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智能樓宇的電氣接地

在建筑物供配電設計中,接地設計占有重要的地位,因為它關系到配電系統的可靠性,安全性。20世紀90年代國家對電工的技術規范、標準作了大量修訂,基本 上全部等效或等同IEC標準,例如《系統接地的型式及安全技術要求》GB14050-93、《漏電保護器安裝和運行》GB13955-92、《低壓配電設 計規范》GB50054-95,三部國家標準明確提出低壓配電系統的接地型式有IT系統、TT系統、TN系統(TN-S系統;TN-C系統;TN-C-S 系統)三種。

  

  不管哪類建筑物,在供配電設計中總包含有接地系統設計。進入90年代后,大量的智能化樓宇的出現對接地系統設計提出了許多新的要求。在常用的幾種接地型式中,哪一種能夠適合智能化樓宇?智能化系統的弱電設備及線路的接地要求如何與強電設備及線路的接地統籌考慮?筆者將提出自己的看法。  
1.IT系統 
I表示電源端不接地,或經過高阻抗接地。T表示負載側電氣設備外露可導電部分直接接地。IT系統最大的優點是當發生單相接地故障時,故障電流很小,可 以不切斷故障線路。為保證人身安全,它要求發生接地故障時發出信號,設備的接觸電壓不大于50V,其動作電流應符合下式要求:

RA•Id≤50V

式中:RA──外露可導電部分的接觸電阻(Ω)

Id──相線和外露可導電部分間第一次短路故障電流(A)

為達到此要求,應減少配電系統的對地電容,例如限制設備線路總長度。IT系統的缺點是不宜配出中性線N,并必須補充一些安全措施,不宜用于擁有大量單 相設備的智能化大樓的低壓配電系統。但智能化系統重要的主機房設備和各層終端設備設置防雷擊、防干擾隔離變壓器后可采用IT系統供電。

2.TT系統

第一個符號T表示電源端有一點直接接地;第二個符號T表示電氣裝置外露可導電部分直接接地,此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。

2.1TT系統的特點是中性線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。該系統在正常運行時,當三相負荷不平衡時,在中性線N帶電情況下,PE線不會帶電。

2.2當電氣設備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電)時,接地故障保護的動作特性應符合下式要求:

RA•Ia≤50V

式中:RA──外露可導電部分的接地電阻和PE線電阻(Ω)

Ia──保證保護電器切斷故障回路的動作電流(A)

由于接地故障電流的大小受電源端的接地電阻和設備外殼的接地電阻之和的限制,一般情況下其電流較小,不能啟動低壓斷路器跳閘或熔斷器熔斷,將造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓,故應采用漏電保護器保護。

2.3TT接地型式的適用范圍

適用于以低壓供電遠離變電所的建筑物,對接地要求高的精密電子設備以及要防火防爆的場所。

3.TN-C系統

TN-C系統是用中性線(N)兼作接地保護線(PE),稱作保護中性線,通稱PEN線。

3.1TN系統的接地故障保護的動作特性應符合下式要求:

ZS•Ia≤U0

式中:ZS──接地故障回路阻抗(Ω)

Ia──保證保護電器在規定的時間內自動切斷故障回路的電流(A)

U0──相線對地標稱電壓(V)

ZS包括變壓器阻抗和自變壓器至接地故障處相線與PE(PEN)線的阻抗。因TN系統的接地故障電流大,使故障線路的保護裝置迅速動作,切斷故障回路電源達到保護目的。

3.2由于三相負載不平衡,PEN線上有不平衡電流,對地有電壓,所以與PEN線所連接的電氣設備金屬外殼有一定的電壓。

3.3如果PEN斷線,則設備外殼帶電。

3.4如果電源的相線碰地,則設備的外殼電位升高,使PEN線上的危險電位蔓延。

3.5TN-C系統干線上不能使用漏電保護器。

3.6TN-C系統雖對接地故障靈敏度高,線路簡單經濟,但在智能化大樓內,有大量的照明、計算機、消防等設備,其中單相負荷所占比重較大,難以實現 三相負荷平衡,PEN線的不平衡電流加上線路中存在著的由于熒光燈、晶閘管(可控硅)等設備引起的高次諧波電流,在非故障情況下,會在中PEN線上疊加, 使PEN線電壓波動,不但會使設備外殼(與PEN線連接)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。 因此TN-C接地系統不能作為智能化建筑的接地系統。

 

  4.TN-C-S系統

TN-C-S系統由兩個部分組成,第一部分是TN-C系統,第二部分是TN-S系統,分界面在PEN線與PE線的連接點。該系統一般用在建筑物的配電 由公共變電所引來的場所,進戶之前為TN-C系統,在進戶配電箱處做PEN線的重復接地,配電箱饋出線將N線與PE線分開至設備,并不再有電氣連接。當三 相電力變壓器工作接地情況良好、三相負載比較平衡時,同時只要我們采取等電位連接,使電子設備共同獲得一個等電位基準點,那么TN-C-S系統可以作為智 能型建筑物低壓配電系統的一種接地型式。

5.TN-S系統

TN-S系統是把中性線N和保護接地線PE嚴格分開的低壓配電系統。通常建筑物內設有獨立變配電所時采用該系統。

5.1TN-S系統的接地故障保護特性見3.1。

5.2中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點處共同接地外,兩線不再有任何的電氣連接。系統正常運行時,PE線上沒有電流,只是N線上有不平衡電流。

5.3PE線不許斷線,對地沒有電壓,所以電氣設備金屬外殼是接在PE線上安全可靠。

5.4TN-S系統的適用范圍

TN-S系統安全可靠,適用于工業與民用建筑等低壓配電系統。智能化樓宇除計算機等主要電子設備有特殊的要求時,一般都采用這種接地系統。

6.智能化樓宇的電氣接地措施

6.1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。智能化樓宇內有建筑電氣設備和大量的電子設備與布線系統,如通信自動化系統、辦公自動 化系統、火災報警及消防聯動控制系統、樓宇自動化系統、安全防范系統、綜合布線系統、閉路電視系統、車庫管理系統等。從已建成的大樓看,大樓的各層頂板, 底板,側墻,吊頂內幾乎被各種布線布滿。其中電子設備及布線系統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。不管是直擊、串擊、反擊雷、雷 電感應及雷電波侵入都會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此對智能化樓宇的防雷接地設計必須符合《建筑物防雷設計規范》 GB50057-94(2000年版)的有關規定。

6.2工作接地

將變壓器中性點直接與大地作金屬連接,稱為工作接地。

接地的中性線(N線)必須用銅芯絕緣線,不能與其它接地線混接,也不能與PE線連接。

6.3安全保護接地

安全保護接地就是將電氣設備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。即將大樓內的電氣設備以及設備附近的金屬構件、金屬管等用PE線連接起 來,但嚴禁將PE線與N線連接。這些措施不僅是保障智能建筑電氣系統安全、有效運行的措施,也是保障非智能建筑內設備及人身安全的必要手段。

6.4屏蔽接地與防靜電接地

電磁屏蔽及其正確接地是電子設備防止電磁干擾的最佳保護方法。可將設備外殼與PE線連接;穿導線或電纜的金屬管、電纜的金屬外皮和屏蔽層的一端或兩端與PE線可靠連接;重要電子設備室的墻、頂板、地板的鋼筋網及金屬門窗也應多點與PE線可靠連接。

防靜電干擾也很重要。防靜電接地要求在潔靜干燥環境中,所有設備外殼、金屬管及室內(包括地坪)設施必須均與PE線多點可靠連接。

6.5共用接地系統

智能化樓宇的建筑物防雷接地、電氣設備(含電子設備)的接地、屏蔽接地及防靜電接地應采用一個總的共用接地裝置。共用接地裝置優先采用大樓的鋼筋混凝 土內的鋼筋、金屬物件及管道等自然接地體。其接地電阻應≤1Ω。若達不到要求,可增加人工接地體或采用化學降阻法,使接地電阻≤1Ω。

6.6等電位連接

等電位連接是防止人身遭受電擊、發生電氣火災及電子設備抗電磁干擾的主要措施。將建筑物的各種設備金屬外殼、金屬管、電纜支架、金屬線槽、電纜金屬外皮、建筑物的鋼筋網等金屬體,就近與共用接地裝置可靠連接。

6.6.1強、弱電系統分別設置各自的等電位接地端子板,分別通過接地干線或接地母排與共用接地裝置連接。

6.6.2各電氣設備應采用單獨的PE線與等電位端子板連接,不得將幾個設備用接地線串聯接地。

6.6.3等電位接地端子板與接地干線或共用接地裝置的連接點,至少應有兩點,并在不同位置。

6.6.4各等電位接地端子板應設置在便于安裝和檢查以及接近各種引入線的位置,避免裝設在潮濕或有腐蝕性氣體及易受機械損傷的地方。等電位接地端子板的連接點應具有牢固的機械強度和良好的電氣連續性。

6.6.5從建筑物外引入建筑物內的各種金屬管、金屬線槽、電纜金屬外皮等,應在引入處與共用接地裝置進行等電位連接,或與強電系統等電位接地端子板連接。

7.結束語

綜上所述,智能化系統設備的供配電和接地應做到安全可靠、經濟合理。智能化樓宇接地設計應首先采用TN-S系統,為了保證人身和設備安全及系統的正常運行,應設置電氣、電子設備的防雷接地、工作接地、安全保護接地、屏蔽接地與防靜電接地,各種接地應采用共用接地裝置和等電位連接。

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