子钢筋、圈梁钢筋、楼层钢筋与防雷系统连接,外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接,柱子钢筋与接地体连接,组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备,而目还能防止外来的电磁干扰。

2.2 交流工作接地

工作接地主要指的是变压器中性点或中性线接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电系统中要设置辅助等电位接线端子。等电位接线端子一般均在箱柜内,该接线端子不能外露,不能与其他接地系统如直流接地、屏蔽接地、防静电接地等混接。在高压系统中,采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电压。在低压系统中,中性点接地可以防止零序电压偏移,保持三相电压基本平衡,这对于低压系统来说是必须的,并且可以方便使用单相电源。

2.3 保护接地

保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置之间作良好的电气连接。即将建筑内的用电设备以及设备附近的一些金属构件,用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接。如果不作保护接地,当电气设备绝缘破损,产生漏电而使金属外壳带电时,容易引发触电事故。实行保护接地后,设备的金属外壳和大地已有良好的连接,如果发生漏电,只要接地电阻符合规定的要求,接地就能成为保障人身安全,防止触电事故发生的有效措施。

2.4 直流接地

电子设备的直流接地有单点接地、多点接地和浮地。单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上。浮地是指设备地线系统在电气上与大地相绝缘,以减少由于地电流引起的电磁干扰。智能建筑的接地系统不宜采用浮地,它必须有稳定的参考电位,若浮接则易受电磁场的杂讯干扰,使系统发生误动作。

直流接地宜采用单点接地,这样信号接地未构成回路,不易受电磁干扰,并能消除静电和电场干扰。但当信号频率很高而接地引线很长时,由于寄生电容的存在,会使各个信号接地的电位产生差异,因此,当信号频率在10MHz以上时,应采用多点接地。智能建筑内,包含大量的计算机、通讯设备和带有电脑的楼宇自动化设备,这些电子设备的输入信息、传输信息和逻辑动作等一系列过程,都是通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常需要通过网络进行工作。因此为了使其准确性高、稳定性好,除了需要一个稳定的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位。通常可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端供电子设备直流接地。该引线不宜与PE线连接,严禁与N线连接。

2.5 屏蔽接地与防静电接地

在智能建筑内,电磁兼容设计是非常重要的。构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来的干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象,或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压,大功率辐射电磁场,自然雷击和静电放电。这些现象会对用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰,因此对这些设备及其布线必须采取保护措施,使之免受来自各方面的干扰。屏蔽接地是防止电磁干扰很有效的保护方法。可将设备外壳与PE线连接;导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接;室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内,人的走步、设备的移动导致的磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10%～20%的环境中人的走步可以积聚3.5万V的静电电压,如果没有良好的接地,不仅会对电子设备产生干扰,甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁净干燥环境中,所有设备外壳及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。

3 结语

综上所述,为了保证智能建筑中电气设备的安全可靠运行,智能建筑的供电接地系统宜采用TN-S系统。同时为了施工方便及节约投资,根据规范宜采用一个总的共同接地装置,即综合接地体,把综合接地体作为接地电位基准点,由此分别引出各种功能接地引线,利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的综合接地系统,为智能建筑安全运行提供可靠的保障。

[1] GB 50057-1994,建筑物防雷设计规范[S].

[2] 李俊杰.现代楼宇的接地保护设计[J].河北煤炭,2006,(6):33-34.

[3] 吴丹.智能楼宇的电气接地探讨[J].浙江建筑,2005,(3):60-62.

(责任编辑:马香普)

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

张继芳(1981-),女,河北沧州市人,硕士研究生,河北工程技术高等专科学校电气工程系讲师。