智能建筑电气接地保护研究

智能建筑并不是特殊的建筑物, 而是以最大限度激励人的创造力、提高工作效率为中心, 配置大量智能型设备的建筑, 此类建筑广泛应用数字通信技术、控制技术、电视技术、光纤技术、传感技术及数据库技术等高新技术, 构成各类智能化系统, 就目前来说, 智能建筑的核心可归纳为以下几个方面:

1) 通信网络系统 (CNS) ;2) 办公自动化系统 (OA) ;3) 建筑设备监控系统 (BA) ;4) 安全防范系统 (SA) ;5) 综合布线系统 (GCS) ;6) 建筑物管理系统 (BMS) 。

实现上述系统配置须安装大量诸如数字交换、空调、冷热源、照明、电梯、火灾报警设备, 以及防盗报警监视、联动管理计算机等设备, 而这些设备几乎全部需要供电后才能正常运行, 因此, 必须保证智能建筑物供配电系统的安全可靠, 在任何建筑物供配电设计中, 接地系统设计占有十分重要的地位, 因为它关系到供电系统的可靠性、安全性, 不管哪类建筑物, 在供电设计中总包含有接地系统设计, 而且随着对建筑物的要求以及各类设备功能的不同, 接地系统也相应不同, 尤其在进入20世纪90年代后, 随着大量智能化楼宇的出现, 对接地系统设计提出了许多新的要求。智能建筑中安装大量的自动化设备, 其运行及控制的核心部件大部分为计算机类型的电子设备, 因此, 在电源与接地问题上必须考虑以下两个问题:

1) 电磁兼容指智能建筑物中大量电子设备或系统必须在其电磁环境中能正常运行, 且不对该环境中任何其他设备构成不能承受的电磁干扰;

2) 过电压保护电子设备 (计算机通讯网络接口及数字逻辑控制设备) 对电源干扰与电压波动十分敏感, 其电源干扰一般以“共模”或“差模”方式存在, 共模干扰指由电源与大地、或中性线与大地之间的电位差引起的干扰, 差模干扰存在于电源相线与中性线之间, 对三相电源来说, 还存在于相线之间。

因此, 在智能建筑设计中必须在滤波、接地、屏蔽、抗电源干扰方面下功夫。在常用的几种接地方式中, 哪一种接地方式能够适合智能化楼宇, 本文将作初浅的探讨。

1 智能建筑应采用的接地系统

智能建筑中用电设备有以下特点:

(1) 在智能化大楼内, 单相用电设备较多, 单相负荷比重较大, 三相负荷通常是不平衡的, 因此, 在中性线N中带有随机电流 (2) 由于大量采用荧光灯照明, 其所产生的3次谐波叠加在N线上, 加大了N线上的电流量, 如果将N线接到设备外壳上, 会造成电击或火灾事故; (3) 在TN-S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上的危险更大, 凡是接到PE线上的设备, 外壳均带电, 并会扩大电击事故的范围; (4) 智能化楼宇内, 要求保护接地的设备非常多, 有强电设备、弱电设备, 以及一些正常情况下不带电的导电设备与构件, 对这些设备均必须采用有效的保护接地措施;

将TN-C系统中的N线同时用作接地线, 或者在TN-S系统中将N线与PE线接在一起, 再连接到底板上去, 或不设置电子设备的直流接地引线, 而将直流接地线直接接到PE线上, 或者干脆把N线、PE线、直流接地线混接在一起。这将使接在N线上的弱电设备受到三相不平衡电流引起的电击或火灾, 而且将会使其受到干扰无法正常工作。因此, 智能建筑的接地系统通常应采用TN-C-S系统, 且智能建筑弱电接地系统应在弱电竖井内设有单独接地干线PE2将弱电设备的保护接地和工作接地线与接地干线相连。

2 智能化楼宇的各种接地措施

智能建筑除应设置电子设备的直流接地、交流工作接地、安全保护接地, 以及与普通建筑一样的防雷保护接地外, 在智能化楼宇的设计和施工中, 还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。这是因为智能建筑内大多设有具有防静电要求的程控交换机房、计算机房、消防和火灾报警监控室, 以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备等, 其各种接地方式均有特殊的要求, 需要采取特殊的措施。

2.1 防雷接地

智能化楼宇内有大量的电子设备, 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, 以及各自相应的布线系统。从已建成的大楼看, 大楼的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种电线布满。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。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此, 对智能化楼宇的防雷接地设计必须严密、可靠, 智能化楼宇的所有功能接地, 必须以防雷接地系统为基础, 并建立严密、完整的防雷结构。

智能建筑多属于二类防雷建筑物, 接闪器采用针带组合接闪器, 避雷带采用25×4mm镀锌扁钢, 在屋顶组成小于等于10m×10m的网格。该网格与屋面金属构件作电气连接, 与建筑柱内钢筋作电气连接, 引下线利用柱内主钢筋, 相互之间的距离不小于规定标准。当然引下线多, 分流效果好, 每根引下线雷电流就小。引下线长, 可在中间部分增加均压环, 以减少引下线电感, 降低反击电压。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, 柱内钢筋与接地体连接, 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导致的楼内设备的损坏, 而且还能防止外来电磁的干扰。

各类防雷接地装置的工频接地电阻, 一般应根据落雷时的反击条件来确定。当防雷装置与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时, 接地电阻应符合其最小值要求。

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 (N线接地) 必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子, 等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意, 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, 也不能与PE线连接。

在高压系统里, 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。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, 这对于低压系统很有意义, 可以方便使用单相电源。

2.3 安全保护接地

在智能化楼宇内, 要求安全保护接地的设备非常多, 强电设备、弱电设备, 以及一些非带电导电设备与构件, 均必须采取安全保护接地措施。当没有进行安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时, 其外壳有可能带电, 如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中, 接地短路电流经人身、大地流回中性点;在中性点非直接接地的电力系统中, 接地电流经人体流入大地, 并经线路对地电容构成通路, 这两种情况都能造成触电事故。

3 结语

智能建筑设备的电气保护极为重要, 为了保证智能建筑中电气设备的安全可靠运行, 本文根据各种接地系统的特点, 讨论了智能建筑应采用的接地系统及5种接地措施, 相信本文的讨论会对智能建筑设备的电气保护有所裨益。

摘要：本文基于笔者多年从事建筑电气的相关工作经验, 以智能建筑的电气接地保护为研究对象, 深度探讨了智能建筑进行电气接地保护的必要性和方式, 论文首先给出了智能建筑应该采用的接地系统类型, 而后基于工作经验详细阐述了接地的措施, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：智能建筑,电气,接地保护