摘要:隨著信息技術(shù)的發(fā)展,智能建筑越來(lái)越多,智能建筑的功能也越來(lái)越完善。本文作者通過(guò)對(duì)電源的接地方式、防雷保護(hù)接地、電子電氣設(shè)備的安全保護(hù)接地以及防靜電接地和屏蔽接地進(jìn)行了分析,同時(shí)就智能建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)采取的接地方法提出了建議。
　　關(guān)鍵詞:智能化樓宇;電氣設(shè)計(jì);電源接地;防雷保護(hù)
　　0前言
　　智能建筑中安裝有多個(gè)子系統(tǒng),如通信自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)等,接地對(duì)于智能建筑中設(shè)備的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)的可靠傳輸有著很大影響。如果接地不好,輕則會(huì)造成設(shè)備不能有效傳輸數(shù)據(jù),降低智能建筑設(shè)備的可靠性;重則會(huì)損壞設(shè)備的部件,甚至造成設(shè)備癱瘓并影響人員的安全。
　　1供電電源接地
　　國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低壓配電系統(tǒng)接地有三種接地方式分別為:IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)及TN系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又可分為TN-C、TN-S和TN-C–S三種形式。IT是三相三線式接地系統(tǒng),該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地、無(wú)中性線N，只有線電壓（380V）和相電壓（220V），保護(hù)接地線PE各自獨(dú)立接地。IT電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間不直接連接，而電氣設(shè)施的外路可導(dǎo)電部分則是接地的。TT系統(tǒng)通常稱為三相四線接地系統(tǒng),TT電力系統(tǒng)有一個(gè)直接接地點(diǎn)，電氣設(shè)施的外露可導(dǎo)電部分接至電氣上與電力系統(tǒng)的接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的接地極，即中性線N與保護(hù)接地線PE無(wú)一點(diǎn)電氣連接,。TN-C系統(tǒng)被稱為三相四線系統(tǒng),該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地線PE合二為一,通稱PEN線。TN-S系統(tǒng)有五根線,即三根相線、一根中性線N及一根保護(hù)線PE,僅電力系統(tǒng)一點(diǎn)接地,用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分接到PE線上，即整個(gè)系統(tǒng)的中性線N與保護(hù)線PE是分開的。TN-C-S系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成,前部分四線后部分五線,第一部分是TN-C系統(tǒng),第二部分是TN-S系統(tǒng),分界面在N線與PE線的連接點(diǎn),分開后即不允許再合并。
　　1.1接地系統(tǒng)特征分析
　　IT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一相接地時(shí),不會(huì)使外殼帶有較大的故障電源,系統(tǒng)可以照常運(yùn)行,同時(shí)由于各設(shè)備PE線分開,彼此沒(méi)有干擾,電磁適應(yīng)性也比較強(qiáng)。缺點(diǎn)是不能配出中性線N。
　　TT系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),不管三相負(fù)荷是否平衡,在中性線N帶電情況下,PE線不會(huì)帶電。該系統(tǒng)只有單相接地故障時(shí),由于保護(hù)接地靈敏度低,故障不能及時(shí)切斷,設(shè)備外殼可能帶電,但是故障電流取決于電力系統(tǒng)PE線的接地電阻,其值往往很小,不足以使數(shù)千瓦的用電設(shè)備的保護(hù)裝置斷開電源。為了保護(hù)人身安全,必須采用殘余電流開關(guān)作為線路及用電設(shè)備的保護(hù)裝置,否則只適用于供給小負(fù)荷的系統(tǒng)。
　　TN-C系統(tǒng)雖對(duì)接地故障靈敏度高,線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單,在一般情況下,如選用適當(dāng)?shù)拈_關(guān)保護(hù)裝置和足夠的導(dǎo)線截面,也能達(dá)到安全要求，但它只適用于三相負(fù)荷較平衡的場(chǎng)所。
　　TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)是:中性線N與保護(hù)接地線PE在變壓器中性點(diǎn)共同接地后,不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中性線N常會(huì)帶電,保護(hù)接地線PE沒(méi)有電源,PE線連接的設(shè)備外殼及金屬構(gòu)件在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)始終不會(huì)帶電。該接地系統(tǒng)具備安全和可靠的基準(zhǔn)電位。其優(yōu)點(diǎn)是PE線上在正常工作日才不呈現(xiàn)電流,因此設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分也不呈現(xiàn)對(duì)地電壓。在事故時(shí)也容易切斷電源,因此比較安全,但費(fèi)用較貴,多用于環(huán)境條件較差的場(chǎng)所。此外,由于PE線上不呈現(xiàn)電流,故有較強(qiáng)的電磁適應(yīng)性。
　　TN－C－S系統(tǒng)一般用于建筑物的供電由區(qū)域變電所引來(lái)的場(chǎng)所。進(jìn)戶之前采用TN－C系統(tǒng)，可使線路系統(tǒng)相對(duì)經(jīng)濟(jì)。進(jìn)戶處作重復(fù)接地，進(jìn)戶后變成TN－S系統(tǒng)。對(duì)TN－C及TN-S系統(tǒng)前面已作分析。
　　1.2選用策略
　　從以上分析可以看出,IT系統(tǒng)不適用于擁有大量單相設(shè)備的智能建筑。對(duì)于TN-C系統(tǒng),由于智能建筑內(nèi)單相負(fù)荷所占比重較大,難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡,PEN線的不平衡電流加上線路中存在著由于熒光燈、可控硅等設(shè)備引起的高次諧波電流,在非故障情況下,會(huì)在中性線N上疊加,使中性線N帶電,且電流時(shí)大時(shí)小極不穩(wěn)定,造成中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移,不但會(huì)使設(shè)備外殼(與PEN線連接)帶電,對(duì)人身安全造成威脅,而且也無(wú)法取到一個(gè)合適的電位基準(zhǔn)點(diǎn),精密電子設(shè)備無(wú)法準(zhǔn)確可靠運(yùn)行,因此TN-C接地系統(tǒng)不能作為智能建筑的接地系統(tǒng)。正常運(yùn)行時(shí)的TT系統(tǒng)能獲得人與物的安全性和取得合格的基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量的漏電保護(hù)器的出現(xiàn),該系統(tǒng)也會(huì)成為智能建筑的接地系統(tǒng)。從目前的情況來(lái)看,由于公共電網(wǎng)的電源質(zhì)量不高,難以滿足智能建筑中各種設(shè)備的要求,所以智能建筑不宜選用TT系統(tǒng)。TN-S接地系統(tǒng)明顯提高了人與物的安全性,同時(shí)只要采取接地引線、各自都從接地體一點(diǎn)引出、并選擇正確的接地電阻值、使電子設(shè)備共同獲得一個(gè)接地電位基準(zhǔn)點(diǎn)等措施,那么TN-C-S系統(tǒng)可以作為智能建筑的一種接地系統(tǒng)(如圖1所示)。從以上分析可以看出,TN-S系統(tǒng)較適合用作智能建筑的接地系統(tǒng)(如圖2所示)。
　　圖1TN-C-S系統(tǒng)
　　2防雷保護(hù)接地
　　無(wú)論是防直擊雷或感應(yīng)雷,最終都是通過(guò)接地裝置將雷電流送入大地。為把雷電流迅速導(dǎo)入大地,以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。所以,沒(méi)有完善的接地裝置是無(wú)法完成避雷任務(wù)的。在防雷工程設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收中,人們往往習(xí)慣單方面追求接地電阻的數(shù)值,將接地電阻的大小作為衡量防雷工程質(zhì)量的最重要指標(biāo),認(rèn)為接地電阻越小,防雷效果越好,被保護(hù)的對(duì)象就越安全。對(duì)避雷系統(tǒng)接地裝置的接地電阻值有一定的要求是無(wú)可非議的,因?yàn)榻拥仉娮柙叫?散流越快,落雷物體高電位保持時(shí)間就越短,危險(xiǎn)越小,以至于跨步電壓、接觸電壓也越小。然而,理論和實(shí)踐證明,接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較接地電阻更應(yīng)受到重視。智能化樓宇內(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng),如通信自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)等,以及他們相應(yīng)的布線系統(tǒng)。從已建成的大樓看,大樓的各層頂板、底板、側(cè)墻、吊頂內(nèi)幾乎被各種布線布滿。這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級(jí)低、防干擾要求高、最怕受到雷擊的部分。直擊、串擊或反擊都會(huì)使電子設(shè)備受到不同程度的損壞或嚴(yán)重干擾。因此對(duì)智能化樓宇的防雷接地設(shè)計(jì)必須嚴(yán)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(chǔ),并建立嚴(yán)密、完整的防雷結(jié)構(gòu)。
　　電子信息系統(tǒng)防雷電磁脈沖工程設(shè)計(jì)的防護(hù)等級(jí)是依據(jù)對(duì)工程所處地區(qū)的雷電環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，或按信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定的，決定電子信息系統(tǒng)是否需防護(hù)和按什么等級(jí)防護(hù)，以達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)。一般智能建筑應(yīng)按一級(jí)防護(hù)措施設(shè)計(jì)避雷器,弱電系統(tǒng)按三級(jí)設(shè),大樓高低配為第一級(jí)、樓層配電箱為第二級(jí)、弱電機(jī)房配電箱為第三級(jí)防護(hù)措施設(shè)計(jì)。防雷裝置最廣泛使用的是避雷針和避雷器,避雷針通過(guò)鐵塔或建筑物鋼筋入地,避雷器則通過(guò)專用地線入地。接閃器采用針帶組合接閃器,可由下列形式之一或任意組合而成：一是獨(dú)立避雷針；二是直接裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)、避雷帶或采用避雷針。避雷針宜采用熱鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成。避雷針和避雷帶宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼。避雷帶采用25×4(mm)鍍鋅扁鋼或Φ10鍍鋅圓鋼在屋頂組成相應(yīng)建筑物防雷類別所規(guī)定的尺寸避雷網(wǎng)格,該網(wǎng)格與屋面金屬構(gòu)件作電氣連接,與大樓柱頭鋼筋作電氣連接,引下線利用柱頭中鋼筋、圈梁鋼筋、樓層鋼筋與防雷系統(tǒng)連接,外墻面所有金屬構(gòu)件也應(yīng)與防雷系統(tǒng)連接,柱頭鋼筋與接地體連接,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(shè)備,而且還能防止外來(lái)的電磁干擾。各種防雷接地裝置的工頻接地電阻,一般應(yīng)根據(jù)落雷時(shí)的反擊條件來(lái)確定。弱電系統(tǒng)與大樓其他電氣系統(tǒng)共用一個(gè)聯(lián)合接地體,其接地電阻應(yīng)小于1Ω,底層弱電井內(nèi)預(yù)留2根40×4熱鍍鋅扁鋼作為接地端子,通過(guò)40×4銅排引至各樓層弱電間,弱電間內(nèi)所有設(shè)備外殼必須與接地線連接,消控中心、計(jì)算中心UPS前端及電信、廣電、衛(wèi)星天線等室外進(jìn)線應(yīng)安裝浪涌保護(hù)器。各主要弱電機(jī)房應(yīng)設(shè)置接地端子箱,消控、安保、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房應(yīng)設(shè)置局部等電位接地網(wǎng),接地線由樓層弱電間用BV-50以上線引入。
　　3電子電氣設(shè)備的接地措施
　　3.1安全保護(hù)接地
　　在智能化樓宇內(nèi),要求安全保護(hù)接地的設(shè)備非常多,有強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備及一些非帶電導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件,均必須采取安全保護(hù)接地措施。安全保護(hù)接地的電氣設(shè)備的絕緣一旦損壞,其外殼有可能帶電。保護(hù)接地就是將設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬外殼(或構(gòu)架)和接地裝置之間作良好的電氣連接,即將大樓內(nèi)的用電設(shè)備及設(shè)備附近的一些金屬構(gòu)件,用PE線連接起來(lái),但嚴(yán)禁將PE線與N線連接。如果不作保護(hù)接地,一旦電氣設(shè)備其中一相的絕緣破損,就會(huì)產(chǎn)生漏電,使金屬外殼帶上相電壓,人一接觸就會(huì)發(fā)生觸電事故。實(shí)行保護(hù)接地后,設(shè)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,接地就能保障人身安全、防止觸電事故發(fā)生。加裝保護(hù)接地裝置并降低其接地電阻,不僅是保障智能建筑電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效措施,也是保障非智能建筑內(nèi)設(shè)備及人身安全的必要手段。
　　3.2直流接地
　　在一幢智能化樓宇內(nèi),裝有大量的計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備和帶有計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化設(shè)備。這些電子設(shè)備在進(jìn)行輸入信息、傳輸信息、轉(zhuǎn)換能量、放大信號(hào)、邏輯動(dòng)作、輸出信息等一系列過(guò)程中,都是通過(guò)微電位或微電流快速進(jìn)行的,且設(shè)備之間常要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。因此,為了使其準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好,除了需有一個(gè)穩(wěn)定的供電電源外,還必須具備一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位�？刹捎幂^大截面的絕緣銅芯線作為引線,一端直接與基準(zhǔn)電位連接,另一端供電子設(shè)備直流接地。該引線不宜與PE線連接,且嚴(yán)禁與N線連接。
　　3.3邏輯接地
　　將電子設(shè)備的金屬板作為邏輯信號(hào)的參考點(diǎn)進(jìn)行的接地,稱為邏輯接地。其作用是保證電路有一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位,不致于浮動(dòng)而引起信號(hào)誤差。而在智能建筑中各種設(shè)備相隔較遠(yuǎn),如果邏輯地不處于同一電位,會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)工作異常。
　　4屏蔽接地
　　將電纜屏蔽或金屬外皮接地達(dá)到電磁適應(yīng)性要求的接地稱為屏蔽接地。在智能建筑內(nèi),電磁兼容設(shè)計(jì)是非常重要的。為了避免所用設(shè)備的機(jī)能障礙,設(shè)備出現(xiàn)損壞,構(gòu)成布線系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)能防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來(lái)干擾。產(chǎn)生這些干擾或者是因?yàn)閷?dǎo)線之間的耦合現(xiàn)象,或者是因?yàn)殡娙蓦姼须娦��?yīng)。其主要來(lái)源是超高電壓、大功率輻射電磁場(chǎng)、自然雷擊和靜電放電。這些現(xiàn)象會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)送或接收很高傳輸頻率的設(shè)備產(chǎn)生很大的干擾。因此,對(duì)這些設(shè)備及其布線必須采取保護(hù)措施,避免來(lái)自各方面的干擾。屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳保護(hù)方法�？蓪⒃O(shè)備外殼與PE線連接;導(dǎo)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(yīng)多點(diǎn)與PE線可靠連接。
　　5防靜電接地
　　將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體(非絕緣體),通過(guò)導(dǎo)靜電體與大地構(gòu)成電氣回路的接地叫防靜電接地。在潔凈、干燥的房間內(nèi),人的走步、移動(dòng)設(shè)備、各自磨擦均會(huì)產(chǎn)生大量靜電。例如,在相對(duì)濕度10%～20%的環(huán)境中,人的走步可以積聚3.5萬(wàn)伏的靜電電壓。如果沒(méi)有良好的接地,不僅僅會(huì)產(chǎn)生對(duì)電子設(shè)備的干擾,甚至?xí)�將設(shè)備芯片擊壞。防靜電接地要求在潔靜干燥環(huán)境中,所有設(shè)備的外殼及室內(nèi)(包括地坪)設(shè)施均須與PE線多點(diǎn)可靠連接。
　　6結(jié)束語(yǔ)
　　在智能化建筑的電氣設(shè)計(jì)中除了考慮電源的接地方式、防雷保護(hù)接地、電子設(shè)備的安全保護(hù)接地外,還應(yīng)考慮防靜電接地和屏蔽接地的要求，從而保證建筑中的設(shè)備安全可靠地工作。
　　參考文獻(xiàn):
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